TCP和MQTT通信协议

协议分层

网络分层	协议
应用层	Co AP	MQTT		HTTP
传输层	UDP		TCP
网络层	IP
链路层	Enternet

网络分层中最常见的几种协议

应用层：应用程序负责将数据以相应规则(协议)进行包装，发给传输层

• MQTT：消息队列遥测传输
• CoAP：受限应用协议
• HTTP：超文本传输协议

传输层：负责将应用层传输过来的数组进行分组，为确保终端接收数据的顺序和完整性，会对每个分组进行标记，交给网络层

• TCP：传输控制协议
• UDP：用户数据协议

网络层：负责将传输层发过来的数据分组发送到目标终端

• IP：网际协议

链路层：为网络层发送和接收数据单元

• Ethernet：以太网传输协议

简要介绍MQTT协议和TCP协议

MQTT

        MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）协议是一种轻量级的发布/订阅消息传输协议。它专门设计用于在低带宽和不稳定的网络环境下传输消息。

        其采用发布/订阅模式，其中客户端可以发布消息到主题（Topic），而其他客户端可以订阅这个主题来接收消息。这种模式使得MQTT非常适用于物联网设备之间的通信，因为它可以提供高效的消息传递和降低网络流量。

        它非常轻量，以至于可以在低功耗和资源受限的设备上运行。它使用TCP/IP协议进行传输，但是与传统的TCP协议相比，MQTT减少了许多开销，使得它可以在网络带宽较低的情况下实现快速的消息传递。

TCP 

        TCP（Transmission Control Protocol）协议是一种面向连接的网络传输协议。它是互联网协议簇中的一个核心协议，负责在不同设备之间建立可靠的连接。

        它通过三次握手来建立连接，确保数据的可靠传输。它提供了流量控制、拥塞控制和错误恢复的机制，以保证数据的完整性和可靠性。因此，TCP适用于对数据传输速度和可靠性有严格要求的场景，例如文件传输和网页浏览。

        然而，TCP协议的开销相对较大，需要较高的带宽和资源，对于一些低功耗和资源受限的设备来说可能不太适合。在这种情况下，可以使用类似MQTT这样的协议，通过减少开销和优化消息传输，实现高效的通信。

MQTT协议和TCP协议的对比

	TCP	MQTT
网络分层	传输层	应用层
协议定位	面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议	低带宽、高延迟不可靠的网络下进行数据相对可靠传输
设计初衷	分组交换	简单并适应loT物联网
传输定位	数据包	消息
技术挑战	异构环境网络下的网络拥塞、丢包、乱序、重复包等多种问题	资源有限的硬件和不可靠的网络下，数据相对可靠运输
服务质量	通过ACK确认和重传机制，发送和接收的报文完全一致，并且保序	提供QoS为0、1、2三种可选的消息服务等级，消息传输不保序

1.协议层次与定位：
①　TCP/IP：是一个协议族，是互联网的基础协议套件，它定义了电子设备如何在网络上进行通信。TCP/IP协议由多个层次组成，包括网络层（IP协议）和传输层（TCP协议）等。
②　MQTT：是一个基于发布/订阅模式的消息传输协议，工作在应用层，通常用于物联网（IoT）设备之间的通信。MQTT依赖于TCP/IP协议族中的TCP协议来提供网络连接。
2.设计目的与适用场景：
①　TCP/IP：设计用于广泛的网络环境和应用场合，提供稳定且可靠的连接。它适用于需要可靠传输的应用场景，如Web浏览、电子邮件和文件传输等。
②　MQTT：设计用于连接带宽有限、延迟较高、网络不稳定的环境，特别是物联网（IoT）应用。它非常适合设备间的低功耗、小数据量通信。
3.消息传输模式：
①　TCP/IP：基于连接的方式，通过三次握手建立连接，并使用序列号和确认应答机制保证数据的可靠传输。
②　MQTT：基于发布/订阅模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合。它允许客户端订阅或发布特定的主题，服务器则负责消息的分发。
4.性能与开销：
①　TCP/IP：提供了高可靠的数据传输服务，但协议栈较为复杂，需要消耗更多的计算资源。
②　MQTT：设计简洁，开销小，传输效率高。它使用小型的控制包和变长的包头设计，极大程度地减少了数据传输过程中的冗余和带宽消耗。
5.服务质量（QoS）：
①　TCP/IP：传输层中的TCP协议提供了流量控制和拥塞控制等机制，确保数据的可靠传输。
②　MQTT：支持三种服务质量（QoS）等级，允许根据消息的重要性设置不同的服务质量等级，确保消息的投递可靠性与时效性。
6.网络拓扑结构：
①　TCP/IP：基于IP协议，具有路由功能，能够识别不同的网络和主机，并为数据包选择路由和路径。
②　MQTT：基于发布/订阅模式，客户端可以订阅一个或多个主题，接收来自这些主题的消息。消息通过MQTT Broker（代理服务器）进行分发，客户端与Broker之间建立连接。
7.适用场景与设备：
①　TCP/IP：适用于各种网络环境和应用场合，包括传统互联网、局域网、广域网等。
②　MQTT：特别适用于物联网（IoT）设备之间的通信，如智能家居、工业自动化、环境监测等领域。MQTT适用于资源受限的设备，如低功耗嵌入式设备等。