luk 收錄於 Tutorial

2025-01-15 約 1000 字預計閱讀 5 分鐘

📨 即時通訊協定概覽

🎯 什麼是即時通訊協定？

想像一個郵局系統，有不同的郵寄方式：

平信：HTTP，寄出去就不管了，沒有回執
掛號信：有送達確認，但比較慢
快遞：專人配送，可以即時追蹤
郵政信箱：訂閱制，有新信就通知

即時通訊協定就像這些不同的郵寄方式，針對不同需求設計出不同的訊息傳遞機制。

🏗️ 常見的即時通訊協定

1️⃣ MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)

特性：輕量級、低頻寬、低功耗

💡 比喻：訂閱制報紙
你訂閱了「體育版」，報社有新的體育新聞就會自動送到你家
不需要你每天去報社問「有新聞嗎？」

適用場景：

⚡ IoT 物聯網裝置（智慧家居、感測器）
📱 行動裝置（省電、省流量）
🌐 網路不穩定環境

架構：發布/訂閱模式（Pub/Sub）

Publisher → Broker → Subscriber

裝置 A 發布 "temperature/living-room" = 25°C
裝置 B 訂閱 "temperature/#" → 收到通知

Python 範例：

import paho.mqtt.client as mqtt

# 訂閱者
def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    print("連接成功")
    client.subscribe("home/temperature")  # 訂閱溫度主題

def on_message(client, userdata, msg):
    print(f"收到訊息：{msg.topic} = {msg.payload.decode()}")

client = mqtt.Client()
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message

client.connect("mqtt.example.com", 1883, 60)
client.loop_forever()

# 發布者
import paho.mqtt.client as mqtt

client = mqtt.Client()
client.connect("mqtt.example.com", 1883, 60)

# 發布溫度資訊
client.publish("home/temperature", "25.5")
client.disconnect()

2️⃣ XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol)

特性：開放、可擴展、即時

💡 比喻：即時通訊 App（LINE、WhatsApp）
可以傳文字、圖片、知道對方是否在線
還能建立群組、視訊通話

適用場景：

💬 即時聊天應用
👥 社交平台
🎮 線上遊戲（顯示玩家在線狀態）

特點：

✅ 分散式架構（不依賴單一伺服器）
✅ 支援線上狀態（Presence）
✅ 端對端加密
✅ XML 格式（可讀性高但較占頻寬）

訊息格式：

<message to="user@example.com" from="alice@example.com" type="chat">
  <body>Hello, how are you?</body>
</message>

Python 範例：

import slixmpp

class MyBot(slixmpp.ClientXMPP):
    def __init__(self, jid, password):
        super().__init__(jid, password)

        # 註冊事件處理器
        self.add_event_handler("session_start", self.start)
        self.add_event_handler("message", self.message)

    async def start(self, event):
        self.send_presence()  # 發送線上狀態
        await self.get_roster()  # 獲取聯絡人列表

    async def message(self, msg):
        if msg['type'] in ('chat', 'normal'):
            print(f"收到訊息：{msg['body']}")
            msg.reply(f"你說：{msg['body']}").send()

# 使用
bot = MyBot('user@example.com', 'password')
bot.connect()
bot.process(forever=True)

3️⃣ STOMP (Simple Text Oriented Messaging Protocol)

特性：簡單、文字導向、易於實作

💡 比喻：簡化版的郵局系統
規則簡單明瞭，任何人都能快速上手
不像 AMQP 那麼複雜專業

適用場景：

🌐 Web 應用程式
🔄 訊息佇列
📊 即時數據推送

訊息格式：

SEND
destination:/queue/test
content-type:text/plain

Hello, STOMP!^@

JavaScript + Node.js 範例：

// 前端（瀏覽器）
const client = new StompJs.Client({
    brokerURL: 'ws://localhost:15674/ws',
    onConnect: () => {
        console.log('連接成功');

        // 訂閱訊息
        client.subscribe('/topic/notifications', (message) => {
            console.log('收到通知：', message.body);
        });

        // 發送訊息
        client.publish({
            destination: '/topic/notifications',
            body: 'Hello from client!'
        });
    }
});

client.activate();

// 後端（Node.js + RabbitMQ）
const amqp = require('amqplib');

async function setupStomp() {
    const connection = await amqp.connect('amqp://localhost');
    const channel = await connection.createChannel();

    // 宣告交換機
    await channel.assertExchange('notifications', 'topic', { durable: false });

    // 訂閱訊息
    const q = await channel.assertQueue('', { exclusive: true });
    await channel.bindQueue(q.queue, 'notifications', '#');

    channel.consume(q.queue, (msg) => {
        console.log('收到訊息：', msg.content.toString());
    }, { noAck: true });
}

setupStomp();

4️⃣ AMQP (Advanced Message Queuing Protocol)

特性：企業級、可靠、功能完整

💡 比喻：專業物流公司（順豐、DHL）
提供各種配送選項：標準、快速、保價
保證不會遺失、可以追蹤、支援退件

適用場景：

🏢 企業級應用
💼 金融交易系統
📦 訂單處理系統
🔄 微服務架構

核心概念：

Producer → Exchange → Queue → Consumer

Exchange 類型：
1. Direct：精確匹配 routing key
2. Topic：萬用字元匹配（*.error、log.#）
3. Fanout：廣播給所有佇列
4. Headers：根據 headers 屬性路由

Python 範例（使用 RabbitMQ）：

import pika

# 生產者
connection = pika.BlockingConnection(pika.ConnectionParameters('localhost'))
channel = connection.channel()

# 宣告交換機和佇列
channel.exchange_declare(exchange='logs', exchange_type='fanout')
channel.queue_declare(queue='task_queue', durable=True)
channel.queue_bind(exchange='logs', queue='task_queue')

# 發送訊息（持久化）
channel.basic_publish(
    exchange='logs',
    routing_key='',
    body='Important task',
    properties=pika.BasicProperties(
        delivery_mode=2,  # 訊息持久化
    )
)

print("訊息已發送")
connection.close()

# 消費者
def callback(ch, method, properties, body):
    print(f"收到任務：{body.decode()}")
    # 處理任務...
    ch.basic_ack(delivery_tag=method.delivery_tag)  # 確認處理完成

connection = pika.BlockingConnection(pika.ConnectionParameters('localhost'))
channel = connection.channel()

channel.queue_declare(queue='task_queue', durable=True)

# 設定 QoS：一次只處理一個訊息
channel.basic_qos(prefetch_count=1)

channel.basic_consume(
    queue='task_queue',
    on_message_callback=callback,
    auto_ack=False  # 手動確認
)

print('等待訊息...')
channel.start_consuming()

📊 協定比較表

協定	傳輸模式	訊息格式	複雜度	QoS	適用場景
MQTT	Pub/Sub	二進位	簡單	✅ 3種	IoT、行動裝置
XMPP	點對點/群組	XML	中等	✅	即時聊天、社交
STOMP	Pub/Sub/Queue	文字	簡單	❌	Web 應用
AMQP	Queue/Pub/Sub	二進位	複雜	✅	企業級應用

🔍 如何選擇協定？

使用 MQTT 當你需要：

⚡ IoT 裝置通訊（智慧家居、感測器）
📱 行動裝置（省電、省流量）
🌐 網路不穩定環境
🔔 訂閱制推送通知

使用 XMPP 當你需要：

💬 即時聊天功能
👤 線上狀態顯示（在線/離線/忙碌）
🔐 端對端加密
🌍 分散式架構（不依賴單一伺服器）

使用 STOMP 當你需要：

🌐 Web 應用即時通訊
🚀 快速開發原型
📝 簡單易懂的協定
🔧 與 WebSocket 整合

使用 AMQP 當你需要：

🏢 企業級可靠性
💰 金融交易系統
📦 複雜路由需求
🔄 微服務通訊
✅ 訊息持久化和確認機制

🎓 實際應用案例

案例 1：智慧家居系統（MQTT）

# 溫度感測器發布數據
client.publish("home/living-room/temperature", "25.5")
client.publish("home/bedroom/temperature", "23.0")

# 空調訂閱溫度，自動調節
client.subscribe("home/+/temperature")  # + 萬用字元匹配任何房間

案例 2：即時聊天 App（XMPP）

# 發送訊息 + 顯示對方狀態
await bot.send_message(
    mto="friend@example.com",
    mbody="Hey, are you free?",
    mtype="chat"
)

# 設定自己的狀態
bot.send_presence(pshow="away", pstatus="In a meeting")

案例 3：電商訂單系統（AMQP）

# 訂單服務發送新訂單
channel.basic_publish(
    exchange='orders',
    routing_key='order.created',
    body=json.dumps({
        'order_id': '12345',
        'user_id': 'user_001',
        'total': 1500
    })
)

# 庫存服務訂閱並處理
channel.queue_bind(exchange='orders', queue='inventory', routing_key='order.*')

# 通知服務發送 Email
channel.queue_bind(exchange='orders', queue='notifications', routing_key='order.*')

🔐 安全性考量

1. 傳輸加密

# MQTT over TLS
client = mqtt.Client()
client.tls_set(ca_certs="ca.crt", certfile="client.crt", keyfile="client.key")
client.connect("mqtt.example.com", 8883)

# AMQP over SSL
connection = pika.BlockingConnection(
    pika.ConnectionParameters(
        host='localhost',
        port=5671,
        ssl_options=pika.SSLOptions(context)
    )
)

2. 身份驗證

# MQTT 使用者名稱/密碼
client.username_pw_set("username", "password")

# AMQP 身份驗證
credentials = pika.PlainCredentials('user', 'pass')
connection = pika.BlockingConnection(
    pika.ConnectionParameters(host='localhost', credentials=credentials)
)

3. 訊息完整性

# AMQP 訊息簽章
import hmac
import hashlib

def sign_message(message, secret_key):
    signature = hmac.new(
        secret_key.encode(),
        message.encode(),
        hashlib.sha256
    ).hexdigest()
    return {'message': message, 'signature': signature}

# 發送簽章訊息
signed = sign_message('Important data', 'secret')
channel.basic_publish(exchange='', routing_key='queue', body=json.dumps(signed))

🎯 常見面試題

Q1：MQTT 的 QoS 等級有哪些？

答案：

MQTT 提供 3 種 QoS（Quality of Service）等級：

QoS 0（At most once）：最多一次
- 發送即忘，不確認
- 類似 UDP
- 最快但可能遺失
QoS 1（At least once）：至少一次
- 確保送達，但可能重複
- 需要 PUBACK 確認
QoS 2（Exactly once）：恰好一次
- 保證送達且不重複
- 四次握手（PUBREC → PUBREL → PUBCOMP）
- 最可靠但最慢

口訣：「零忘一重二恰好」（0=遺忘、1=重複、2=恰好）

# 使用不同 QoS
client.publish("topic", "message", qos=0)  # 最快
client.publish("topic", "message", qos=1)  # 平衡
client.publish("topic", "message", qos=2)  # 最可靠

Q2：AMQP 和 MQTT 的主要差異？

答案：

特性	AMQP	MQTT
設計目標	企業級訊息佇列	IoT 輕量通訊
複雜度	高（支援多種交換機類型）	低（簡單 Pub/Sub）
訊息路由	複雜（Direct/Topic/Fanout/Headers）	簡單（Topic 層級）
訊息保證	持久化、事務、確認	QoS 0/1/2
頻寬需求	較高	極低（2 bytes header）
適用場景	金融、訂單處理	感測器、行動裝置

記憶技巧：

AMQP = Advanced（進階企業用）
MQTT = Minimal（最小物聯網用）

Q3：什麼是 Pub/Sub 模式？與點對點模式有何不同？

答案：

Pub/Sub（發布/訂閱）：

一對多，發布者不知道誰會收到

報社（Publisher）→ 報紙（Topic）→ 訂閱者們（Subscribers）

- 報社發布新聞，不知道誰訂閱
- 訂閱者可以隨時加入/退出
- 一則新聞可以被多人看到

Point-to-Point（點對點）：

一對一，訊息只能被一個消費者處理

寄信人 → 信箱（Queue）→ 收信人

- 每封信只有一個收件人
- 信被取走後就沒了
- 適合任務分配

程式碼比較：

# Pub/Sub（MQTT）
client.publish("news/sports", "Team A wins!")  # 所有訂閱者都收到

# Point-to-Point（AMQP Queue）
channel.basic_publish(exchange='', routing_key='tasks', body='Task 1')
# 只有一個 worker 會處理

Q4：如何保證訊息不遺失？

答案：

多層保護機制：

傳輸層保證（QoS）：

# MQTT QoS 2：保證送達且不重複
client.publish("critical/data", payload, qos=2)

持久化（Persistence）：

# AMQP 訊息持久化
channel.basic_publish(
    exchange='',
    routing_key='task_queue',
    body='Important task',
    properties=pika.BasicProperties(
        delivery_mode=2,  # 持久化到硬碟
    )
)

# 佇列持久化
channel.queue_declare(queue='task_queue', durable=True)

手動確認（Manual ACK）：

def callback(ch, method, properties, body):
    print(f"處理：{body}")
    # 處理完成後才確認
    ch.basic_ack(delivery_tag=method.delivery_tag)

channel.basic_consume(
    queue='task_queue',
    on_message_callback=callback,
    auto_ack=False  # 手動確認
)

重試機制：

# 死信佇列（Dead Letter Queue）
channel.queue_declare(
    queue='main_queue',
    arguments={
        'x-dead-letter-exchange': 'dlx',
        'x-message-ttl': 60000,  # 60秒後進入死信
    }
)

口訣：「傳持認重」（傳輸保證、持久化、確認機制、重試）

Q5：XMPP 的 Presence 有什麼用途？

答案：

Presence（線上狀態） 讓使用者知道對方是否在線，就像 LINE 的「在線中」功能。

狀態類型：

<!-- 在線 -->
<presence/>

<!-- 離開 -->
<presence>
  <show>away</show>
  <status>開會中</status>
</presence>

<!-- 忙碌 -->
<presence>
  <show>dnd</show>  <!-- Do Not Disturb -->
  <status>專注工作中</status>
</presence>

<!-- 離線 -->
<presence type="unavailable"/>

Python 實作：

class MyBot(slixmpp.ClientXMPP):
    async def start(self, event):
        # 設定狀態
        self.send_presence(pshow='away', pstatus='開會中')

        # 監聽好友狀態
        roster = await self.get_roster()
        for jid in roster:
            print(f"{jid}: {roster[jid]['presence']}")

應用場景：

💬 聊天 App：顯示好友在線狀態
🎮 遊戲：顯示玩家在線/遊戲中
💼 協作工具：團隊成員狀態
📞 視訊會議：誰可以接聽

📝 總結

即時通訊協定就像不同的運輸工具：

MQTT：機車 🏍️（輕巧靈活，適合短途）
XMPP：汽車 🚗（舒適全面，適合日常）
STOMP：腳踏車 🚲（簡單易用，適合新手）
AMQP：卡車 🚚（可靠穩重,適合貨運）

根據你的需求選擇適合的協定，沒有最好的協定，只有最適合的！

記憶口訣：

「物聯 MQTT，聊天 XMPP，網頁 STOMP，企業 AMQP」

🔗 延伸閱讀

下一篇：05-2. MQTT 協定詳解
相關文章：04-1. WebSocket 基礎概念

10-1. 即時通訊協定概覽

📨 即時通訊協定概覽

🎯 什麼是即時通訊協定？

🏗️ 常見的即時通訊協定

1️⃣ MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)

2️⃣ XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol)

3️⃣ STOMP (Simple Text Oriented Messaging Protocol)

4️⃣ AMQP (Advanced Message Queuing Protocol)

📊 協定比較表

🔍 如何選擇協定？

使用 MQTT 當你需要：

使用 XMPP 當你需要：

使用 STOMP 當你需要：

使用 AMQP 當你需要：

🎓 實際應用案例

案例 1：智慧家居系統（MQTT）

案例 2：即時聊天 App（XMPP）

案例 3：電商訂單系統（AMQP）

🔐 安全性考量

1. 傳輸加密

2. 身份驗證

3. 訊息完整性

🎯 常見面試題

Q1：MQTT 的 QoS 等級有哪些？

Q2：AMQP 和 MQTT 的主要差異？

Q3：什麼是 Pub/Sub 模式？與點對點模式有何不同？

Q4：如何保證訊息不遺失？

Q5：XMPP 的 Presence 有什麼用途？

📝 總結

🔗 延伸閱讀