Client 在可以发布和订阅消息之前，必须先连接到 Broker。

1. Client 连接到 Broker 的流程

Client 建立到 Broker 的连接流程如下图所示：
3. 建立到 MQTT Broker 的连接(一) - 图1

2. CONNECT

连接的建立由 Client 端发起，Client 端首先向 Broker 发送一个 CONNECT 数据包，CONNECT 数据包包含以下内容（这里我们略过 Fixed header）。

2.1 可变头（Variable header）

在 CONNECT 数据包可变头中，含有以下信息：

  • 协议名称（Protocol Name）：值固定为字符 “MQTT”。
  • 协议版本（Protocol Level）：对 MQTT 3.1.1 来说，值为 4。
  • 用户名标识（User Name Flag）：消息体中是否有用户名字段，1bit，0 或者 1。
  • 密码标识（Password Flag）：消息体中是否有密码字段，1bit，0 或者 1。
  • 遗愿消息 Retain 标识（Will Retain）：标识遗愿消息是否是 Retain 消息，1bit，0 或者 1。
  • 遗愿消息 QOS 标识（Will QOS）：标识遗愿消息的 QOS，2bit，0、1 或者 2。
  • 遗愿标识（Will Flag）：标识是否使用遗愿消息，1bit，0 或者 1。
  • 会话清除标识（Clean Session）：标识 Client 是否建立一个持久化的会话，1bit，0 或者 1，当 CleanSession 的标识设为 0 时，代表 Client 希望建立一个持久会话的连接，Broker 将存储该 Client 订阅的主题和未接受的消息，否则 Broker 不会存储这些数据，同时在建立连接时清除这个 Client 之前存在的持久化会话所保存的数据。

  • 连接保活（Keep Alive）: 设置一个单位为秒的时间间隔，Client 和 Broker 之间在这个时间间隔之内需要至少有一次消息交互，否则 Client 和 Broker 会认为它们之间的连接已经断开。

    2.2 消息体（Payload）

    CONNECT 数据包的消息体中包含以下数据：

  • 客户端标识符（Client Identifier）：Client Identifier 是用来标识 Client 身份的字段，在 MQTT 3.1.1 的版本中，这个字段的长度是 1 到 23 个字节，而且只能包含数字和 26 个字母（包括大小写），Broker 通过这个字段来区分不同的 Client。所以在连接的时候，Client 应该保证它的 Identifier 是唯一的，通常我们可以使用比如 UUID，唯一的设备硬件标识，或者 Android 设备的 DEVICE_ID 等作为 Client Identifier 的取值来源。

MQTT 协议中要求 Client 连接时必须带上 Client Identifier，但是也允许 Broker 在实现时 Client Identifier为空，这时 Broker 会为 Client 分配一个内部唯一的 Identifier。如果你需要使用持久化会话，那就必须自己为Client 设定一个唯一的 Identifier。

  • 用户名（Username）：如果可变头中的用户名标识设为 1，那么消息体中将包含用户名字段，Broker 可以使用用户名和密码来对接入的 Client 进行验证，只允许已授权的 Client 接入。注意不同的 Client 需要使用不同的 Client Identifier，但它们可以使用同样的用户名和密码进行连接。


  • 密码（Password）：如果可变头中的密码标识设为 1，那么消息体中将包含密码字段。

  • 主题（Will Topic）：如果可变头中的遗愿标识设为 1，那么消息体中将包含遗愿主题，当 Client 非正常地中断连接的时候，Broker 将向指定的遗愿主题中发布遗愿消息。

  • 消息（Will Message）：如果可变头中的遗愿标识设为 1，那么消息体中将包含遗愿消息，当 Client 非正常地中断连接的时候，Broker 将向指定的遗愿主题中发布由该字段指定的内容。

    3. CONNACK

    当 Broker 收到 Client 的 CONNECT 数据包之后，将检查并校验 CONNECT 数据包的内容，之后回复 Client一个 CONNACK 数据包。
    CONNACK 数据包包含以下内容（这里我们略过 Fixed header）：

    3.1 可变头（Variable header）

    CONNACK 数据包的可变头中，含有以下信息：

  • 会话存在标识（Session Present Flag）：用于标识在 Broker 上，是否已存在该 Client（用 Client Identifier区分）的持久性会话，1bit，0 或者 1。当 Client 在连接时设置 Clean Session=1，则 CONNACK 中的Session Present Flag 始终为 0；当 Client 在连接时设置 Clean Session=0，那么就有两种情况——如果Broker 上面保存了这个 Client 之前留下的持久性会话，那么 CONNACK 中的 Session Present Flag 值为 1；如果 Broker 没有保存该 Client 的任何会话数据，那么 CONNACK 中的 Session Present Flag 值为 0。Session Present Flag 这个特性是在 MQTT 3.1.1 版本中新加入的，之前的版本中并没有这个标识。

  • 连接返回码（Connect Return code）：用于标识 Client 是 Broker 的连接是否建立成功，连接返回码有以下一些值： | Return Code | 连接状态 | | —- | —- | | 0 | 连接已建立 | | 1 | 连接被拒绝，不允许的协议版本 | | 2 | 连接被拒绝，Client Identifier 被拒绝 | | 3 | 连接被拒绝，服务器不可用 | | 4 | 连接被拒绝，错误的用户名或密码 | | 5 | 连接被拒绝，未授权 |

重点讲一下 Return Code 4 和 5。Return Code 4 在 MQTT 协议中的含义是 Username 和 Password 的格式不正确，但是在大部分的 Broker 实现中，在使用错误的用户名密码时，得到的返回码也是 4。所以这里我们认为 4 就是代表错误的用户名或密码。Return Code 5 一般在 Broker 不使用用户名和密码而使用 IP 地址或者 Client Identifier 进行验证的时候使用，来标识 Client 没有通过验证。

注意： Return Code 2 代表的是 Client Identifier 格式不规范，比如长度超过 23 个字符，包含了不允许的字符等（部分 Broker 的实现在协议标准上做了扩展，比如允许超过 23 个字符的 Client Identifer 等）。

3.2 消息体（Payload）

CONNACK 没有消息体。
当 Client 向 Broker 发送 CONNECT 数据包并获得 Return Code 为 0 的 CONNACK 包后，就代表连接建立成功，可以发布和接受消息了。