MQTT

MQTT (originalmente un acrónimo de MQ Telemetry Transport ^[a] ) es un protocolo de red ligero, de publicación-suscripción , de máquina a máquina para colas de mensajes / servicios de colas de mensajes . Está diseñado para conexiones con ubicaciones remotas que tienen dispositivos con limitaciones de recursos o ancho de banda de red limitado , como en Internet de las cosas (IoT). Debe ejecutarse sobre un protocolo de transporte que proporcione conexiones ordenadas, sin pérdidas y bidireccionales, típicamente, TCP/IP . ^[1] Es un estándar OASIS abierto y una recomendación ISO ( ISO/IEC 20922 ).

Andy Stanford-Clark ( IBM ) y Arlen Nipper (que entonces trabajaba para Eurotech, Inc. ) fueron los autores de la primera versión del protocolo en 1999. ^[6] Se utilizó para monitorear oleoductos dentro del sistema de control industrial SCADA . ^[7] El objetivo era tener un protocolo que fuera eficiente en el ancho de banda, liviano y que usara poca energía de la batería, porque los dispositivos estaban conectados a través de un enlace satelital que, en ese momento, era extremadamente costoso. ^[8]

Históricamente, el "MQ" en "MQTT" proviene de la línea de productos IBM MQ (en aquel entonces 'MQSeries'), donde significa "Cola de mensajes". Sin embargo, el protocolo proporciona mensajería de publicación y suscripción (sin colas, a pesar del nombre). ^[9] En la especificación abierta por IBM como versión 3.1, el protocolo se denominaba "Transporte de telemetría MQ". ^{[10] [11]} Las versiones posteriores publicadas por OASIS se refieren estrictamente al protocolo simplemente como "MQTT", aunque el comité técnico en sí se llama "Comité técnico de transporte de telemetría de colas de mensajes de OASIS". ^[4] Desde 2013, "MQTT" no significa nada. ^{[12] [9]}

En 2013, IBM presentó MQTT v3.1 al organismo de especificación OASIS con un estatuto que garantizaba que solo se podían aceptar cambios menores a la especificación. ^[4] Después de hacerse cargo del mantenimiento del estándar de IBM, OASIS lanzó la versión 3.1.1 el 29 de octubre de 2014. ^{[13] [14]} Una actualización más sustancial a MQTT versión 5, agregando varias características nuevas, ^[15] se lanzó el 7 de marzo de 2019. ^[1]

MQTT-SN (MQTT para redes de sensores) es una variación del protocolo principal destinado a dispositivos integrados alimentados por batería en redes que no son TCP/IP, ^[16] como Zigbee . ^[17]

El protocolo MQTT define dos tipos de entidades de red: un agente de mensajes y una serie de clientes. Un agente MQTT es un servidor que recibe todos los mensajes de los clientes y luego los enruta a los clientes de destino apropiados. ^[18] Un cliente MQTT es cualquier dispositivo (desde un microcontrolador hasta un servidor completo) que ejecuta una biblioteca MQTT y se conecta a un agente MQTT a través de una red. ^[19]

La información se organiza en una jerarquía de temas. Cuando un publicador tiene un nuevo elemento de datos para distribuir, envía un mensaje de control con los datos al agente conectado. A continuación, el agente distribuye la información a todos los clientes que se hayan suscrito a ese tema. El publicador no necesita tener ningún dato sobre la cantidad o las ubicaciones de los suscriptores y, a su vez, los suscriptores no tienen que estar configurados con ningún dato sobre los publicadores.

Si un intermediario recibe un mensaje sobre un tema para el cual no hay suscriptores actuales, el intermediario descarta el mensaje a menos que el publicador del mensaje lo haya designado como un mensaje retenido. Un mensaje retenido es un mensaje MQTT normal con el indicador retenido establecido en verdadero. El intermediario almacena el último mensaje retenido y la calidad de servicio (QoS) correspondiente para el tema seleccionado. Cada cliente que se suscribe a un patrón de tema que coincide con el tema del mensaje retenido recibe el mensaje retenido inmediatamente después de suscribirse. El intermediario almacena solo un mensaje retenido por tema. ^[20] Esto permite que los nuevos suscriptores a un tema reciban el valor más actual en lugar de esperar la próxima actualización de un publicador.

Cuando un cliente de publicación se conecta por primera vez al broker, puede configurar un mensaje predeterminado que se enviará a los suscriptores si el broker detecta que el cliente de publicación se ha desconectado inesperadamente del broker.

Los clientes solo interactúan con un bróker, pero un sistema puede contener varios servidores bróker que intercambian datos según los temas de sus suscriptores actuales.

Un mensaje de control MQTT mínimo puede tener tan solo dos bytes de datos. Un mensaje de control puede transportar casi 256 megabytes de datos si es necesario. Hay catorce tipos de mensajes definidos que se utilizan para conectar y desconectar un cliente de un intermediario, publicar datos, confirmar la recepción de datos y supervisar la conexión entre el cliente y el servidor.

MQTT se basa en el protocolo TCP para la transmisión de datos. Una variante, MQTT-SN, se utiliza sobre otros transportes como UDP o Bluetooth.

MQTT envía las credenciales de conexión en formato de texto sin formato y no incluye ninguna medida de seguridad o autenticación. Esto se puede lograr mediante el uso de TLS para cifrar y proteger la información transferida contra la interceptación, modificación o falsificación.

El puerto MQTT sin cifrar predeterminado es 1883. El puerto cifrado es 8883. ^[21]

El broker MQTT es un software que se ejecuta en una computadora (en las instalaciones o en la nube) y puede ser de desarrollo propio o hospedado por un tercero. Está disponible en implementaciones de código abierto y propietarias.

El broker actúa como una oficina de correos. Los clientes MQTT no utilizan una dirección de conexión directa del destinatario previsto, sino que utilizan la línea de asunto denominada "Tema". Cualquiera que se suscriba recibe una copia de todos los mensajes de ese tema. Varios clientes pueden suscribirse a un tema desde un único broker (capacidad de uno a muchos) y un único cliente puede registrar suscripciones a temas con varios brokers (muchos a uno).

Cada cliente puede producir y recibir datos mediante la publicación y la suscripción, es decir, los dispositivos pueden publicar datos de sensores y, aun así, recibir la información de configuración o los comandos de control (MQTT es un protocolo de comunicación bidireccional). Esto ayuda a compartir datos y a gestionar y controlar dispositivos. Un cliente no puede transmitir los mismos datos a una variedad de temas y debe publicar varios mensajes al intermediario, cada uno con un único tema determinado.

Con la arquitectura del broker MQTT, los dispositivos cliente y la aplicación servidor se desacoplan. De esta manera, los clientes no conocen la información de los demás. MQTT, si está configurado para ello, puede utilizar el cifrado TLS con conexiones protegidas por certificado, nombre de usuario y contraseña. Opcionalmente, la conexión puede requerir certificación, en forma de un archivo de certificado que proporciona un cliente y debe coincidir con la copia del servidor.

En caso de falla, el software del bróker y los clientes pueden transferir automáticamente la carga a un bróker de respaldo redundante/automático. Los brókeres de respaldo también pueden configurarse para compartir la carga de los clientes entre varios servidores en el sitio, en la nube o una combinación de estos.

El broker puede soportar tanto MQTT estándar como MQTT para especificaciones compatibles como Sparkplug. ^[22] Esto se puede hacer con el mismo servidor, al mismo tiempo y con los mismos niveles de seguridad.

El intermediario realiza un seguimiento de toda la información de la sesión a medida que el dispositivo se enciende y se apaga, en una función llamada "sesiones persistentes". En este estado, un intermediario almacenará tanto la información de conexión de cada cliente, los temas a los que se ha suscrito cada cliente y cualquier mensaje de un tema con una QoS de 1 o 2. ^[23]

Las principales ventajas de un broker MQTT son:

1. Eliminación de conexiones de clientes vulnerables e inseguras (cuando esté configurado adecuadamente).
2. Capacidad de escalar fácilmente desde un solo dispositivo a miles.
3. Gestión y seguimiento de los estados de conexión del cliente, incluidas las credenciales de seguridad y los certificados (cuando estén configurados adecuadamente).
4. Reducción de la tensión en las redes celulares o satelitales sin comprometer la seguridad (cuando está configurado adecuadamente).

Espera que se establezca una conexión con el servidor y crea un enlace entre los nodos.

Espera a que el cliente MQTT finalice cualquier trabajo que deba realizar y a que la sesión TCP/IP se desconecte.

Regresa inmediatamente al hilo de la aplicación después de pasar la solicitud al cliente MQTT.

En 2019, OASIS lanzó el estándar oficial MQTT 5.0. ^[1] La versión 5.0 incluye las siguientes características nuevas importantes: ^[24]

• Códigos de motivo: Los reconocimientos ahora admiten códigos de retorno, que proporcionan un motivo para una falla.
• Suscripciones compartidas: permiten equilibrar la carga entre los clientes, reduciendo así el riesgo de problemas de carga.
• Caducidad del mensaje: Los mensajes pueden incluir una fecha de caducidad y se eliminan si no se entregan dentro de este período de tiempo.
• Alias ​​del tema: el nombre de un tema se puede reemplazar con un solo número.

Cada conexión al broker puede especificar una medida de QoS. ^[25] Estas se clasifican en orden creciente de sobrecarga:

• Como máximo una vez: el mensaje se envía solo una vez y el cliente y el corredor no realizan pasos adicionales para confirmar la entrega (envían y olvidan).
• Al menos una vez: el remitente vuelve a intentar enviar el mensaje varias veces hasta recibir confirmación (entrega confirmada).
• Exactamente una vez: el remitente y el receptor participan en un protocolo de enlace de dos niveles para garantizar que solo se reciba una copia del mensaje (entrega asegurada).

Este campo no afecta el manejo de las transmisiones de datos TCP subyacentes; solo se utiliza entre remitentes y receptores MQTT.

La seguridad del protocolo MQTT se vio comprometida ^[26] en 2020 por investigadores italianos, que ejecutaron ataques DoS lentos en dicho protocolo (ver CVE-2020-13849).

La agrupación en clústeres MQTT es una técnica empleada para garantizar una alta disponibilidad, tolerancia a fallas y escalabilidad en implementaciones MQTT. ^[27] Como protocolo de mensajería liviano y eficiente, la agrupación en clústeres MQTT permite la creación de una red resistente de nodos intermediarios interconectados, lo que garantiza una entrega de mensajes continua y confiable incluso ante fallas de hardware o interrupciones de la red.

• Comparación de implementaciones de MQTT
• Protocolo avanzado de colas de mensajes (AMQP)
• Protocolo de mensajería orientada a texto en tiempo real (STOMP)
• Protocolo de aplicación restringida (CoAP)
• Apache ActiveMQ
• Consuelo PubSub+ ^{[28] [29]}
• ConejoMQ

• Sitio web oficial
• Sitio web oficial del Comité Técnico
• Especificaciones MQTT
  • Versión 5.0, 7 de marzo de 2019: edición en PDF, edición en HTML
  • Versión 3.1.1 Plus Errata 01, 2015-12-10: Edición PDF, Edición HTML
  • Versión 3.1.1, 2014-10-29: Edición PDF, edición HTML
  • Versión 3.1, 2010: Edición PDF Archivado el 4 de diciembre de 2022 en Wayback Machine , Edición HTML
• Especificaciones del MQTT-SN
  • Versión 1.2, 14/11/2013: Edición en PDF