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 イメージの使用を推奨します。以下のコマンドでポート 14567 でリスナーを有効化できます。

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

Docker コンテナでの EMQX の起動方法については、Deploy with Docker 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になっているため、以下の手順で手動でリスナーを有効化する必要があります。

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"
}

この設定は、ポート 14567 で QUIC リスナーを有効化することを示しています。変更を保存し、EMQX を再起動して設定を反映させてください。

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 リスナーが有効になりました。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 と連携した MQTT over QUIC ブリッジングも提供しています。NanoMQ を使うことで、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 リスナーを利用しつつ大きな開発や統合の手間をかけずに済みます。

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、多くの通信事業者は 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 層は統一された操作でサービスを記述でき、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、様々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 言語で MQTT over QUIC を実装した最初の SDK であり、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、マルチコアのタスク並列処理をサポートしています。

NanoSDK の API は MQTT over TCP とほぼ同様に動作します。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 をご参照ください。

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 と Python の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 に送信できます。これにより、統合が難しい、または適切な MQTT over QUIC SDK がないエンド側 IoT デバイスでも QUIC プロトコルを利用可能にします。

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 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
##
## 値の型: 文字列
bridge.mqtt.emqx.address=mqtt-quic://127.0.0.1:14567

詳細は NanoMQ - MQTT over QUIC Bridge 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 機能を簡単にテストできます。

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組み込むか、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。