MQTT over QUIC の利用

EMQX 5.0 では、MQTT over QUIC リスナーを導入し、IoT ユーザーが MQTT over QUIC の利点を享受できるようにしました。本セクションでは、MQTT over QUIC の利用方法をステップバイステップでご案内します。

前提条件

MQTT over QUIC の知識が必要です。

環境

MQTT over QUIC リスナーをテストするには、Docker イメージの利用を推奨します。以下のコマンドでポート 14567 にリスナーを有効化してください。

docker run -d --name emqx \
  -p 1883:1883 -p 8083:8083 \
  -p 8084:8084 -p 8883:8883 \
  -p 18083:18083 \
  -p 14567:14567/udp \
  -e EMQX_LISTENERS__QUIC__DEFAULT__keyfile="etc/certs/key.pem" \
  -e EMQX_LISTENERS__QUIC__DEFAULT__certfile="etc/certs/cert.pem" \
  -e EMQX_LISTENERS__QUIC__DEFAULT__ENABLED=true \
emqx/emqx:5.8.8

EMQX を Docker コンテナで実行する詳細は、Docker でのデプロイ をご参照ください。

MQTT over QUIC の有効化

MQTT over QUIC はデフォルトで無効化されています。以下の手順で手動でリスナーを有効化してください。

1. 設定ファイル etc/base.hocon を開き、以下の設定を追加します。

listeners.quic.default {
  enabled = true
  bind = "0.0.0.0:14567"
  keyfile = "etc/certs/key.pem"
  certfile = "etc/certs/cert.pem"
}

この設定により、ポート 14567 で QUIC リスナーが有効化されます。変更を保存し、EMQX を再起動して設定を反映してください。

2. CLI で emqx ctl listeners を実行すると、MQTT over QUIC リスナーが有効になっていることが確認できます。

 > emqx ctl listeners
 quic:default
   listen_on       : :14567
   acceptors       : 16
   proxy_protocol  : undefined
   running         : true
 ssl:default
   listen_on       : 0.0.0.0:8883
   acceptors       : 16
   proxy_protocol  : false
   running         : true
   current_conn    : 0
   max_conns       : 512000

これで EMQX 上で MQTT over QUIC リスナーが有効化されました。次にクライアントの接続を進めます。

クライアント SDK とツール

• NanoSDK：EMQ NanoMQ チームが提供する C 言語の MQTT SDK。WebSocket や nanomsg/SP などのプロトコルもサポートしています。
• NanoSDK-Python：NanoSDK の Python バインディング。
• NanoSDK-Java：NanoSDK の Java JNA バインディング。
• emqtt：Erlang 製の MQTT クライアントライブラリで、QUIC をサポートしています。

クライアントライブラリに加え、EMQ はエッジコンピューティング製品 NanoMQ を使った MQTT over QUIC ブリッジングも提供しています。NanoMQ を利用することで、QUIC を介してエッジデータをクラウドにブリッジでき、MQTT over QUIC リスナーを大幅な開発や統合の手間なく利用可能です。

ネットワークフェイルオーバー

QUIC は UDP プロトコルをベースとしているため、多くの通信事業者が UDP パケットに対して特別なルーティング戦略を持っており、QUIC 接続の失敗やパケットロスが発生しやすい状況があります。

そのため、MQTT over QUIC クライアントはフォールバック機能を備えています。API 層は統一的な操作でサービスを書き込み可能であり、トランスポート層はネットワーク状況に応じてリアルタイムに切り替わります。QUIC が利用できない場合は自動的に TCP/TLS 1.2 に切り替わり、多様なネットワーク環境下でのサービスを保証します。

例 1: NanoSDK を使った MQTT over QUIC

NanoSDK は MsQuic をベースにした C 言語の MQTT over QUIC SDK で、EMQX 5.0 とシームレスに互換性があります。完全非同期 IO 設計を採用し、QUIC ストリームと MQTT 接続のマッピングをバインド、0 RTT の高速ハンドシェイク再接続機能を内蔵し、マルチコア並列処理をサポートしています。

NanoSDK の API は MQTT over TCP と同様に動作します。以下のコマンドで QUIC ベースの MQTT クライアントを作成できます。

## NanoSDK で MQTT over Quic クライアントを作成
nng_mqtt_quic_client_open(&socket, url);

メッセージのサンプルコードは https://github.com/nanomq/NanoSDK/tree/main/demo をご覧ください。

コンパイル後、以下のコマンドでポート 14567 の EMQX 5.0 に接続してテストできます。

quic_client sub/pub mqtt-quic://127.0.0.1:14567 topic msg

NanoSDK は Java および Python バインディングも提供しています。

• Java MQTT over QUIC クライアント
• Python MQTT over QUIC クライアント

例 2: NanoMQ を使った MQTT over QUIC ブリッジング

NanoMQ は超軽量かつ高速な IoT エッジ向けサービスで、クロスプラットフォーム対応、多スレッド処理、MQTT over QUIC ブリッジングをサポートしています。

従来の MQTT クライアントからのデータを QUIC パケットに変換し、クラウドの EMQX に送信可能です。これにより、統合が難しいエンド側の IoT デバイスや適切な MQTT over QUIC SDK がない場合でも、QUIC プロトコルを利用できます。

1. NanoMQ をダウンロードしてインストールします。

git clone https://github.com/emqx/nanomq.git
cd nanomq ; git submodule update --init --recursive

mkdir build && cd build
cmake -G Ninja -DNNG_ENABLE_QUIC=ON ..
sudo ninja install

2. インストール後、設定ファイル /etc/nanomq.conf で MQTT over QUIC ブリッジ機能と関連トピックを設定します。URL プレフィックス mqtt-quic は QUIC を MQTT の伝送層として使用していることを示します。

## ブリッジ先アドレス: host:port
##
## 値: 文字列
bridge.mqtt.emqx.address=mqtt-quic://127.0.0.1:14567

詳細は NanoMQ - MQTT over QUIC ブリッジ をご参照ください。

MQTT over QUIC CLI ツール

NanoMQ はテストツール nanomq_cli も提供しており、MQTT over QUIC クライアントツールを含むため、EMQX 5.0 の MQTT over QUIC 機能をテスト可能です。

nanomq_cli quic --help
Usage: quic conn <url>
       quic sub  <url> \<qos> \<topic>
       quic pub  <url> \<qos> \<topic> \<data>

## サブスクライブの例
nanomq_cli quic sub mqtt-quic://54.75.171.11:14567 2 msg

まとめると、NanoSDK を直接プロジェクトに統合するか、NanoMQ と組み合わせて利用することで、デバイス側からクラウドへの QUIC アクセスを実現できます。