实验目的

1）熟悉Wireshark抓包工具及抓包流程。

2）掌握MQTT通信流程。

实验准备

实验原理

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的“轻量级”通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上，由IBM在1999年发布。MQTT最大优点在于，可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。做为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。

MQTT 的连接地址通常包含：服务器 IP 或者域名、服务器端口、连接协议。mqtt是普通的 TCP 连接，端口一般为1883。mqtts是基于TLS/SSL的安全连接，端口一般为8883。比如mqtt://broker.emqx.io:1883是一个基于普通TCP的MQTT连接地址。

在建立连接时，首先客户端往服务器发送CONNECT连接建立报文。规定在网络连接建立后，客户端发送给服务端的第一个报文必须是CONNECT报文。在一个网络连接上，客户端只能发送一次CONNECT报文。服务端必须将客户端发送的第二个CONNECT报文当作协议违规处理并断开客户端的连接。在这个报文中包含了遗嘱信息、keep alive等标志位。

MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使它适用范围非常广泛。在很多情况下，包括受限的环境中，如：机器与机器（M2M）通信和物联网（IoT）。其在，通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及一些小型化设备中已广泛使用。

在服务器接收到CONNECT报文后，服务端发送CONNACK报文响应从客户端收到的CONNECT报文。服务端发送给客户端的第一个报文必须是CONNACK。如果客户端在合理的时间内没有收到服务端的CONNACK报文，客户端应该关闭网络连接。合理的时间取决于应用的类型和通信基础设施。在CONNACK报文中，主要包含连接确认标志和返回码，但是不包含有效载荷。

通过Wirshark对电脑网络通信的监听，抓取MQTTX客户端在连接MQTT服务器、订阅主题、发布消息和断开连接时发出的数据报文，通过对报文的抓包更加直观的学习和理解MQTT服务器与客户端之间的通信流程。

实验步骤

1）启动抓包工具Wireshark，选择WLAN接口（根据本机实际选择）进行网络数据的监听和记录。

2）使用MQTTX客户端连接公共MQTT服务器，在此过程中MQTTX客户端会向服务器发出建立连接请求，在成功建立连接后服务器则会返回客户端连接确认报文。

若是使用本地部署的EMQX服务器，则将EMQX启动后，将公共MQTT服务器的域名更换为EMQX服务器所在的IP地址，端口号不变。

3)与MQTT的服务器成功建立连接后，即可订阅主题和发布消息。

4）订阅该主题后，MQTT服务器在收到向该主题发布的消息后，会将该消息转发给所有订阅该主题的客户端。

5）在完成测试后，点击右上角的红色电源图标，即可断开与MQTT服务器的连接，此时会有断开连接的报文发送。

实验结果

在Wireshark软件中成功监听到MQTTX客户端和MQTT服务器进行通信的报文。