MQTT 通訊協定：物聯網輕量級訊息傳輸

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MQTT 是一種根據釋出/訂閱模式的輕量級訊息傳輸協定，專為物聯網應用設計，適用於資源受限的裝置和低頻寬、高延遲或不可靠的網路環境。它具有簡單易實現、提供服務質量保證、輕量化且頻寬效率高、資料格式無關、支援連續會話感知以及解決安全問題等特性。相較於 HTTP，MQTT 更高效且適用於各種網路拓撲，並支援 TLS/SSL 加密確保資料安全。MQTT 具有三種服務質量（QoS）等級，確保訊息的可靠傳遞，並廣泛應用於智慧家居、工業自動化、移動應用和 M2M 等領域。MQTT 5 版本引入了使用者屬性等新功能，進一步提升其靈活性和擴充套件性，滿足不斷發展的物聯網應用需求。

網路安全標準

在IoT架構中，網路安全需要從感測器到雲端進行考量。邊緣網路在安全資料通訊和隔離不同資料路徑方面發揮著重要作用。一些需要在邊緣網路中部署的網路安全標準包括：

  • 虛擬區域網（VLAN）：VLAN允許將裝置和應用程式分組，即使它們不在同一物理網路上。這有助於隔離不同資料路徑和提高網路安全性。
  • 虛擬私人網路（VPN）：VPN允許在公用網路上建立安全連線。這對於IoT裝置尤其重要，因為它們通常需要將資料傳輸到遠端伺服器或雲端。

VLAN和VPN的應用

VLAN和VPN在IoT架構中有許多應用。例如，在零售業中，VLAN可以用來隔離不同資料路徑，例如客戶Wi-Fi和POS系統。VPN可以用來建立安全連線，以便將資料傳輸到遠端伺服器或雲端。

軟體定義網路

軟體定義網路（SDN）是一種新的網路架構，它允許透過軟體進行網路管理和控制。SDN可以用來提高網路安全性和靈活性，並提供了一種替代傳統網路安全機制的方法。

SDN的優點

SDN有許多優點，包括：

  • 提高網路安全性：SDN允許透過軟體進行網路管理和控制，這可以提高網路安全性和靈活性。
  • 提高網路效率：SDN可以用來最佳化網路流量和提高網路效率。
  • 降低成本：SDN可以用來降低網路硬體和維護成本。

SDN的應用

SDN在IoT架構中有許多應用。例如，在工業控制系統中，SDN可以用來提高網路安全性和靈活性。 在智慧城市中，SDN可以用來最佳化網路流量和提高網路效率。

網路路由與VPN技術

網路路由和VPN（虛擬私人網路）技術是網路安全和隱私保護的重要組成部分。VPN可以建立一個安全的、加密的通道，讓使用者可以安全地存取網路資源。

GRE和L2TP

GRE（Generic Routing Encapsulation）是一種建立點對點連線的技術，允許使用者透過隧道傳輸資料。L2TP（Layer 2 Tunneling Protocol）是一種建立私人網路連線的技術，通常用於VPN或其他網路服務。

IPsec和IKE

IPsec（Internet Protocol Security）是一種網路安全協議，提供加密和驗證功能。IKE（Internet Key Exchange）是一種安全協議，負責建立和維護IPsec連線。IKE有兩個階段：第一階段建立安全通道，第二階段使用已建立的通道進行加密和驗證。

加密和雜湊

加密是指將明文資料轉換為密文資料的過程。雜湊是指將資料轉換為固定長度的字串的過程。常見的加密演算法包括AES、DES和3DES。常見的雜湊函式包括MD5、SHA1和SHA2。

Diffie-Hellman群

Diffie-Hellman群是一種密碼學技術，用於生成共享金鑰。它的強度取決於所使用的群的大小。

交通整形和QoS

交通整形和QoS（Quality of Service）是網路管理的重要組成部分。交通整形是指將網路流量控制在一定的速率內，以避免網路擁塞。QoS是指為特定的網路流量提供優先順序和保證的服務質量。

MOS和DiffServ

MOS（Mean Opinion Score）是一種評估網路服務質量的方法，通常用於VoIP（Voice over Internet Protocol）應用。DiffServ（Differentiated Services）是一種網路流量管理技術，使用DSCP（Differentiated Service Code Point）標記包以提供不同的服務質量。

內容解密：

以上內容介紹了網路路由和VPN技術的基本概念和原理，包括GRE、L2TP、IPsec、IKE、加密和雜湊等。同時，也介紹了交通整形和QoS的重要性，以及MOS和DiffServ的應用。

圖表翻譯：

  graph LR
    A[GRE] --> B[L2TP]
    B --> C[IPsec]
    C --> D[IKE]
    D --> E[加密和雜湊]
    E --> F[Diffie-Hellman群]
    F --> G[交通整形和QoS]
    G --> H[MOS和DiffServ]

以上圖表展示了網路路由和VPN技術的關係，包括GRE、L2TP、IPsec、IKE、加密和雜湊等技術，以及交通整形和QoS的重要性。

網路邊緣路由器的安全功能

網路邊緣路由器或閘道器在保護網路安全方面扮演著重要角色。許多IoT裝置缺乏足夠的資源、記憶體和計算能力來提供強大的安全功能。因此，網路邊緣路由器需要具備基本的安全功能，例如防火牆保護。

防火牆保護

防火牆是最基本的安全功能，負責過濾和控制網路流量。有兩種基本的防火牆型別：網路防火牆和主機防火牆。網路防火牆過濾和控制網路之間的流量，而主機防火牆保護本地應用程式和服務。在IoT邊緣路由器中，我們關注網路防火牆。

防火牆可以根據封包、狀態或應用程式來過濾和控制網路流量。通常，防火牆會建立網路介面的區域，並設計規則來控制流量之間的流動。例如，邊緣路由器可以有客戶Wi-Fi區域和企業私人區域。

狀態防火牆

狀態防火牆是在OSI模型的第四層運作，收集和聚合封包以查詢模式和狀態資訊，例如新連線和現有連線。應用程式過濾是更先進的功能，可以搜尋特定的應用程式網路流量，例如FTP流量或HTTP資料。

虛擬私人網路（VPN）和分隧道技術

VPN和分隧道技術可以用來保護網路流量。VPN可以建立一個安全的隧道來加密網路流量，而分隧道技術可以將網路流量分割成多個隧道，以提高安全性和可靠性。

安全功能

IoT邊緣路由器需要具備多種安全功能，包括：

  • 身分驗證和授權
  • 加密和解密
  • 入侵檢測和防禦
  • 安全協議和標準

軟體定義網路（SDN）

軟體定義網路（SDN）是一種方法，將網路控制平面和資料平面分離，允許更靈活和更安全的網路管理。SDN可以用來建立更安全和更可靠的網路，尤其是在IoT應用中。

內容解密：

在這個章節中，我們討論了IoT邊緣路由器的安全功能。IoT邊緣路由器需要具備基本的安全功能，例如防火牆保護和狀態防火牆。防火牆可以根據封包、狀態或應用程式來過濾和控制網路流量。狀態防火牆可以收集和聚合封包以查詢模式和狀態資訊。軟體定義網路（SDN）是一種方法，可以用來建立更安全和更可靠的網路。

  graph LR
    A[IoT邊緣路由器] --> B[防火牆保護]
    B --> C[狀態防火牆]
    C --> D[軟體定義網路]
    D --> E[安全功能]

圖表翻譯：

這個圖表展示了IoT邊緣路由器的安全功能。IoT邊緣路由器需要具備基本的安全功能，例如防火牆保護和狀態防火牆。防火牆可以根據封包、狀態或應用程式來過濾和控制網路流量。狀態防火牆可以收集和聚合封包以查詢模式和狀態資訊。軟體定義網路（SDN）是一種方法，可以用來建立更安全和更可靠的網路。這個圖表展示了IoT邊緣路由器的安全功能和它們之間的關係。

  graph LR
    A[IoT邊緣路由器] --> B[安全功能]
    B --> C[防火牆保護]
    C --> D[狀態防火牆]
    D --> E[軟體定義網路]

圖表翻譯：

這個圖表展示了IoT邊緣路由器的安全功能和它們之間的關係。IoT邊緣路由器需要具備基本的安全功能，例如防火牆保護和狀態防火牆。防火牆可以根據封包、狀態或應用程式來過濾和控制網路流量。狀態防火牆可以收集和聚合封包以查詢模式和狀態資訊。軟體定義網路（SDN）是一種方法，可以用來建立更安全和更可靠的網路。這個圖表展示了IoT邊緣路由器的安全功能和它們之間的關係，幫助我們瞭解IoT邊緣路由器的安全功能和它們如何工作。

網路功能虛擬化（NFV）和軟體定義網路（SDN）

網路功能虛擬化（NFV）是一種提供網路功能的技術，允許網路功能在廠商無關的硬體上執行。NFV描述了虛擬化網路功能，通常在OSI模型的第4層到第7層。另一方面，軟體定義網路（SDN）是一種將控制平面和資料平面分離的網路架構，允許網路控制邏輯在軟體中實現。

SDN架構

根據IEEE的一篇文章，SDN具有四個特徵：

  • 控制平面和資料平面分離，資料平面硬體變成簡單的封包轉發裝置。
  • 所有的轉發決策都是根據流的，而不是根據目的地。
  • 控制邏輯，也就是SDN控制器，是一種軟體版本的傳統硬體，能夠在商用硬體和雲端例項上執行。
  • 網路應用軟體可以透過北向介面居住在SDN控制器上，與資料平面互動並操縱資料平面。

SDN對於IoT部署非常重要，特別是在需要隔離裝置以確保安全性或效能的情況下。例如，一個移動的邊緣系統可以建立一個安全的雲端SDN主機，邊緣系統可以在不同的運營商和通訊系統之間移動，但始終保持一個靜態的IP地址。

邊緣路由和網路

邊緣路由和網路是指在邊緣裝置上實現的路由和網路功能。邊緣路由器可以是簡單的封包轉發裝置，或者可以是具有更高階別功能的裝置，例如深度封包檢查、防火牆和負載均衡。

SDN的基礎架構與傳統網路類似，使用類似的硬體，如交換機、路由器和中間盒。但是，SDN使用快速的伺服器級別的商用計算能力，而不是複雜的嵌入式控制硬體。這些伺服器平臺通常在雲端執行網路服務，使用軟體而不是自定義的ASIC。

SDN控制器

SDN控制器是SDN架構中的核心元件，負責命令和控制簡化的交換節點。SDN控制器可以在商用硬體或雲端例項上執行，其目的是控制和管理簡化的交換節點。

內容解密：

在這個章節中，我們討論了SDN和NFV的概念和架構。SDN是一種將控制平面和資料平面分離的網路架構，允許網路控制邏輯在軟體中實現。NFV是一種提供網路功能的技術，允許網路功能在廠商無關的硬體上執行。這些技術對於IoT部署非常重要，特別是在需要隔離裝置以確保安全性或效能的情況下。

  graph LR
    A[SDN控制器] --> B[交換節點]
    B --> C[資料平面]
    C --> D[網路服務]
    D --> E[雲端]
    E --> F[商用硬體]

圖表翻譯：

這個圖表顯示了SDN控制器、交換節點、資料平面、網路服務、雲端和商用硬體之間的關係。SDN控制器負責命令和控制簡化的交換節點，交換節點執行資料平面決策和轉發流量。資料平面由交換節點和路由器組成，網路服務可以在雲端或私有資料中心硬體上執行。商用硬體提供了快速的伺服器級別的計算能力，允許網路服務在軟體中實現。

網路架構與SDN

在傳統的網路架構中，資料平面和控制平面是統一的，當系統需要新增或刪除節點或設定新的資料路徑時，許多專用系統需要更新新的VLAN設定、QoS引數、存取控制列表、靜態路由和防火牆通行。這種方法在小規模的網路中可能是可行的，但當網路規模擴大到數百萬個節點時，傳統技術就變得不可行了。

SDN的優勢

軟體定義網路（SDN）是一種新的網路架構，它將資料平面和控制平面分離，允許更靈活和可擴充套件的網路管理。SDN的優勢包括：

  • 服務連結：允許客戶或提供商按需提供服務，例如防火牆、深度封包檢查、VPN、身份驗證服務和策略代理。
  • 動態負載管理：SDN可以根據需要動態調整網路容量，適合於物聯網的快速增長。
  • 頻寬日歷：允許操作員根據時間和日期分割資料頻寬和使用量。

物聯網的挑戰

物聯網的快速增長帶來了許多挑戰，包括：

  • 大規模的節點數量：物聯網需要管理數百萬甚至數十億個節點。
  • 低成本和受限的電子裝置：物聯網裝置通常是低成本和受限的，需要高效的網路管理。
  • 安全性：物聯網需要強大的安全措施來保護資料和裝置。

SDN在物聯網中的應用

SDN可以用於解決物聯網中的許多挑戰，包括：

  • 提供靈活和可擴充套件的網路管理。
  • 支援服務連結和動態負載管理。
  • 提供強大的安全措施，例如軟體定義的周界（SDP）。

Edge to Cloud Protocols

從邊緣到雲端的通訊，需要一個可靠且高效的協定來傳輸資料。目前為止，我們已經探討了從裝置生成資料或事件到使用各種電信媒介和技術將其傳輸到雲端的過程。然而，在建構和橋接這些網路連線時，存在著許多複雜性和細微差別，特別是在非IP基礎的PAN網路和IP基礎的WAN網路之間。

標準協定是將原始資料從感測器轉換成有意義和格式化的資料，以便雲端接受。IoT系統和Machine-to-Machine（M2M）系統的一個主要差異在於，M2M系統可能會直接與專用伺服器或系統通訊，而不需要任何封裝協定。例如，SCADA工業自動化系統可能使用BACNET或ModBus進行機械到控制電腦的通訊。

本章將詳細介紹IoT領域中常用的協定，例如Message Queue Telemetry Transport（MQTT）和Constrained Application Protocol（CoAP）。

協定

一個自然的問題是，為什麼需要除了HTTP以外的協定來傳輸資料？HTTP已經為Internet提供了20多年的服務和能力，但它是為一般用途計算和客戶端/伺服器模型而設計的。

IoT裝置可能非常受限、遠距離和頻寬有限，因此需要更高效、安全和可擴充套件的協定來管理各種網路拓撲中的裝置。雖然HTTP在IoT和邊緣系統中使用，但它並不高效。HTTP2和HTTP3協定相對高效，另外，透過TLS的安全性也是HTTP會話中常見的。

協定型別

有兩種主要的協定型別：Message-Oriented Middleware（MOM）和RESTful。

MOM實現的基本思想是，兩個裝置之間的通訊使用分散式訊息佇列進行。MOM將訊息從一個使用者空間應用程式傳遞到另一個。一些裝置生產資料並將其新增到佇列中，而其他裝置則消耗佇列中的資料。一些實現需要一個代理或中間人作為中央服務。在這種情況下，生產者和消費者與代理之間存在釋出和訂閱關係。

RESTful模型中，伺服器擁有資源的狀態，但狀態不會在訊息中從客戶端傳遞到伺服器。RESTful設計使用HTTP方法（如GET、PUT、POST和DELETE）對資源的統一資源識別符號（URI）進行請求。這種架構不需要代理或中間人。

MQTT

MQTT是一種MOM實現，使用中間代理伺服器和釋出者和訂閱者。MQTT是一種高效和安全的協定，適合IoT應用。

內容解密：

本章主要介紹了Edge to Cloud Protocols的概念和協定型別，包括MOM和RESTful。MQTT是一種MOM實現，使用中間代理伺服器和釋出者和訂閱者。RESTful模型中，伺服器擁有資源的狀態，但狀態不會在訊息中從客戶端傳遞到伺服器。

圖表翻譯：

下圖展示了MOM和RESTful的比較：

  graph LR
    A[MOM] -->|使用中間代理伺服器|> B[釋出者和訂閱者]
    C[RESTful] -->|使用HTTP方法|> D[資源的統一資源識別符號]

這個圖表展示了MOM和RESTful的不同之處，MOM使用中間代理伺服器和釋出者和訂閱者，而RESTful使用HTTP方法對資源的統一資源識別符號進行請求。

MQTT 通訊協定簡介

MQTT（MQ Telemetry Transport）是一種根據IP的通訊協定，最初於1993年由IBM開發，旨在解決獨立且非同步的分散式系統之間的通訊問題。後來，玄貓根據WebSphere Message Queue技術開發了一種新的通訊協定，即MQTT。MQTT的設計目標是：

  • 簡單易實現
  • 提供服務質量保證
  • 輕量化且頻寬效率高
  • 資料格式無關
  • 支援連續會話感知
  • 解決安全問題

MQTT是一種發布/訂閱型的通訊協定，設計用於資源受限的裝置和低頻寬、高延遲或不可靠的網路。其設計原則是最小化網路頻寬和裝置資源需求，同時確保可靠性和一定程度的交付保證。這些原則使得MQTT非常適合於「機器對機器」（M2M）或「物聯網」（IoT）世界中的連線裝置，以及需要最小化頻寬和電池功耗的移動應用。

MQTT於2010年以3.1版本作為免授權費的產品釋出，2013年被標準化並被OASIS協會接受。2014年，OASIS釋出了MQTT 3.1.1版本，同時MQTT也是ISO標準（ISO/IEC PRF 20922）。近期，OASIS釋出了MQTT 5規範。

MQTT 規範時間線

規範版本釋出時間功能
初始版本1999最初建立和發明
MQTT 3.12010免授權費釋出
HiveMQ2013最初公開釋出
MQTT 3.1.12014OASIS標準

MQTT 的特點

  • 簡單: MQTT的設計非常簡單，易於實現和理解。
  • 輕量級: MQTT的通訊協定頭部非常小，減少了網路流量和裝置資源的需求。
  • 可靠性: MQTT提供了三種服務質量（QoS）等級，以確保訊息的可靠交付。
  • 安全性: MQTT支援TLS/SSL加密和認證，確保資料的安全性。

MQTT 的應用

  • 物聯網: MQTT非常適合於物聯網應用，例如智慧家居、工業自動化等。
  • 移動應用: MQTT可以用於移動應用，例如智慧手機、平板電腦等。
  • M2M: MQTT可以用於M2M應用，例如智慧電網、智慧交通等。

MQTT 通訊協定與其應用

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一種輕量級的通訊協定，廣泛應用於物聯網（IoT）領域。2019 年，MQTT 5 標準正式發布，解決了 MQTT 3.1.1 版本中的一些問題，例如自訂元資料和跨平臺互操作性。

MQTT 5 的新功能

MQTT 5 引入了使用者屬性（User Properties），使得使用者可以自訂元資料並新增到訊息中。這一功能提高了 MQTT 的靈活性和擴充套件性。

MQTT 的釋出-訂閱模型

MQTT 的釋出-訂閱模型是一種去耦合的通訊方式，釋出者和訂閱者之間不需要知道彼此的物理地址。釋出者將訊息釋出到一個主題（Topic），而訂閱者可以訂閱這個主題以接收訊息。MQTT 代理（Broker）負責連線釋出者和訂閱者，並過濾訊息。

MQTT 代理的功能

MQTT 代理提供了以下功能：

  • 主題過濾（Subject Filtering）：釋出者和訂閱者可以根據主題進行過濾。
  • 內容過濾（Content Filtering）：代理可以檢查和過濾釋出的訊息。
  • 型別過濾（Type Filtering）：訂閱者可以根據訊息型別進行過濾。

MQTT 的優點

MQTT 的釋出-訂閱模型使得它非常適合於物聯網應用，尤其是在邊緣計算和雲端計算中。MQTT 的優點包括：

  • 低延遲：MQTT 的釋出-訂閱模型可以實現低延遲的通訊。
  • 高效率：MQTT 的輕量級設計使得它非常適合於資源有限的裝置。
  • 靈活性：MQTT 5 的使用者屬性使得使用者可以自訂元資料並新增到訊息中。
內容解密：

MQTT 的釋出-訂閱模型是一種去耦合的通訊方式，釋出者和訂閱者之間不需要知道彼此的物理地址。這種模型使得 MQTT 非常適合於物聯網應用，尤其是在邊緣計算和雲端計算中。MQTT 代理負責連線釋出者和訂閱者，並過濾訊息。MQTT 5 的使用者屬性使得使用者可以自訂元資料並新增到訊息中，提高了 MQTT 的靈活性和擴充套件性。

  graph LR
    A[釋出者] -->|釋出訊息|> B[MQTT 代理]
    B -->|過濾訊息|> C[訂閱者]
    C -->|接收訊息|> D[應用程式]

圖表翻譯：

此圖表示 MQTT 的釋出-訂閱模型。釋出者釋出訊息到 MQTT 代理，代理過濾訊息並將其釋出到訂閱者。訂閱者接收訊息並將其傳遞給應用程式。MQTT 代理負責連線釋出者和訂閱者，並過濾訊息。MQTT 5 的使用者屬性使得使用者可以自訂元資料並新增到訊息中，提高了 MQTT 的靈活性和擴充套件性。

MQTT 通訊協定深度剖析

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一種廣泛使用的物聯網（IoT）通訊協定，尤其是在低功耗和低頻寬的應用中。其設計宗旨在於提供一種高效、可靠且低延遲的資料傳輸機制。

MQTT 的優點

MQTT 的優點在於其能夠有效地解耦發布者和訂閱者，讓資料的傳輸更加靈活和高效。由於 MQTT 中的代理（Broker）扮演著核心角色，發布者和訂閱者不需要直接知道彼此的物理位置或身份，這使得 MQTT 特別適合於 IoT 應用中，尤其是在裝置物理位置不固定的情況下。

MQTT 的時間不敏感性

MQTT 的另一個重要特性是其時間不敏感性。這意味著即使訂閱者處於低功耗或低頻寬的狀態，仍然可以在稍後的時間點接收到訊息。這種特性使得 MQTT 能夠支援廣泛的 IoT 應用，從智慧家居到工業自動化。

MQTT 的資料格式

MQTT 的資料格式是中立的，這意味著任何型別的資料都可以被封裝在 MQTT 的 payload 中。發布者和訂閱者必須就資料格式達成一致，以確保正確的資料交換。常見的資料格式包括文字、影像、音訊、加密資料、JSON 物件等。

MQTT 5 的新特性

MQTT 5 引入了幾個重要的新特性，包括共享訂閱（Shared Subscriptions）和主題別名（Topic Aliases）。共享訂閱允許多個客戶端共享同一個訂閱，從而實現負載均衡。主題別名則允許使用較短的別名來替代長的主題名稱，從而減少資料傳輸量。

MQTT 的架構細節

MQTT 的架構根據 TCP，提供了一種可靠的資料傳輸機制。MQTT 代理（Broker）扮演著核心角色，負責管理訂閱者和發布者之間的資料流動。MQTT 還提供了一種保留訊息（Retained Message）的機制，允許新訂閱者立即接收到最近的訊息。

MQTT 的 Last Will 和 Testament

MQTT 的 Last Will 和 Testament（LWT）是一種選擇性的功能，允許客戶端在連線時指定一個最後的訊息。如果客戶端與代理失去連線，代理將會廣播這個最後的訊息給所有訂閱者。

MQTT 通訊協定深度剖析

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一種輕量級的物聯網通訊協定，廣泛應用於物聯網、工業自動化、智慧家居等領域。下面，我們將深入探討 MQTT 的工作原理、功能特點以及其在實際應用中的優勢。

MQTT 的工作原理

MQTT 的工作原理主要涉及三個角色：客戶端（Client）、代理伺服器（Broker）和主題（Topic）。客戶端可以是任何裝置或應用程式，代理伺服器則負責管理主題和轉發訊息。當客戶端想要傳送訊息時，它會將訊息傳送給代理伺服器，代理伺服器再將訊息轉發給訂閱了相同主題的其他客戶端。

MQTT 的功能特點

MQTT 的功能特點包括：

  • 輕量級: MQTT 的協定頭部很小，非常適合在頻寬有限的網路中使用。
  • 低延遲: MQTT 的設計目標是實現低延遲的訊息傳遞，非常適合需要即時通訊的應用。
  • 高可靠性: MQTT 支援三種不同的服務質量（QoS）等級，包括 QoS 0、QoS 1 和 QoS 2，確保訊息的可靠傳遞。
  • 安全性: MQTT 支援 TLS/SSL 加密，確保訊息的安全傳遞。

MQTT 的服務質量（QoS）

MQTT 的服務質量（QoS）是指訊息傳遞的可靠性和保證程度。MQTT 支援三種不同的 QoS 等級：

  • QoS 0: 非保證傳遞，訊息可能會丟失。
  • QoS 1: 保證至少一次傳遞，訊息可能會被重複傳遞。
  • QoS 2: 保證恰好一次傳遞，訊息不會被重複傳遞。

MQTT 的實際應用

MQTT 的實際應用包括：

  • 智慧家居: MQTT 可以用於智慧家居中的裝置控制和訊息傳遞。
  • 工業自動化: MQTT 可以用於工業自動化中的裝置控制和訊息傳遞。
  • 物聯網: MQTT 可以用於物聯網中的裝置控制和訊息傳遞。
內容解密：

MQTT 的工作原理、功能特點以及其在實際應用中的優勢，使其成為了一種非常受歡迎的通訊協定。在實際應用中，MQTT 可以用於智慧家居中的裝置控制和訊息傳遞、工業自動化中的裝置控制和訊息傳遞、物聯網中的裝置控制和訊息傳遞等。MQTT 的輕量級和低延遲的設計，使其非常適合在頻寬有限的網路中使用。MQTT 的三種不同的服務質量（QoS）等級，包括 QoS 0、QoS 1 和 QoS 2，確保訊息的可靠傳遞。MQTT 的安全性也得到了保證，透過 TLS/SSL 加密，確保訊息的安全傳遞。

  flowchart TD
    A[MQTT 客戶端] --> B[MQTT 代理伺服器]
    B --> C[MQTT 主題]
    C --> D[MQTT 客戶端]
    D --> E[MQTT 代理伺服器]
    E --> F[MQTT 主題]

圖表翻譯：

上述流程圖展示了 MQTT 的工作原理。MQTT 客戶端傳送訊息給 MQTT 代理伺服器，代理伺服器再將訊息轉發給訂閱了相同主題的其他客戶端。MQTT 的工作原理主要涉及三個角色：客戶端、代理伺服器和主題。客戶端可以是任何裝置或應用程式，代理伺服器則負責管理主題和轉發訊息。主題是 MQTT 中的一個重要概念，客戶端可以訂閱不同的主題，以接收不同的訊息。MQTT 的設計目標是實現低延遲的訊息傳遞，非常適合需要即時通訊的應用。MQTT 的三種不同的服務質量（QoS）等級，包括 QoS 0、QoS 1 和 QoS 2，確保訊息的可靠傳遞。MQTT 的安全性也得到了保證，透過 TLS/SSL 加密，確保訊息的安全傳遞。

MQTT 5 的新功能和改進

MQTT 5 是 MQTT 3.1.1 的最新版本，引入了多項新功能和改進。其中包括會話過期計時器、簡化的狀態管理和使用者屬性等。

從技術架構視角來看，MQTT 5 通訊協定在物聯網領域的應用日益廣泛。深入剖析其核心架構，可以發現 MQTT 5 在繼承 MQTT 3.1.1 輕量、低延遲等優勢的基礎上，著重解決了訊息傳遞的可靠性、靈活性以及安全性等關鍵挑戰。例如，共享訂閱的引入有效提升了訊息分發效率，而使用者屬性則為訊息增加了額外的描述資訊，方便不同平臺間的資料交換。然而，MQTT 5 的廣泛應用仍面臨一些限制，例如部分舊有系統的相容性問題以及開發者對新特性的熟悉程度。對於資源受限的裝置而言，如何有效利用 MQTT 5 的新特性，在功耗和效能之間取得平衡，仍需進一步探討。玄貓認為，MQTT 5 代表了物聯網通訊協定，隨著相關技術的成熟和生態的完善，其應用前景將更加廣闊。在接下來的幾年，MQTT 5 將在更多物聯網場景中扮演關鍵角色，推動產業的持續創新和發展。

玄貓

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技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。