Giao thức MQTT là gì?
MQTT là viết tắt bởi “Message Queuing Telemetry Transport” (có nghĩa là Giao thức truyền thông điệp). Đây là một giải pháp tiêu chuẩn trong lĩnh vực IoT. Giao thức này được ưa chuộng nhờ sự nhẹ nhàng trong quá trình truyền tải, độ chính xác cao và khả năng kết nối băng thông hiệu quả. MQTT được thiết kế như một giao thức nhắn tin thông minh và đơn giản, đặc biệt phù hợp với các thiết bị có hạn về băng thông.
MQTT cung cấp khả năng đọc và xuất bản dữ liệu cho người dùng, đồng thời hỗ trợ việc gửi lệnh điều khiển từ xa. Các hoạt động này thường liên quan đến nút cảm biến và các tính năng khác. Nó được xem là một phương tiện hiệu quả giúp các thiết bị giao tiếp với nhau.
Thành phần chính trong MQTT
Giao thức MQTT bao gồm 3 thành phần chính, đó là:
Máy khách MQTT
Một máy khách MQTT là một thiết bị từ máy chủ đến bộ vi điều khiển, được trang bị thư viện MQTT. Nếu máy khách gửi thông điệp, nó đóng vai trò như một nguồn gửi thông điệp, và nếu nhận thông điệp, nó đóng vai trò nhận thông điệp. Nói chung, bất kỳ thiết bị nào sử dụng MQTT qua mạng đều có thể được định danh là một máy khách MQTT.
Trình truyền tải MQTT
Trình truyền tải MQTT là một hệ thống backend quản lý truyền thông điệp giữa các máy khách khác nhau. Nhiệm vụ của trình truyền tải bao gồm nhận và lọc thông điệp, xác định máy khách đã đăng ký để nhận từng thông điệp và gửi thông điệp tới chính xác các máy khách đó. Trong khi đó, trình truyền tải cũng có trách nhiệm thực hiện các tác vụ khác như:
- Thực hiện quyền ủy quyền và xác thực cho máy khách MQTT.
- Chuyển tiếp thông điệp tới các hệ thống khác để thực hiện phân tích chi tiết hơn.
- Xử lý các thông điệp bị mất và quản lý phiên làm việc trên máy khách.
Kết nối MQTT
Quá trình giao tiếp giữa máy khách và máy chủ bắt đầu thông qua một kết nối MQTT. Máy khách khởi tạo kết nối bằng cách gửi một thông điệp CONNECT (KẾT NỐI) tới trình truyền tải MQTT. Trình truyền tải xác nhận việc thiết lập kết nối bằng cách trả lời với một thông điệp CONNACK. Cả máy khách MQTT và trình truyền tải đều cần sử dụng ngăn xếp TCP/IP để tiến hành giao tiếp. Đáng chú ý rằng các máy khách không kết nối trực tiếp với nhau, mà chỉ kết nối với trình truyền tải.
Nguyên tắc hoạt động của MQTT
Giao thức MQTT áp dụng mô hình xuất bản/đăng ký. Trong giao tiếp truyền thống, máy khách và máy chủ tương tác trực tiếp, máy khách yêu cầu dữ liệu từ máy chủ và nhận phản hồi. Trong MQTT, mô hình xuất bản/đăng ký tách bên gửi và bên nhận thông điệp thông qua một trình truyền tải. Trình truyền tải lọc và phân phối thông điệp chính xác giữa bên gửi và bên nhận thông điệp như sau:
- Phân tách không gian trong MQTT đồng nghĩa với việc nơi gửi và nơi nhận thông điệp không cần biết vị trí của nhau trong mạng và không truyền đổi thông tin như địa chỉ IP và số cổng.
- Phân tách thời gian của MQTT đảm bảo rằng nơi gửi và nơi nhận thông điệp không cần phải chạy hoặc có kết nối mạng trong cùng một thời điểm.
- Phân tách quá trình đồng bộ trong MQTT cho phép cả nơi gửi và nơi nhận thông điệp gửi hoặc nhận thông điệp mà không làm gián đoạn hoạt động của bên còn lại. Ví dụ: nơi nhận thông điệp không phải đợi nơi gửi thông điệp thực hiện gửi để tiếp tục hoạt động.
Cách thức hoạt động của MQTT
- Broker, hay còn gọi là trung tâm, chính là điểm trung tâm quản lý mọi kết nối đến từ các client. Nhiệm vụ của Broker bao gồm việc nhận tin nhắn và thông điệp từ những người xuất bản (publisher). Sau đó, Broker sắp xếp và chuyển tiếp chúng đến các người đăng ký cụ thể (subscriber).
- Client đóng vai trò trong việc xuất bản hoặc đăng ký nhiều kênh khác nhau.
- Publisher có trách nhiệm truyền tải thông điệp, tin nhắn đến bất kỳ kênh nào.
- Subscriber, với chức năng nhận thông điệp từ những kênh đã đăng ký, chỉ nhận dữ liệu từ publisher khi đã đăng ký đúng kênh tương ứng.
Vì sao nên sử dụng MQTT?
- Khả năng triển khai MQTT trên thiết bị IoT là gọn nhẹ và hiệu quả, yêu cầu tài nguyên tối thiểu và có thể sử dụng trên các bộ vi điều khiển nhỏ. Ví dụ, một thông điệp kiểm soát MQTT tối thiểu có thể nhỏ đến hai byte dữ liệu, giúp tối ưu hóa băng thông mạng với tiêu đề thông điệp nhỏ.
- MQTT linh hoạt với quy mô đa dạng, tiêu thụ năng lượng rất ít trong các hoạt động và hỗ trợ giao tiếp với hàng triệu thiết bị IoT. Điều này cho phép triển khai giao thức MQTT để kết nối với một lượng lớn thiết bị.
- MQTT đảm bảo độ tin cậy trong môi trường kết nối không đáng tin cậy, giảm thời gian thiết bị IoT cần để kết nối lại với đám mây. Giao thức xác định ba mức chất lượng dịch vụ để đảm bảo độ tin cậy cho các trường hợp sử dụng IoT.
- Đối với bảo mật, MQTT hỗ trợ mã hóa thông điệp và xác thực thiết bị và người dùng bằng các giao thức xác thực hiện đại như OAuth, TLS1.3, chứng chỉ do khách hàng quản lý, v.v.
- Giao thức MQTT được hỗ trợ rộng rãi trong nhiều ngôn ngữ như Python, giúp nhà phát triển triển khai một cách nhanh chóng mà ít cần phải viết mã trong bất kỳ loại ứng dụng nào.
FAQs về giao thức MQTT
Môi trường phù hợp với MQTT?
MQTT là một giao thức thông minh, mang đầy đủ tính năng thiết thực. Điều này làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các trường hợp sau:
- Giao tiếp máy đến máy (M2M).
- Các thiết bị nhúng có hạn chế về bộ nhớ và tốc độ.
- Khi kết nối trong môi trường có nhà mạng viễn thông đắt đỏ, thiếu uy tín và băng thông thấp.
So sánh khả năng bảo mật giữa MQTT và HTTP
MQTT có khả năng bảo mật tốt hơn so với HTTP. So sánh với HTTP, giao thức MQTT có lợi thế về tính bảo mật cao hơn trong việc truyền dữ liệu. Trong quá trình mã hóa nội dung (payload), MQTT sử dụng SSL/TLS để đảm bảo an toàn khi truyền tin nhắn. Ngược lại, HTTP không hỗ trợ mã hóa và dữ liệu được truyền đi dưới định dạng plain text. Do đó, tồn tại rủi ro về an toàn thông tin khi sử dụng giao thức này. Tuy nhiên, người dùng có thể tăng cường bảo mật bằng cách sử dụng HTTPS.
Nhược điểm của MQTT là gì?
MQTT chỉ sử dụng TLS/SSL để đảm bảo an toàn, nhưng không hỗ trợ mã hóa. Điều này tạo ra một hạn chế cho việc mở rộng mạng MQTT toàn cầu.
Kết luận
Trên đây là bài viết “Giao thức MQTT là gì? Vì sao cần sử dụng MQTT?” LANIT hy vọng các bạn đã có cái nhìn tổng quan về giao thức này. Đừng quên nhấn theo dõi để cập nhật nhiều thông tin hữu ích hơn từ LANIT nhé!
