MQTT

MQTT는 게시 및 구독 브로커 아키텍처를 사용하여 양방향 메시지를 제공하는 연결된 기기 애플리케이션용 OASIS 표준 프로토콜입니다. MQTT 프로토콜은 네트워크 오버헤드를 줄이기 위한 경량 프로토콜로서 MQTT 클라이언트가 매우 작아 제한된 기기의 리소스 사용이 최소화됩니다 - Google의 MQTT 설명

MQTT

Message Queuing Telemetry Transport
Client - Broker 게시/구독 형태 프로토콜
- IoT 기기와 같이 대역폭이 제한적이거나 네트워크가 불안정한 환경에서 소량 데이터를 효율적으로 교환하도록 설계
- TCP/IP 위에서 동작
- 스마트홈, 헬스케어, 교통, 산업 자동화등에 널리 사용되는 프로토콜
핵심 구성 요소
- MQTT Broker
- MQTT Client
  - 게시자(Publisher)
  - 구독자(Subscriber)

MQTT의 장점

가볍고 효율적임

메시지 헤더 크기가 작은 등의 통신에 필요한 리소스가 적음.
양방향 통신
확장성

수백만개의 연결된 장치를 지원
메시지 전달 보장

3가지 QoS 레벨 설정을 통한 메시지 전달 안정성 확보 가능
- QoS 0: At most once (최대 한 번) – 전달 보장 없음
- QoS 1: At least once (최소 한 번) – 중복 가능
- QoS 2: Exactly once (정확히 한 번) – 가장 안전하지만 오버헤드 큼
영구적인 세션을 통한 재 연결 최적화

영구 세션을 통한 불안정적인(Unreliable) 환경에서 연결이 지속적으로 끊겼을 때, 재 연결 시간을 절약할 수 있도록 지원
보안 요소 적용 가능

TLS를 통한 메시지 암호화 가능
- OAuth와 같은 최신 인증 프로토콜을 사용할 수도 있음.

MQTT Broker

발신자와 수신자 사이의 중개자로서, 구독자를 관리하고 구독자에게 메시지를 전송하는 역할을 수행.

MQTT Client

토픽을 구독하여 메시지를 수신하거나 메시지를 게시하는 역할

MQTT 프로토콜 패킷 구조

명령/명령 ACK 형식 통신
Exmaple
- connect 요청 → Connect ACK
- 구독 요청 → 구독 ACK
- 게시 요청 → 게시 ACK

MQTT Topic

MQTT에서 토픽은 게시자와 구독자 간에 메시지를 라우팅하는 방식의 핵심 요소.
- 메시지가 전달될 위치를 정의하는 주소의 역할
- UTF-8 문자열 형태로 표현
주로 계층적으로 구성되며 각 계층은 슬래시(/) 로 구분된다 (파일 경로와 유사)
- 각 계층은 topic level이라고 칭한다.
예시
- southkorea/seoul/gangnam/temperature
  - 서울시 강남구의 온도를 모니터링 하는데 사용
- company/device/12345678/status
  - 12345678 기기의 시스템 상태를 모니터링하는데 사용
Topic Name VS Topic Filter
- Topic Name
  - 게시자가 메시지를 보낼 때 사용하는 정확한 주소
- Topic Filter
  - 구독자가 메시지를 받고 싶을 때 사용하는 패턴
  - 와일드 카드를 통해 여러 토픽을 동시에 구독 가능

MQTT Wildcard

WildCard를 통해 여러 토픽을 동시에 구독 가능
single-level과 multi-level이 있음
single-level
- 더하기(+) 기호를 통해 하나의 topic level을 대체 가능
- 대체된 topic level에 대응하는 모든 topic을 구독
- 예시
  - southkorea/seoul/+/temperature
    - 서울시의 모든 구에 대한 온도를 모니터링 가능
    - ✅ southkorea/seoul/gangnam/temperature
    - ✅ southkorea/seoul/nowon/temperature
    - ✅ southkorea/seoul/jongno/temperature
    - ❌ southkorea/seoul/gangnam/sinsa/temperature
multi-level
- 해시(#) 기호를 마지막 topic level에 붙여 동일 레벨 및 하위 레벨까지 구독 가능
- 예시
  - southkorea/seoul/#
    - 서울시의 모든 구에 대한 온도를 모니터링 가능
    - ✅ southkorea/seoul/gangnam/temperature
    - ✅ southkorea/seoul/jongno/temperature
    - ✅ southkorea/seoul/jongno/humidity
    - ❌ southkorea/chungnam/gangnam/temperature
      - 실제론 충남에 강남이 없지만 단순 예시