IoT 终端设备接入物联网平台的网络过程

互联网的小白2023-12-21 17:20:36

如今，我们日常生活中每天都使用大量的物联网设备，比如智能门锁、地铁扫码闸机、早餐店收款播报音箱、汽车充电桩、上班刷脸打卡等，作为 IoT 物联网领域的开发者，你有想过背后完整的网络通信过程么？

借助全球开发者使用最广泛的开源抓包软件 Wireshark，抓取终端设备网卡通信包，一切就一目了然了。

你会发现终端设备先做了DNS解析，再建立 MQTT 长连接通道，订阅业务主题，上报采集的数据，通过发送心跳包实现连接保活，业务处理完后主动断开长连接。

DNS 服务是计算机域名系统 (Domain Name Service) 的缩写，它是由域名解析器和域名服务器组成的。域名服务器是指保存有该网络中所有主机的域名和对应IP地址，并具有将域名转换为IP地址功能的服务器。其中域名必须对应一个IP地址，而IP地址不一定有域名。

观察DNS网络包，你会发现终端设备先去请求了 MQTT-Broker 服务器域名对应的 IP 地址。在 DNS 的 Answer 中终端设备获得了 addr 值，用于接下来的TCP/IP 网络连接。

终端设备建立 MQTT 长连之前，需要先建立 TCP连接，即终端设备与MQTT-Broker 服务器的三次握手。

MQTT（消息队列遥测传输）是基于 TCP/IP 协议栈而构建的支持在各方之间异步通信的消息协议。MQTT 在空间和时间上将消息发送者与接收者分离，因此可以在不可靠的网络环境中进行扩展，使用了发布和订阅（Pub/Sub）的模型。

在 TCP 连接基础上，终端设备主动发起 MQTT 的 CONNECT 指令，包含协议版本 v3.1.1，心跳时间 60s，连接标识 ClientId，用于认证的 Username 和 Password，如下图。

MQTT-Broker 服务器收到终端设备建立连接请求，身份验证通过后，应答CONNACK报文，其中 ReturnCode 为0，如下图。

终端设备建立 MQTT 连接后，需主动订阅业务主题，用于接收云端下发的控制指令，如下图。

MQTT-Broker 服务端成功建立订阅关系后，会给终端设备响应SUBACK，如下图。

终端设备采集到数据后，可以通过PUBLISH主动将数据发送到云端，同时设置消息主题Topic，数据报文Payload，以及QoS，如下图。

MQTT-Broker 服务端成功接收数据后，如果是QoS=1消息，会响应PUBACK，如下图。

当终端设备和 MQTT-Broker 服务器之间长时间没有业务包交互时，就需要通过心跳包 PINGREQ/PINGRESP 来实现网络长连接通道保活。

终端设备发送 PINGREQ 报文，如下图。

MQTT-Broker 服务器响应PINGRESP报文，如下图。

当终端设备需要断开 MQTT 长连接时，可以MQTT-Broker 服务器主动发送DISCONNECT 报文，如下图。

当终端设备的 MQTT 长连接断开后，TCP 也会随之销毁，如下图。

以上就是通过 Wireshark 网络抓包工具，从终端设备视角抓包分析 IoT 物联网设备完整网络通信过程，希望对你有所帮助！

物联网平台mqtt

本作品采用《CC 协议》，转载必须注明作者和本文链接