IoT 終端設備接入物聯網平臺的網絡過程

互聯網的小白2023-12-21 17:20:36

如今，我們日常生活中每天都使用大量的物聯網設備，比如智能門鎖、地鐵掃碼閘機、早餐店收款播報音箱、汽車充電樁、上班刷臉打卡等，作為 IoT 物聯網領域的開發者，你有想過背后完整的網絡通信過程么？

借助全球開發者使用最廣泛的開源抓包軟件 Wireshark，抓取終端設備網卡通信包，一切就一目了然了。

你會發現終端設備先做了DNS解析，再建立 MQTT 長連接通道，訂閱業務主題，上報采集的數據，通過發送心跳包實現連接保活，業務處理完后主動斷開長連接。

DNS 服務是計算機域名系統 (Domain Name Service) 的縮寫，它是由域名解析器和域名服務器組成的。域名服務器是指保存有該網絡中所有主機的域名和對應IP地址，并具有將域名轉換為IP地址功能的服務器。其中域名必須對應一個IP地址，而IP地址不一定有域名。

觀察DNS網絡包，你會發現終端設備先去請求了 MQTT-Broker 服務器域名對應的 IP 地址。在 DNS 的 Answer 中終端設備獲得了 addr 值，用于接下來的TCP/IP 網絡連接。

終端設備建立 MQTT 長連之前，需要先建立 TCP連接，即終端設備與MQTT-Broker 服務器的三次握手。

MQTT（消息隊列遙測傳輸）是基于 TCP/IP 協議棧而構建的支持在各方之間異步通信的消息協議。MQTT 在空間和時間上將消息發送者與接收者分離，因此可以在不可靠的網絡環境中進行擴展，使用了發布和訂閱（Pub/Sub）的模型。

在 TCP 連接基礎上，終端設備主動發起 MQTT 的 CONNECT 指令，包含協議版本 v3.1.1，心跳時間 60s，連接標識 ClientId，用于認證的 Username 和 Password，如下圖。

MQTT-Broker 服務器收到終端設備建立連接請求，身份驗證通過后，應答CONNACK報文，其中 ReturnCode 為0，如下圖。

終端設備建立 MQTT 連接后，需主動訂閱業務主題，用于接收云端下發的控制指令，如下圖。

MQTT-Broker 服務端成功建立訂閱關系后，會給終端設備響應SUBACK，如下圖。

終端設備采集到數據后，可以通過PUBLISH主動將數據發送到云端，同時設置消息主題Topic，數據報文Payload，以及QoS，如下圖。

MQTT-Broker 服務端成功接收數據后，如果是QoS=1消息，會響應PUBACK，如下圖。

當終端設備和 MQTT-Broker 服務器之間長時間沒有業務包交互時，就需要通過心跳包 PINGREQ/PINGRESP 來實現網絡長連接通道保活。

終端設備發送 PINGREQ 報文，如下圖。

MQTT-Broker 服務器響應PINGRESP報文，如下圖。

當終端設備需要斷開 MQTT 長連接時，可以MQTT-Broker 服務器主動發送DISCONNECT 報文，如下圖。

當終端設備的 MQTT 長連接斷開后，TCP 也會隨之銷毀，如下圖。

以上就是通過 Wireshark 網絡抓包工具，從終端設備視角抓包分析 IoT 物聯網設備完整網絡通信過程，希望對你有所幫助！

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