MQTT 겉핥기🍉

MQTT의 이해

• Message Queuing Telemetry Transport : 직역하면 메시지 큐 원격 측정 전송
• 원격 제어, 원격 측정을 위한 통신 프로토콜
• 발행, 구독 모델 기반의 메시징 프로토콜
• Facebook messenger가 MQTT를 사용했다고 알려져 있다.
• 경량이며 배터리 수명도 절약할 수 있어 IoT에서 많이 활용

MQTT의 특징

• 요구조건
  • 실시간 푸시 전송
  • 전력사용 최소화
  • 비동기 메시징
  • 신뢰성
• 경량화
  • 경량 메시지 포멧
  • 80~100kb 정도의 메모리 크기
• 유연성, 확장성
  • 이벤트 방식 (다수의 사용자, 디바이스 지원)
  • 응용코드 변경 없이 변경 기능 확장 가능
• 생산성
  • 탐지, 저장, 전달, 발행/구독 기능 제공 (별도의 응용 로직 필요 없음)
  • 간단한 개념으로 개발자의 학습 용이함

MQTT의 구조

• 발행자, 토픽, 브로커, 구독자로 구성
• 발행자와 구독자가 직접 메시지를 주고받지 않는 비동기 방식
• 구독자는 브로커를 통해 관심 있는 Topic을 구독 선언한다.
• 발행자가 Topic에 데이터를 실어 브로커에게 보내면 브로커가 해당 Topic을 구독하는 구독자에게 데이터를 보낸다.

MQTT의 포맷

• 고정 헤더, 가변 헤더, 페이로드 (= 헤더, 토픽, 페이로드)로 나뉨
  • 고정 헤더 : 메시지 타입(Message Type), 플래그(Flag), QoS 레벨, Remaining Length를 정의
  • 가변 헤더 : 고정헤더와 페이로드 사이에 존재하며 프로토콜의 이름과 버전, topic 이름을 포함. 토픽 이름은 MQTT PUBLISH 메시지에 포함되며, 페이로드에 포함된 데이터를 발행 할 때 사용하는 채널의 이름
  • Payload : 데이터, 실제 전송되는 메세지

Topic의 구조

• 토픽은 슬래시(/)를 이용해서 계층적으로 구성할 수 있어 직관적이며, 많은 센서를 관리하기 유용하다.
• 토픽을 이름으로 하는 메시지 채널을 만든다.
• bedroom의 온도계 센서를 지칭한다고 가정하면 house/bedroom/temperature
• 모든 방의 온도계를 지칭하려면 house/+/temperature (+는 해당 레벨 와일드카드)
• bedroom의 모든 센서를 지칭하려면 house/bedroom/# (#는 하위를 모두 지칭하는 와일드카드)

QoS 레벨

• Quality of Service
• 반드시 전달되어야 하는 중요 메시지에 대한 전달을 보장
• QoS는 발행자와 구독자 모두 지정할 수 있다. 이때 발행자가 지정한 최대 QoS 레벨이 우선시된다.
• 발행자가 QoS 레벨을 2로 지정했다면 구독자는 0, 1, 2 레벨 모두 구독할 수 있다.
• 발행자가 QoS 레벨을 0으로 지정했다면 구독자의 QoS 레벨에 상관없이 0 레벨의 서비스를 받게 된다.
• QoS 0
  • 발행자(클라이언트)는 메시지를 보낸 후 구독자의 수신 여부와 상관없이 메시지를 삭제한다.
  • 메시지가 최대 1번 전달되며, 전달 여부를 확인하지 않으므로 유실 가능성이 있다.
• QoS 1
  • 메시지 전송이 완료되면 서버는 발행 완료 응답메시지를 발행자에게 전송하고, 이 메시지를 받은 발행자는 전송이 완료된 것으로 판단
  • 구독자는 메시지를 잘 받았는지의 여부를 서버에 위임하고, 발행자는 서버의 PUBACK 메시지만 체크
  • 메시지가 최소 1번 전달되며, 전달 여부를 확인하지만 중복 전달할 가능성이 있다.
• QoS 2
  • 메시지 전송이 완료되면 서버는 발행된 메시지가 접수되었다는 PUBREC 메시지를 발행자에게 전송
  • 발행자는 PUBREC 메시지를 받고 서버에 메시지에 대한 보장 배달을 재요청하는 PUBREL 전송
  • 이를 받은 서버는 구독자가 메시지 확인을 한 후 메시지 전송을 완료하며 이를 발행자에게 알림
  • 메시지가 단 한 번, 정확하게 전달된다.

연결 유실

클라이언트와 서버 간의 연결을 잃었을 때 이를 보정하기 위한 MQTT 자체 기능

• Last Will And Testament : 클라이언트가 예고 없이 연결을 잃었을 때 이벤트가 서버에서 발생, 서버 측에서 연결 유실 여부를 인지
• 장기 구독 : 서버에 클라이언트의 구독 정보 저장됨, 세션 종료 후 재접속 시에도 재작업 없이 발행/구독 유지
• 클린 세션 : 연결 해제 후 다시 연결되었을 때 이전 세션 유지/삭제 선택

메시지 시퀀스

• 단기 구독
  • 세션 수명 주기 내에서 구독 요청 메시지와 종료 메시지로 구독 수명 주기를 이룸
  • 토픽 메시지는 구독 수명 주기 안에서 전송된다.
• 장기 구독
  • 구독 수명 주기 내에서 세션이 생성되고 종료될 수 있음
  • 서버에 클라이언트의 구독 정보가 저장되므로 세션 종류 후 재연결 시에도 재작업 없이 발행/구독 유지 가능
• Kepp Alive
  • 서버는 클라이언트로부터 설정된 시간(Keep Alive Timer) 이상 메시지가 오지 않으면 연결을 해지
  • 연결이 해지되면 클라이언트는 연결을 유지하기 위해 발행 메시지를 대신하여 핑 메시지 전송하고, 이 메시지가 도착하면 타이머가 다시 시작되면서 연결이 유지됨
• Will 메세지
  • 클라이언트가 서버에 연결할 때 Will 플래그를 세팅하면, 서버는 클라이언트가 연결 종료되었을 때 모든 관련 구독자에게 Will 메시지를 전달하여 해당 클라이언트의 연결 상태를 알림
  • Will 플래그, Will QoS, Will Retain 등을 세팅

MQTT
[Youtube] #4. MQTT - IoT 프레임워크 구축