如今，我們?nèi)粘Ｉ钪忻刻於际褂么罅康奈锫?lián)網(wǎng)設(shè)備，比如智能門(mén)鎖、地鐵掃碼閘機(jī)、早餐店收款播報(bào)音箱、汽車(chē)充電樁、上班刷臉打卡等，作為 IoT 物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)者，你有想過(guò)背后完整的網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程么？

借助全球開(kāi)發(fā)者使用最廣泛的開(kāi)源抓包軟件 Wireshark，抓取終端設(shè)備網(wǎng)卡通信包，一切就一目了然了。

你會(huì)發(fā)現(xiàn)終端設(shè)備先做了DNS解析，再建立 MQTT 長(zhǎng)連接通道，訂閱業(yè)務(wù)主題，上報(bào)采集的數(shù)據(jù)，通過(guò)發(fā)送心跳包實(shí)現(xiàn)連接保活，業(yè)務(wù)處理完后主動(dòng)斷開(kāi)長(zhǎng)連接。

1.DNS 解析

DNS 服務(wù)是計(jì)算機(jī)域名系統(tǒng) (Domain Name Service) 的縮寫(xiě)，它是由域名解析器和域名服務(wù)器組成的。域名服務(wù)器是指保存有該網(wǎng)絡(luò)中所有主機(jī)的域名和對(duì)應(yīng)IP地址，并具有將域名轉(zhuǎn)換為IP地址功能的服務(wù)器。其中域名必須對(duì)應(yīng)一個(gè)IP地址，而IP地址不一定有域名。

觀察DNS網(wǎng)絡(luò)包，你會(huì)發(fā)現(xiàn)終端設(shè)備先去請(qǐng)求了 MQTT-Broker 服務(wù)器域名對(duì)應(yīng)的 IP 地址。在 DNS 的 Answer 中終端設(shè)備獲得了 addr 值，用于接下來(lái)的TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)連接。

2.TCP 三次握手

終端設(shè)備建立 MQTT 長(zhǎng)連之前，需要先建立 TCP連接，即終端設(shè)備與MQTT-Broker 服務(wù)器的三次握手。

3.MQTT 建立連接 CONNECT

MQTT（消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸） 是基于 TCP/IP 協(xié)議棧而構(gòu)建的支持在各方之間異步通信的消息協(xié)議。MQTT 在空間和時(shí)間上將消息發(fā)送者與接收者分離，因此可以在不可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行擴(kuò)展，使用了發(fā)布和訂閱（Pub/Sub）的模型。

在 TCP 連接基礎(chǔ)上，終端設(shè)備主動(dòng)發(fā)起 MQTT 的 CONNECT 指令，包含協(xié)議版本 v3.1.1，心跳時(shí)間 60s，連接標(biāo)識(shí) ClientId，用于認(rèn)證的 Username 和 Password，如下圖。

MQTT-Broker 服務(wù)器收到終端設(shè)備建立連接請(qǐng)求，身份驗(yàn)證通過(guò)后，應(yīng)答CONNACK報(bào)文，其中 ReturnCode 為0，如下圖。

4.MQTT 訂閱主題 SUBSCRIBE

終端設(shè)備建立 MQTT 連接后，需主動(dòng)訂閱業(yè)務(wù)主題，用于接收云端下發(fā)的控制指令，如下圖。

MQTT-Broker 服務(wù)端成功建立訂閱關(guān)系后，會(huì)給終端設(shè)備響應(yīng)SUBACK，如下圖。

5.MQTT 上報(bào)數(shù)據(jù) PUBLISH

終端設(shè)備采集到數(shù)據(jù)后，可以通過(guò)PUBLISH主動(dòng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端，同時(shí)設(shè)置消息主題Topic，數(shù)據(jù)報(bào)文Payload，以及QoS，如下圖。

MQTT-Broker 服務(wù)端成功接收數(shù)據(jù)后，如果是QoS=1消息，會(huì)響應(yīng)PUBACK，如下圖。

6.MQTT 心跳 PINGREQ

當(dāng)終端設(shè)備和 MQTT-Broker 服務(wù)器之間長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有業(yè)務(wù)包交互時(shí)，就需要通過(guò)心跳包 PINGREQ/PINGRESP 來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)連接通道保活。

終端設(shè)備發(fā)送 PINGREQ 報(bào)文，如下圖。

MQTT-Broker 服務(wù)器響應(yīng)PINGRESP報(bào)文，如下圖。

7.MQTT 心跳 DISCONNECT

當(dāng)終端設(shè)備需要斷開(kāi) MQTT 長(zhǎng)連接時(shí)，可以MQTT-Broker 服務(wù)器主動(dòng)發(fā)送DISCONNECT 報(bào)文，如下圖。

8.TCP 連接斷開(kāi)

當(dāng)終端設(shè)備的 MQTT 長(zhǎng)連接斷開(kāi)后，TCP 也會(huì)隨之銷(xiāo)毀，如下圖。

以上就是通過(guò) Wireshark 網(wǎng)絡(luò)抓包工具，從終端設(shè)備視角抓包分析 IoT 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備完整網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程，希望對(duì)你有所幫助！