一、MQTT概述

1 什么是MQTT？

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）是一种基于发布/订阅范式的轻量级即时通讯协议，专为低带宽和不可靠网络环境设计，它由IBM开发，如今已成为物联网（IoT）设备最常用的协议之一，通过MQTT，设备可以高效地相互通讯，同时降低网络带宽和资源的使用。

2 MQTT的主要特点

轻量级协议：适用于资源有限的设备和带宽受限的网络环境。

发布/订阅模式：解耦发布者和订阅者，提高系统的可扩展性。

高可靠性：提供三种不同的服务质量（QoS）级别，以保证消息的传递。

行业标准化：由OASIS（国际标准化组织）进行标准化，确保了跨平台的互操作性。

二、MQTT服务器软件选择

在搭建MQTT服务器之前，需要选择合适的MQTT服务器软件，目前常用的开源MQTT服务器包括EMQX和Mosquitto，下面将对这两种服务器进行详细介绍。

1 EMQX

2.1.1 EMQX简介

EMQX是一款高性能的开源MQTT消息服务器，支持大规模分布式部署，它具有丰富的功能和稳定的性能，是在生产环境中使用的理想选择。

2.1.2 安装EMQX

步骤一：下载EMQX

1、访问EMQX官网。

2、选择适合的版本（如emqx-5.3.0-windows-amd64.zip）。

3、下载并解压到指定目录，例如C:\EMQX。

步骤二：启动EMQX

1、打开命令提示符，进入解压后的目录bin。

2、输入./emqx start启动服务器。

步骤三：登录后台管理界面

1、在浏览器中访问http://localhost:18083/。

2、使用默认账号admin和默认密码public登录。

3、登录后建议修改默认密码以提高安全性。

2.1.3 配置EMQX

创建用户

1、登录EMQX管理界面后，点击“创建认证”。

2、选择Password-Based认证方式，数据源选择内置数据库。

3、设置用户名和密码，并保存。

添加用户

1、在用户管理界面点击“+”按钮。

2、输入用户名（如MQTT1）、密码（如123456），并赋予相应的权限。

3、重复以上步骤添加其他用户。

2 Mosquitto

2.2.1 Mosquitto简介

Mosquitto是另一种流行的开源MQTT代理，具有轻量级、易于部署的特点，特别适合在资源受限的环境中使用。

2.2.2 安装Mosquitto

在Ubuntu上安装

1、执行以下命令更新软件包列表并安装Mosquitto：

   sudo apt-get update
   sudo apt-get install mosquitto mosquitto-clients

在Windows上安装

1、下载Mosquitto的Windows版本。

2、解压并将文件夹放置在合适的位置，例如C:\mosquitto。

步骤三：启动Mosquitto

1、在Linux系统中，使用以下命令启动Mosquitto：

   sudo systemctl start mosquitto

2、在Windows系统中，进入bin目录，双击mosquitto.exe启动服务器。

步骤四：登录后台管理界面

1、在浏览器中访问http://localhost:1883/。

2、使用默认用户名admin和默认密码admin登录。

三、配置与测试MQTT服务器

1 配置EMQX

3.1.1 增加用户认证

1、进入EMQX后台管理界面，点击“创建认证”。

2、选择认证方式为Password-Based，数据源选择内置数据库。

3、输入用户名、密码并进行加密方式和加盐设置，然后保存。

3.1.2 添加用户

1、在用户管理界面点击“添加用户”。

2、输入用户名（如MQTT1）、密码（如123456），并赋予相应的权限。

3、重复以上步骤添加其他用户。

2 配置Mosquitto

3.2.1 修改配置文件

1、Mosquitto的主要配置文件是mosquitto.conf，通常位于/etc/mosquitto/目录下。

2、根据需要修改配置文件中的参数，如监听地址、端口、日志文件路径等。

3.2.2 增加用户认证

1、Mosquitto支持多种认证机制，包括用户名/密码、证书认证等。

2、编辑mosquitto.conf文件，添加如下内容启用用户名/密码认证：

   allow_anonymous false
   password_file /etc/mosquitto/pwdFile

3、创建密码文件，格式如下：

   username:password

4、重启Mosquitto以使配置生效。

3 测试MQTT服务器

3.3.1 使用MQTT客户端工具进行连接测试

可以使用如MQTTX等MQTT客户端工具进行连接测试。

1、打开MQTTX，创建新连接。

2、填写客户端ID、用户名、密码、发布者和订阅者信息。

3、连接到MQTT服务器，并进行消息的发布和订阅测试。

3.3.2 使用代码进行连接测试

以下是一段Python示例代码，用于测试MQTT连接：

import paho.mqtt.client as mqtt
MQTT服务器地址
broker = "mqtt://localhost:1883"
创建客户端实例
client = mqtt.Client(client_id="")
连接MQTT服务器
client.connect(broker)
发布消息
client.publish("test/topic", "Hello, MQTT!")
订阅主题
def on_message(client, userdata, message):
    print(f"Received message '{message.payload.decode()}' on topic '{message.topic}'")
client.subscribe("test/topic")
client.on_message = on_message
运行客户端
client.loop_forever()

该代码演示了如何连接到MQTT服务器、发布和订阅消息，用户可以根据实际情况修改主题和消息内容。

四、高级配置与优化

1 TLS/SSL加密通信

为了提高通信的安全性，MQTT支持通过TLS/SSL进行加密通信，以下是启用TLS/SSL的步骤：

1、生成证书和私钥：首先需要生成CA证书、服务器证书和客户端证书，可以使用OpenSSL工具来生成这些证书。

   # 生成CA证书和私钥
   openssl genrsa -des3 -out ca.key 2048
   openssl req -new -x509 -key ca.key -out ca.crt -days 3650
   # 生成服务器证书签名请求(CSR)
   openssl req -new -key server.key -out server.csr
   # 使用CA证书签署服务器证书
   openssl x509 -req -in server.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -set_serial 01 -out server.crt -days 3650
   # 为客户端证书生成密钥和CSR
   openssl genrsa -out client.key 2048
   openssl req -new -key client.key -out client.csr
   # 使用CA证书签署客户端证书
   openssl x509 -req -in client.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -set_serial 01 -out client.crt -days 3650

2、配置EMQX使用TLS/SSL：编辑emqx.conf文件，添加或修改以下配置项：

   listener.ssl.enable = true
   listener.ssl.