C#MQTT编程08--MQTT服务器和客户端(cmd版)

1、前言

前面完成了winform版，wpf版，为什么要搞个cmd版，因为前面介绍了mqtt的报文结构，重点分析了【连接报文】，【订阅报文】，【发布报文】，这节就要就看看实际报文是怎么组装的，这也是之前详细每个报文的结构，含义的目的，使用mqttnet这个组件实现mqtt通信是直接应用，不涉及到底层报文的结构内容，用户是看不到报文内容的，这节的目的就是为加深理解而干的。这节不安装任何mqtt的组件，而是直接使用socket的原始方式通信。

2、报文回顾

一共有14个报文，如下图

可以去看看3个报文的详细介绍，什么固定报头，可变报头，有效载荷这些东东：

C#MQTT编程03--连接报文

C#MQTT编程04--订阅报文 

C#MQTT编程05--发布报文 

总结出来就是这样的：

连接报文是客户端发1，服务器回2，

订阅报文是客户端发8，服务器回9，

发布报文是客户端发3，服务器回4，

心跳报文是客户端发12，服务器回13。

3、开始卷

1、创建项目方案

 2、编写连接报文

 完整的连接代码：

/// <summary>
/// 连接
/// </summary>
static void Connection()
{// MQTT不支持UDPsocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);socket.Connect("127.0.0.1", 1869);//连接报文List<byte> connBytes = new List<byte>();#region 第一部分,固定报头// 第0个字节：固定报头List<byte> headerBytes = new List<byte>{1<<4 //表示连接请求  消息类型  };//第1个字节：剩余字节长度//需要后面计算得到#endregion#region 第二部分，可变报头 // 第2，3个字节：协议名称MQTT的字节长度List<byte> bodyBytes = new List<byte>();string protocolName = "MQTT";byte[] pnameBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(protocolName);//得到“MQTT”的字节数组 bodyBytes.Add((byte)(pnameBytes.Length / 256 % 256));//高4位bodyBytes.Add((byte)(pnameBytes.Length % 256));//低4位// 第4，5，6，7个字节：协议名称bodyBytes.AddRange(pnameBytes);// 第8个字节： 协议版本bodyBytes.Add(0x04);// 第9个字节： 负载是否需要用户名，密码等设置byte flagByte = 0;flagByte |= 128;        //  1 0 0 0  0 0 0 0   128      // 需要用户 flagByte |= 64;         //  0 1 0 0  0 0 0 0   64      // 需要密码             flagByte |= 2;  // CleanSessionbodyBytes.Add(flagByte);//  第10，11个字节： Keep Alive保持连接的时间，高位在前，低位在后int seconds = 100;  // 秒为单位bodyBytes.Add((byte)(seconds / 256 % 256));bodyBytes.Add((byte)(seconds % 256));#endregion#region 第三部分，载荷List<byte> loadBytes = new List<byte>();//   第12，13个字节：ClientID字符长度string clientID = "x2";byte[] ciBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(clientID);loadBytes.Add((byte)(ciBytes.Length / 256 % 256));loadBytes.Add((byte)(ciBytes.Length % 256));//   第14，115，16，17个字节：ClientIDloadBytes.AddRange(ciBytes);//   第18，19个字节：用户名长度string username = "boss";byte[] unBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(username);loadBytes.Add((byte)(unBytes.Length / 256 % 256));loadBytes.Add((byte)(unBytes.Length % 256));//   第20，21，22，23，24个字节：用户名loadBytes.AddRange(unBytes);//   第25，26个字节：密码长度string pwd = "1234";byte[] pwdBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(pwd);loadBytes.Add((byte)(pwdBytes.Length / 256 % 256));loadBytes.Add((byte)(pwdBytes.Length % 256));//   第27，28，29，30，31个字节：密码loadBytes.AddRange(pwdBytes);#endregion//第1个字节：剩余字节长度，从第 2 个字节开始。headerBytes.Add((byte)(bodyBytes.Count + loadBytes.Count));//组装成报文connBytes.AddRange(headerBytes);connBytes.AddRange(bodyBytes);connBytes.AddRange(loadBytes);//发送报文socket.Send(connBytes.ToArray());// 异步处理：开始心跳Task.Run(async () =>{byte[] pingBytes = new byte[2] { 12 << 4, 0 };//心跳的字节报文是固定的while (true){Console.WriteLine("心跳时间：" + DateTime.Now.ToString());await Task.Delay(1000);//等待1秒socket.Send(pingBytes);}});//异步处理：服务器返回的报文Task.Run(() =>{//1：请求连接 (C->S)//2：连接确认 (S->C)//3：发布消息 (Both)//4：发布收到确认 (QoS > 0)//5：发布确认收到//6：发布释放//7：发布完成 (QoS 2)//8：订阅请求 (C->S)//9：订阅请求确认 (S->C)//10：取消订阅请求 (C->S)//11：取消订阅请求确认 (S->C)//12：心跳请求 (C->S)//13：心跳确认 (S->C)//14：客户端断开连接 (C->S)byte[] respBytes = new byte[1]; //接收MQTT报文类型，报文类型占1个字节//连接成功，MQTT报文类型（CONNACK），服务器返回2，即0000 0010，高低位交换位置就是返回：0 0 1 0 0 0 0 0  ，转成10进制就是32//发布成功，MQTT报文类型（PUBACK）， 服务器返回4，即0000 0100，高低位交换位置就是返回：0 1 0 0 0 0 0 0  ，转成10进制就是64//订阅成功，MQTT报文类型（SUBACK）， 服务器返回9，即0000 1001，高低位交换位置就是返回：1 0 0 1 0 0 0 0  ，转成10进制就是144//心跳成功，MQTT报文类型（PINGRESP），服务器返回13，即0000 1101，高低位交换位置就是返回：1 1 0 1 0 0 0 0 ，转成10进制就是208while (true)//循环接收{try{socket.Receive(respBytes, 0, 1, SocketFlags.None);int firstValue = Convert.ToInt32(respBytes[0]);//Console.WriteLine("第一个字节：" + firstValue);//根据报文类型进行处理switch (firstValue){case 32:Console.WriteLine("连接成功!");break;case 64:Console.WriteLine("发布成功!");break;case 144:Console.WriteLine("订阅成功!");break;case 208:Console.WriteLine("心跳成功!");break;}}catch (Exception ex){Console.WriteLine("出错了，" + ex.Message);}}});
}

特别注意这里的处理

 //连接成功，MQTT报文类型（CONNACK），服务器返回2，即0000 0010，高低位交换位置就是返回：0 0 1 0 0 0 0 0  ，转成10进制就是32//发布成功，MQTT报文类型（PUBACK）， 服务器返回4，即0000 0100，高低位交换位置就是返回：0 1 0 0 0 0 0 0  ，转成10进制就是64//订阅成功，MQTT报文类型（SUBACK）， 服务器返回9，即0000 1001，高低位交换位置就是返回：1 0 0 1 0 0 0 0  ，转成10进制就是144//心跳成功，MQTT报文类型（PINGRESP），服务器返回13，即0000 1101，高低位交换位置就是返回：1 1 0 1 0 0 0 0 ，转成10进制就是208

心跳的处理，它的作用是不断地发送命令，以证明客户端存在

 测试连接

先把前面的wpf版程序运行，启动服务器，启动客户端连接服务器

再启动本项目程序，可以看到连接成功，心跳也成功。

 

3、编写订阅报文

这里设置的qos级别是1，Qos级别-》 0：最多一次的传输，1：至少一次的传输、至多无限次，2：有且仅有一次的传输

完整代码

 

  /// <summary>/// 订阅/// </summary>/// <param name="topics">主题列表</param>static void Subscription(List<string> topics){List<byte> headerBytes = new List<byte>();List<byte> bodyBytes = new List<byte>();//第0个字节：报文类型（10000010）byte msgType = 8 << 4;   //  1000 0000 headerBytes.Add((byte)(msgType | 2));//第1个字节：剩余字节长度，等后面计算获取后再添加//第2，3个字节：Package Identifier的长度，表示报文的标识int pi = random.Next(0, 1000);  // Package Identifier的具体值bodyBytes.Add((byte)(pi / 256 % 256));//高位bodyBytes.Add((byte)(pi % 256));//低位//遍历所有主题foreach (var item in topics){//第8，9个字节：topic字符长度byte[] itemBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(item);bodyBytes.Add((byte)(itemBytes.Length / 256 % 256));bodyBytes.Add((byte)(itemBytes.Length % 256));//第10，11，12，13，14，16个字节：topic字符内容bodyBytes.AddRange(itemBytes);//第17个字节：Qos级别-》 0：最多一次的传输，1：至少一次的传输、至多无限次，2：有且仅有一次的传输bodyBytes.Add(0x01);}//第1个字节：剩余字节长度，从第 2 个字节开始。headerBytes.Add((byte)bodyBytes.Count);//组成报文headerBytes.AddRange(bodyBytes);//发送报文socket.Send(headerBytes.ToArray());//接收服务器回应的报文 //byte[] respBytes = new byte[5];//socket.Receive(respBytes, 0, 5, SocketFlags.None);//var objSub = respBytes; }

测试订阅

先让wpf客户端订阅一个主题“shanghai"，订阅成功

再看本项目程序订阅主题”shanghai",可以看到订阅成功

4、编写发布报文

完整代码，注释详情

 /// <summary>/// 发布消息：服务级别(Qos1)/// </summary>static void Publish_Qos1(){#region 方法1List<byte> headerBytes = new List<byte>();//报文类型byte msgType = 3 << 4;   //  1000 0000 headerBytes.Add((byte)(msgType | 2));   // QoS-0低4位全为1List<byte> bodyBytes = new List<byte>();string topic = "shanghai";string msg = "hello9098";// 添加主题长度byte[] topicBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(topic);bodyBytes.Add((byte)(topicBytes.Length / 256 % 256));bodyBytes.Add((byte)(topicBytes.Length % 256));// 添加主题内容bodyBytes.AddRange(topicBytes);// 必须添加Package Identifier：只包括它的字节长度int pi = random.Next(0, 1000);  // Package Identifier//Console.WriteLine(pi);bodyBytes.Add((byte)(pi / 256 % 256));bodyBytes.Add((byte)(pi % 256));// 添加消息长度 byte[] msgBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(msg);bodyBytes.Add((byte)(msgBytes.Length / 256 % 256));bodyBytes.Add((byte)(msgBytes.Length % 256));// 添加消息内容bodyBytes.AddRange(msgBytes);//添加第1个字节：剩余字节长度headerBytes.Add((byte)bodyBytes.Count);// 组装头   headerBytes.AddRange(bodyBytes);//发送消息socket.Send(headerBytes.ToArray());#endregion //#region 方法2//string topic = "shanghai";//string msg = "hello9098";//int pi = random.Next(0, 1000);  // Package Identifier//List<byte> topicbytes = new List<byte>();//byte[] topicArray = Encoding.UTF8.GetBytes(topic);//byte[] payloadArray = Encoding.UTF8.GetBytes(msg);//topicbytes.Add((byte)((int)topicArray.Length / 256));//topicbytes.Add((byte)((int)topicArray.Length % 256));//topicbytes.AddRange(topicArray);//byte[] id = new byte[] { (byte)(pi / 256 % 256), (byte)(pi % 256) };//byte[] bufferLen = new byte[] { (byte)(topicbytes.Count + payloadArray.Length + id.Length) };//using (MemoryStream memoryStream = new MemoryStream())//{//    memoryStream.WriteByte((3 << 4) | 2 | 1);// 写入消息类型(QoS-1)//    memoryStream.Write(bufferLen, 0, (int)bufferLen.Length);// 写入后续报文长度//    memoryStream.Write(topicbytes.ToArray(), 0, (int)topicbytes.Count);// 写入Topic字节//    memoryStream.Write(id.ToArray(), 0, (int)id.Length);// 写入Package Identifier字节//    memoryStream.Write(payloadArray.ToArray(), 0, (int)payloadArray.Length);// 写入消息//    byte[] sendArray = memoryStream.ToArray();//    socket.Send(sendArray);//}接收服务器回应的报文 //byte[] respBytes = new byte[4];//socket.Receive(respBytes, 0, 4, SocketFlags.None);//var objSub = respBytes;//#endregion }

测试发布

 前面的c1订阅了主题“shanghai"，现在的x2客户端向shanghai主题发布一个消息，看看c1能不能收到

 

最后全部完整代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;namespace MQTTNETClientCMD
{internal class Program{static Socket socket;//socket对象static Random random = new Random();//随机数，用于产生package identifierstatic List<string> topic = new List<string> { "shanghai" };//主题static void Main(string[] args){Console.WriteLine("Hello MQTT!");Connection();//连接  Subscription(topic);//订阅Publish_Qos1();// 发布Qos=1Console.ReadKey();}/// <summary>/// 连接/// </summary>static void Connection(){// MQTT不支持UDPsocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);socket.Connect("127.0.0.1", 1869);//连接报文List<byte> connBytes = new List<byte>();#region 第一部分,固定报头// 第0个字节：固定报头List<byte> headerBytes = new List<byte>{1<<4 //表示连接请求  消息类型  };//第1个字节：剩余字节长度//需要后面计算得到#endregion#region 第二部分，可变报头 // 第2，3个字节：协议名称MQTT的字节长度List<byte> bodyBytes = new List<byte>();string protocolName = "MQTT";byte[] pnameBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(protocolName);//得到“MQTT”的字节数组 bodyBytes.Add((byte)(pnameBytes.Length / 256 % 256));//高4位bodyBytes.Add((byte)(pnameBytes.Length % 256));//低4位// 第4，5，6，7个字节：协议名称bodyBytes.AddRange(pnameBytes);// 第8个字节： 协议版本bodyBytes.Add(0x04);// 第9个字节： 负载是否需要用户名，密码等设置byte flagByte = 0;flagByte |= 128;        //  1 0 0 0  0 0 0 0   128      // 需要用户 flagByte |= 64;         //  0 1 0 0  0 0 0 0   64      // 需要密码             flagByte |= 2;  // CleanSessionbodyBytes.Add(flagByte);//  第10，11个字节： Keep Alive保持连接的时间，高位在前，低位在后int seconds = 100;  // 秒为单位bodyBytes.Add((byte)(seconds / 256 % 256));bodyBytes.Add((byte)(seconds % 256));#endregion#region 第三部分，载荷List<byte> loadBytes = new List<byte>();//   第12，13个字节：ClientID字符长度string clientID = "x2";byte[] ciBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(clientID);loadBytes.Add((byte)(ciBytes.Length / 256 % 256));loadBytes.Add((byte)(ciBytes.Length % 256));//   第14，115，16，17个字节：ClientIDloadBytes.AddRange(ciBytes);//   第18，19个字节：用户名长度string username = "boss";byte[] unBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(username);loadBytes.Add((byte)(unBytes.Length / 256 % 256));loadBytes.Add((byte)(unBytes.Length % 256));//   第20，21，22，23，24个字节：用户名loadBytes.AddRange(unBytes);//   第25，26个字节：密码长度string pwd = "1234";byte[] pwdBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(pwd);loadBytes.Add((byte)(pwdBytes.Length / 256 % 256));loadBytes.Add((byte)(pwdBytes.Length % 256));//   第27，28，29，30，31个字节：密码loadBytes.AddRange(pwdBytes);#endregion//第1个字节：剩余字节长度，从第 2 个字节开始。headerBytes.Add((byte)(bodyBytes.Count + loadBytes.Count));//组装成报文connBytes.AddRange(headerBytes);connBytes.AddRange(bodyBytes);connBytes.AddRange(loadBytes);//发送报文socket.Send(connBytes.ToArray());// 异步处理：开始心跳Task.Run(async () =>{byte[] pingBytes = new byte[2] { 12 << 4, 0 };//心跳的字节报文是固定的while (true){Console.WriteLine("心跳时间：" + DateTime.Now.ToString());await Task.Delay(1000);//等待1秒socket.Send(pingBytes);}});//异步处理：服务器返回的报文Task.Run(() =>{//1：请求连接 (C->S)//2：连接确认 (S->C)//3：发布消息 (Both)//4：发布收到确认 (QoS > 0)//5：发布确认收到//6：发布释放//7：发布完成 (QoS 2)//8：订阅请求 (C->S)//9：订阅请求确认 (S->C)//10：取消订阅请求 (C->S)//11：取消订阅请求确认 (S->C)//12：心跳请求 (C->S)//13：心跳确认 (S->C)//14：客户端断开连接 (C->S)byte[] respBytes = new byte[1]; //接收MQTT报文类型，报文类型占1个字节//连接成功，MQTT报文类型（CONNACK），服务器返回2，即0000 0010，高低位交换位置就是返回：0 0 1 0 0 0 0 0  ，转成10进制就是32//发布成功，MQTT报文类型（PUBACK）， 服务器返回4，即0000 0100，高低位交换位置就是返回：0 1 0 0 0 0 0 0  ，转成10进制就是64//订阅成功，MQTT报文类型（SUBACK）， 服务器返回9，即0000 1001，高低位交换位置就是返回：1 0 0 1 0 0 0 0  ，转成10进制就是144//心跳成功，MQTT报文类型（PINGRESP），服务器返回13，即0000 1101，高低位交换位置就是返回：1 1 0 1 0 0 0 0 ，转成10进制就是208while (true)//循环接收{try{socket.Receive(respBytes, 0, 1, SocketFlags.None);int firstValue = Convert.ToInt32(respBytes[0]);//Console.WriteLine("第一个字节：" + firstValue);//根据报文类型进行处理switch (firstValue){case 32:Console.WriteLine("连接成功!");break;case 64:Console.WriteLine("发布成功!");break;case 144:Console.WriteLine("订阅成功!");break;case 208:Console.WriteLine("心跳成功!");break;}}catch (Exception ex){Console.WriteLine("出错了，" + ex.Message);}}});}/// <summary>/// 订阅/// </summary>/// <param name="topics">主题列表</param>static void Subscription(List<string> topics){List<byte> headerBytes = new List<byte>();List<byte> bodyBytes = new List<byte>();//第0个字节：报文类型（10000010）byte msgType = 8 << 4;   //  1000 0000 headerBytes.Add((byte)(msgType | 2));//第1个字节：剩余字节长度，等后面计算获取后再添加//第2，3个字节：Package Identifier的长度，表示报文的标识int pi = random.Next(0, 1000);  // Package Identifier的具体值bodyBytes.Add((byte)(pi / 256 % 256));//高位bodyBytes.Add((byte)(pi % 256));//低位//遍历所有主题foreach (var item in topics){//第8，9个字节：topic字符长度byte[] itemBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(item);bodyBytes.Add((byte)(itemBytes.Length / 256 % 256));bodyBytes.Add((byte)(itemBytes.Length % 256));//第10，11，12，13，14，16个字节：topic字符内容bodyBytes.AddRange(itemBytes);//第17个字节：Qos级别-》 0：最多一次的传输，1：至少一次的传输、至多无限次，2：有且仅有一次的传输bodyBytes.Add(0x01);}//第1个字节：剩余字节长度，从第 2 个字节开始。headerBytes.Add((byte)bodyBytes.Count);//组成报文headerBytes.AddRange(bodyBytes);//发送报文socket.Send(headerBytes.ToArray());//接收服务器回应的报文 //byte[] respBytes = new byte[5];//socket.Receive(respBytes, 0, 5, SocketFlags.None);//var objSub = respBytes; }/// <summary>/// 发布消息：服务级别(Qos1)/// </summary>static void Publish_Qos1(){#region 方法1List<byte> headerBytes = new List<byte>();//报文类型byte msgType = 3 << 4;   //  1000 0000 headerBytes.Add((byte)(msgType | 2));   // QoS-0低4位全为1List<byte> bodyBytes = new List<byte>();string topic = "shanghai";string msg = "hello9098";// 添加主题长度byte[] topicBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(topic);bodyBytes.Add((byte)(topicBytes.Length / 256 % 256));bodyBytes.Add((byte)(topicBytes.Length % 256));// 添加主题内容bodyBytes.AddRange(topicBytes);// 必须添加Package Identifier：只包括它的字节长度int pi = random.Next(0, 1000);  // Package Identifier//Console.WriteLine(pi);bodyBytes.Add((byte)(pi / 256 % 256));bodyBytes.Add((byte)(pi % 256));// 添加消息长度 byte[] msgBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(msg);bodyBytes.Add((byte)(msgBytes.Length / 256 % 256));bodyBytes.Add((byte)(msgBytes.Length % 256));// 添加消息内容bodyBytes.AddRange(msgBytes);//添加第1个字节：剩余字节长度headerBytes.Add((byte)bodyBytes.Count);// 组装头   headerBytes.AddRange(bodyBytes);//发送消息socket.Send(headerBytes.ToArray());#endregion //#region 方法2//string topic = "shanghai";//string msg = "hello9098";//int pi = random.Next(0, 1000);  // Package Identifier//List<byte> topicbytes = new List<byte>();//byte[] topicArray = Encoding.UTF8.GetBytes(topic);//byte[] payloadArray = Encoding.UTF8.GetBytes(msg);//topicbytes.Add((byte)((int)topicArray.Length / 256));//topicbytes.Add((byte)((int)topicArray.Length % 256));//topicbytes.AddRange(topicArray);//byte[] id = new byte[] { (byte)(pi / 256 % 256), (byte)(pi % 256) };//byte[] bufferLen = new byte[] { (byte)(topicbytes.Count + payloadArray.Length + id.Length) };//using (MemoryStream memoryStream = new MemoryStream())//{//    memoryStream.WriteByte((3 << 4) | 2 | 1);// 写入消息类型(QoS-1)//    memoryStream.Write(bufferLen, 0, (int)bufferLen.Length);// 写入后续报文长度//    memoryStream.Write(topicbytes.ToArray(), 0, (int)topicbytes.Count);// 写入Topic字节//    memoryStream.Write(id.ToArray(), 0, (int)id.Length);// 写入Package Identifier字节//    memoryStream.Write(payloadArray.ToArray(), 0, (int)payloadArray.Length);// 写入消息//    byte[] sendArray = memoryStream.ToArray();//    socket.Send(sendArray);//}接收服务器回应的报文 //byte[] respBytes = new byte[4];//socket.Receive(respBytes, 0, 4, SocketFlags.None);//var objSub = respBytes;//#endregion }}
}

 

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