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MQTT 控制报文格式总览（OASIS）

MQTT 控制报文格式总览（OASIS）

依据正式标准整理（学习用中文详解，不替代原文）：
MQTT Version 5.0 OASIS Standard，2019-03-07
https://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v5.0/os/mqtt-v5.0-os.html
对应规范章节：§2 MQTT Control Packet format、§3 MQTT Control Packets
兼容阅读：MQTT 3.1.1 https://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v3.1.1/os/mqtt-v3.1.1-os.html

下文默认描述 MQTT 5.0；与 3.1.1 差异会单独标注。

1. 控制报文三段式结构（§2.1）

每个 MQTT Control Packet 由三部分组成：

1
2
3
4
┌──────────────────┬─────────────────────┬─────────────┐
│ Fixed Header     │ Variable Header     │ Payload     │
│ (固定报头)        │ (可变报头，可缺省)    │ (载荷，可缺省)│
└──────────────────┴─────────────────────┴─────────────┘
部分 是否必须 内容
Fixed Header 必须 报文类型、标志、剩余长度
Variable Header 多数报文有 Packet Identifier、属性、主题名等
Payload 部分报文有 ClientID、Will、用户名密码、订阅列表、应用消息等

2. Fixed Header（§2.1.1）

最少 2 字节（当 Remaining Length < 128 时）：

1
2
3
4
5
 Byte 1                         Byte 2…
┌────────────┬────────────────┬─────────────────────────┐
│ MQTT Type  │ Flags          │ Remaining Length        │
│ (bit7-4)   │ (bit3-0)       │ (1～4 字节可变编码)      │
└────────────┴────────────────┴─────────────────────────┘

2.1 报文类型（§2.1.2）

值 报文 方向 说明
1 CONNECT C→S 连接请求（连接后第一包必须是 CONNECT [MQTT-3.1.0-1]）
2 CONNACK S→C 连接确认
3 PUBLISH 双向 发布
4 PUBACK 双向 QoS1 确认
5 PUBREC 双向 QoS2 第 1 步
6 PUBREL 双向 QoS2 第 2 步
7 PUBCOMP 双向 QoS2 第 3 步
8 SUBSCRIBE C→S 订阅
9 SUBACK S→C 订阅确认
10 UNSUBSCRIBE C→S 取消订阅
11 UNSUBACK S→C 取消确认
12 PINGREQ C→S 心跳请求
13 PINGRESP S→C 心跳响应
14 DISCONNECT 双向（5.0） 断开
15 AUTH 双向（仅 5.0） 增强认证

2.2 Flags（bit3–0）

多数报文 Flags 必须为 0（规范强制位）。例外：

报文 bit3 bit2 bit1 bit0
PUBLISH DUP QoS MSB QoS LSB RETAIN
PUBREL / SUBSCRIBE / UNSUBSCRIBE 0 0 1 0

错误 Flags → 协议错误，对端应关闭网络连接（规范行为）。

3. Remaining Length（§2.1.4）

对 Variable Header + Payload 的字节数做 Variable Byte Integer 编码（1～4 字节）：

编码字节数 可表示最大值
1 127（0x7F）
2 16 383
3 2 097 151
4 268 435 455

算法要点：每字节低 7 位为数据，最高位为续传标志。

4. 基本数据类型（§1.5 / §2.2）

类型 编码
Byte 1 字节
Two Byte Integer 大端 16-bit
Four Byte Integer 大端 32-bit
Variable Byte Integer 同上 Remaining Length 算法
UTF-8 Encoded String 2 字节长度（大端）+ UTF-8 字节
Binary Data 2 字节长度 + 二进制
Properties（仅 5.0） Property Length + 属性列表

字符串不得含 U+0000；规范对部分字段还有格式约束。

5. Properties（MQTT 5，§2.2.2）

可变报头中可出现属性区：

1
2
3
4
┌──────────────────┬────────────────────────────────┐
│ Property Length  │ Property1 │ Property2 │ …     │
│ (Var Byte Int)   │ id+value  │ …                  │
└──────────────────┴────────────────────────────────┘

每个 Property = Identifier（1 字节） + 类型对应的 Value。
标识符示例（完整表见 15）：

ID 名称 常见出现处
0x11 Session Expiry Interval CONNECT / CONNACK
0x21 Receive Maximum CONNECT / CONNACK
0x27 Maximum Packet Size CONNECT / CONNACK
0x22 Topic Alias Maximum CONNECT / CONNACK
0x23 Topic Alias PUBLISH
0x08 Response Topic PUBLISH / Will
0x09 Correlation Data PUBLISH / Will
0x26 User Property 多处
0x1F Reason String CONNACK / PUBACK / DISCONNECT…

3.1.1 无 Properties。

6. Packet Identifier（§2.2.1）

  • 两字节大端整数，非零
  • QoS > 0 的 PUBLISH，以及 PUBACK/PUBREC/PUBREL/PUBCOMP、SUBSCRIBE/SUBACK、UNSUBSCRIBE/UNSUBACK 使用
  • QoS0 PUBLISH、CONNECT、CONNACK、PING、部分 DISCONNECT 无 Packet Identifier

7. Reason Code（MQTT 5，§2.4）

确认/断开类报文可带 1 字节 Reason Code，比 3.1.1 的粗粒度返回码细得多。
0x00 通常表示成功。目录见 15。

8. 文档地图（官方 §3 对照）

本库文档 覆盖 OASIS 章节
11-CONNECT与CONNACK报文格式.md §3.1～3.2
12-PUBLISH与QoS握手报文格式.md §3.3～3.7
13-SUBSCRIBE与UNSUBSCRIBE报文格式.md §3.8～3.11
14-PING-DISCONNECT-AUTH报文格式.md §3.12～3.15
15-Reason-Code与Properties目录.md §2.2.2、§2.4 及各报文 Reason

工程概念篇仍见 00～04；本系列专注比特/字节级官方控制报文。

下一篇：11-CONNECT与CONNACK报文格式.md

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