发布 - 订阅模式协议
MQTT
MQTT（MQ Telemetry Transport）协议，是 IBM 公司在 1999 年开发的轻量级网络协议，采用的是发布 - 订阅通信模式，它有三个主要特点：
- 采用二进制的消息内容编码格式，所以二进制数据、JSON 和图片等负载内容都可以方便传输。
- 协议头很紧凑，协议交互也简单，保证了网络传输流量很小。
- 支持 3 种 QoS（Quality of Service，服务质量）级别，便于应用根据不同的场景需求灵活选择。
什么是 QoS？它是指通信双方关于消息传送可靠程度的协商。
QoS 0级别，消息只发送一次，消息可能丢失；
QoS 1级别 ，发送方会接收反馈，保证消息的送达，但是可能消息会重复。
QoS 2 级别，通过发送方和接收方的多次交互，保证消息有且只有一次。
MQTT 协议非常适合计算能力有限、网络带宽低、信号不稳定的远程设备，所以它成为了物联网系统事实上的网络协议标准。
AMQP
除了 MQTT 协议以外，也有其他采用发布 - 订阅模式的网络协议，比如 AMQP 协议。虽然 AMQP 协议拥有庞大的特性集，比较重，不适合计算资源有限、对功耗要求严苛的物联网设备，但是它可以满足后台系统对于可靠性和可扩展性的要求。因此，它在物联网的平台系统中应用广泛。比如，在分布式系统中应用广泛的 RabbitMQ 消息中间件软件，就是基于 AMQP 实现的。
AMQP 和 MQTT 一样，也是基于 TCP 协议，采用二进制消息格式，也支持 3 个 QoS 级别。现在被广泛使用 AMQP 1.0 和 AMQP 0.9.1 这两个版本，在设计上有很大的差异。你在查询资料或者应用这两个版本的 AMQP 协议时，一定要注意看版本，避免用错。
请求 - 响应模式
发布 - 订阅模式的很多好处，但是凡事都有例外，也有一些物联网应用场景，并不适合使用这种模式。比如，现在小区里面都有智能快递柜，当你输入取件码后，服务器会向对应的柜门发送开门指令。在发布 - 订阅模式下，服务器知道指令发送成功了，但是它无法知道柜门是否真的打开了。这时，你就需要让柜门能够向服务器反馈一下命令的执行结果。当然，你也可以让服务器订阅一个“柜门关闭”的主题消息，然后等待柜门发布这个消息。但是这样的话就非常繁琐、不够直接。在这种场景下，另一种通信模式就能派上用场了，那就是请求 - 响应模式。
请求 - 响应模式有两个角色，一个是客户端（Client），另一个是服务器（Server）。客户端是请求数据或者服务的一方。服务器则用来接收客户端的请求，并提供相应的数据或者服务。服务器在收到请求后，会获取数据，对资源数据（比如数据库）进行加工处理，准备好响应，然后返回给客户端。
请求 - 响应模式是无状态的通信方式，每个完整的请求 - 响应都是相互独立的。进一步细分的话，它还可以分为同步和异步两种。你可以看下这张图片。
HTTP
HTTP 就是采用请求 - 响应模式典型的代表。HTTP/2 协议还引入了异步请求 - 响应模式，客户端可以对请求设置不同的优先级，服务器可以根据优先级决定先响应哪个请求。虽然 HTTP 协议的报文格式非常重，光是报文头就能达到 KB 大小，不太适合资源有限的嵌入式设备。但在一些计算资源和网络资源都比较充足的物联网设备上，HTTP 协议仍然是一个可选项。而且它和现有的 Web 系统兼容，可以利用已有的 Web 服务器资源。
CoAP
CoAP（Constrained Application Protocol）协议，跟 HTTP 协议一样，CoAP 协议同样有 GET、POST、PUT、DELETE 等方法和响应状态码，同样使用 URI 而不是 Topic 来标识资源。比如我们需要访问服务器 iotdemo.com 下面的 bedroom/temp 这个资源，那完整的资源地址是：
coap://iotdemo.com:5683/bedroom/temp CoAP 的消息采用二进制格式，支持可确认消息和不可确认消息两种 QoS 级别。可确认消息（Confirmable Message）与 MQTT 协议的 QoS 1 类似，不可确认消息（Non-confirmable Message）对应 MQTT 协议的 QoS 0 级别。
另外，CoAP 协议基于的传输层协议是 UDP，而不是 HTTP 、 MQTT 协议的 TCP 协议，所以对于设备的计算资源要求更低。传感器设备一般只需要上传数据，不用随时接收服务器的控制命令，这都说明 CoAP 协议适合电池供电的传感器设备。
LwM2M
LwM2M（Lightweight M2M）协议。LwM2M 协议定义在 CoAP 协议之上，不过它在消息传输的基础上更进一步。因为它基于 IPSO （IP-base Smart Object）对设备模型进行了标准化，提供了一组轻量级设备管理和交互接口协议。
LwM2M 协议目前主要的实现是 C 语言的 Wakaama 和 Java 语言的 Leshan，相对来说应用还比较少。CoAP 协议的应用场景同样适合 LwM2M 协议，如果你希望在 CoAP 协议的基础上更方便地实现设备的管理，可以考虑 LwM2M 协议。
通信模式的共存
MQTT 5.0 中增加了请求 - 响应模式的新特性；AMQP 1.0 版本也定义了请求 - 响应模式。而 CoAP 协议呢，在新的初稿版本（Draft）中也增加了发布 - 订阅模式特性。这种网络协议中的通信模式的共存，相比单一模式的设计都大大方便了具体场景中的应用，代表了一种网络协议的发展方向。
小结
物联网应用是一个复杂的综合性系统，这要求你了解不同网络协议的功能特性和局限，并且为系统的不同部分做出合适的选择。这些选择原则，我总结为下面三点：
- 物联网设备通常需要运行在网络不太可靠的环境中，而且在功耗、体积和计算资源方面也有诸多限制，所以我们在设备的开发中可以考虑使用 MQTT 和 CoAP 协议。
- 云平台各服务之间需要快速、可靠地进行消息转发，这种情况可以选择 AMQP 协议。
- 一些应用需要兼容 Web 系统的 RESTful 架构，比如通过 REST 开放物联网中的资源能力，供其他应用调用，这时 HTTP 和 CoAP 协议是合适的选择。
