在物联网（IoT）蓬勃发展的今天，消息队列遥测传输（MQTT）协议凭借其轻量级、低功耗、适合弱网络环境等特性，成为物联网通信的核心协议之一。理解 MQTT 协议中的报文结构，对于开发稳定可靠的物联网应用至关重要。
控制包：MQTT通信的原子单位
MQTT控制包是协议中最小的数据传输单元，客户端与服务端通过交换控制包实现所有通信功能。目前协议定义了15种控制包，按功能可分为三大类：
控制包类型对应值：
控制包的三元结构解析
所有控制包均由固定头、可变头和有效载荷三部分组成：
1. 固定头（Fixed Header） - 必选部分
+----------+----------+
| 类型标志 | 剩余长度 |
+----------+----------+包类型（4bit）：位于首字节高4位
示例：0001=CONNECT,0010=CONNACK,0011=PUBLISH标志位（4bit）：仅PUBLISH包有特殊定义
DUP（位3）：重发标记（QoS>0时有效）
QoS（位2-1）：服务质量等级（0/1/2）
RETAIN（位0）：服务端保留消息标志
剩余长度：采用可变字节整数编码
每字节使用低7位存储数据，最高位为延续标志
最大编码4字节（支持256MB数据）
示例：128字节 →
0x80, 0x01(二进制 10000000 00000001)
2. 可变头（Variable Header） - 类型相关
内容严格遵循协议规范，常见结构：
CONNECT包：
协议名→协议版本→连接标志→心跳间隔→属性(MQTT 5.0)PUBLISH包：
主题名→包标识符(QoS>0时)→属性(MQTT 5.0)
⚠️ 关键特性：MQTT 5.0引入属性机制，位于可变头尾部，由属性长度+属性键值对组成，支持灵活扩展。
3. 有效载荷（Payload） - 核心数据载体
关键控制包工作流程
1. 连接建立（CONNECT → CONNACK）
// CONNECT示例 (十六进制)
10 1A 00 04 4D 51 54 54 05 02 00 3C 00 00 07 63 6C 69 65 6E 7431协议名：
00 04 4D 51 54 54→ "MQTT"协议级别：
05→ MQTT 5.0连接标志：
02→ CleanSession=1心跳间隔：
00 3C→ 60秒客户端ID：
00 00 07 63 6C...→ "client1"h
// CONNACK响应
20 03 00 00 00会话存在标志：
00→ 新建会话返回码：
00→ 连接成功
2. QoS消息传递（PUBLISH → PUBACK）
QoS 1流程：
QoS 2四步握手：
查看 MQTT 控制包的工具 - Wireshark
Wireshark 是一款功能强大的网络协议分析工具，能够捕获和分析网络中的数据包，包括 MQTT 控制包。MQTTX我试了一下并没有像Wireshark这么详细的日志，只有一些比较直观人类能一眼看懂的数据，可能适合一些简单比如应用层面的调试。
安装与配置
启动 Wireshark 后，选择要捕获数据的网络接口。如果 MQTT 通信是通过本地回环接口（如 127.0.0.1）进行的，需要选择对应的回环接口。
点击“开始捕获”按钮，开始捕获网络数据包。
捕获 MQTT 控制包
在 Wireshark 的过滤器中输入 mqtt ，即可过滤出 MQTT 相关的控制包。
通过分析捕获到的控制包，可以查看控制包的固定头、可变头和有效载荷的具体内容。例如，可以看到 CONNECT 控制包中的客户端标识符、用户名、密码等信息，以及 PUBLISH 控制包中的主题名称和消息内容。
协议设计精髓总结
极简主义
固定头最小仅2字节，适应物联网设备资源限制灵活扩展
属性机制（MQTT 5.0）实现协议平滑演进分级可靠
三级QoS满足不同场景需求：QoS 0：传感器数据采集（允许丢失）
QoS 2：支付指令传输（零误差）
弱网优化
可变字节整数编码减少小数据包开销，心跳机制维持长连接
开发建议：使用Wireshark定期抓包验证实现是否符合协议规范，重点关注MQTT 5.0属性处理和QoS流程完整性。在资源受限设备中，优先考虑QoS 0级通信以降低功耗。
总结
MQTT 控制包是 MQTT 协议的核心，通过这些控制包，客户端和服务器可以完成各种操作，例如建立连接、发布消息、订阅主题等。通过使用 Wireshark 和 MQTTX 等工具，我们可以方便地捕获和查看 MQTT 控制包的具体内容，从而更好地理解 MQTT 协议的工作机制。