QoS와 보존 메시지

QoS(Quality of Service)는 한 메시지를 얼마나 확실하게 전달할지 정하는 수준입니다. MQTT는 QoS 0, 1, 2 세 단계를 정의합니다(MQTT 5.0 §4.3, MQTT 3.1.1 §4.3).

QoS는 구간마다 따로 적용됩니다

QoS는 종단 간 보장이 아닙니다. 두 구간에 따로 적용됩니다.

1. 발행자 → 브로커: 발행자가 PUBLISH 패킷에 넣은 QoS로 전달합니다.
2. 브로커 → 구독자: 메시지 QoS와 구독에 허용된 QoS(granted QoS) 중 낮은 값으로 전달합니다(§3.8.4).

예를 들어 QoS 1로 발행한 메시지라도 QoS 0으로 구독한 클라이언트에게는 QoS 0으로 전달됩니다. mosquitto_sub는 -q를 주지 않으면 QoS 0으로 구독합니다.

QoS 0: 최대 한 번

PUBLISH 패킷 하나만 보냅니다. 응답이 없고 재전송도 없습니다. 연결이 끊기면 메시지가 사라질 수 있습니다.

Sender                    Receiver
  │ ── PUBLISH (QoS 0) ──────▶ │   deliver

QoS 1: 최소 한 번

송신자는 패킷 식별자(Packet Identifier)를 붙여 PUBLISH를 보내고 PUBACK을 기다립니다. PUBACK을 받기 전까지 그 메시지를 미확인 상태로 보관합니다.

Sender                    Receiver
  │ ── PUBLISH (QoS 1, id 1) ─▶ │   deliver
  │ ◀─────────── PUBACK (id 1) ─ │

• 같은 세션으로 다시 연결하면 미확인 메시지를 DUP 플래그와 함께 다시 보냅니다(§4.4). MQTT 5.0에서는 다시 연결할 때만 재전송합니다.
• 그래서 수신자는 같은 메시지를 두 번 이상 받을 수 있습니다. 응용 프로그램이 중복을 걸러야 합니다.

QoS 2: 정확히 한 번

네 개의 패킷으로 중복 없는 전달을 보장합니다.

Sender                    Receiver
  │ ── PUBLISH (QoS 2, id 1) ─▶ │   store id 1
  │ ◀─────────── PUBREC (id 1) ─ │
  │ ── PUBREL (id 1) ─────────▶ │   deliver once, forget id 1
  │ ◀────────── PUBCOMP (id 1) ─ │

수신자는 PUBREL을 받을 때까지 패킷 식별자를 기억해 같은 메시지를 두 번 전달하지 않습니다. 대신 왕복이 두 번 필요하므로 지연과 브로커 부하가 큽니다.

mosquitto_pub -d로 실제 흐름을 볼 수 있습니다. 다음은 QoS 2로 한 번 발행한 출력입니다.

Client auto-DB1B2CB5-… sending PUBLISH (d0, q2, r0, m1, 'factory/line1/temperature', ... (4 bytes))
Client auto-DB1B2CB5-… received PUBREC (Mid: 1)
Client auto-DB1B2CB5-… sending PUBREL (m1)
Client auto-DB1B2CB5-… received PUBCOMP (Mid: 1, RC:0)

QoS 선택 기준

QoS	맞는 데이터	주의할 점
0	자주 갱신되어 하나쯤 잃어도 되는 측정값	연결이 끊기면 유실
1	대부분의 설비 데이터와 이벤트	중복 수신 가능. 순번이나 식별자로 중복 제거
2	중복되면 안 되는 명령, 계수	지연과 부하가 가장 큼

메시지 순서

브로커는 한 클라이언트가 같은 토픽에 같은 QoS로 보낸 메시지를 받은 순서대로 구독자에게 보냅니다(§4.6). 서로 다른 발행자의 메시지 사이 순서나 서로 다른 토픽 사이 순서는 정해져 있지 않습니다.

보존 메시지

PUBLISH의 RETAIN 플래그가 1이면 브로커는 그 메시지를 토픽의 보존 메시지(retained message)로 저장합니다(§3.3.1.3).

• 토픽마다 마지막 보존 메시지 하나만 남습니다.
• 새 구독이 생기면 브로커가 일치하는 보존 메시지를 바로 보냅니다. 이때 RETAIN 플래그는 1입니다.
• 페이로드가 비어 있는 보존 메시지를 발행하면 그 토픽의 보존 메시지가 지워집니다.
• 보존 메시지는 이력이 아닙니다. 마지막 값 하나만 알려 줍니다.

MQTT 5.0은 구독 옵션으로 보존 메시지 처리를 조절합니다(§3.8.3.1).

옵션	값	동작
Retain Handling	0	구독할 때마다 보존 메시지를 보냅니다(기본값).
	1	새로 생긴 구독에만 보냅니다.
	2	보내지 않습니다.
Retain As Published	0	일반 전달에서는 RETAIN을 0으로 바꿉니다(기본값).
	1	발행자가 보낸 RETAIN 값을 그대로 둡니다.

브로커가 보존 메시지를 지원하지 않으면 CONNACK의 Retain Available 속성이 0입니다(§3.2.2.3.5).

PDComm 시뮬레이터의 설정

• 시뮬레이터는 데이터를 QoS 1, RETAIN 0으로 발행하고 QoS 1로 구독합니다.
• 보존 메시지를 쓰지 않으므로 시뮬레이터 구독자는 구독하기 전에 발행된 데이터를 받지 않습니다.
• QoS 1이므로 같은 DataSetMessage를 두 번 받을 수 있습니다. 받은 메시지의 Sequence(순번)로 중복을 확인합니다.

팁

QoS 흐름과 보존 메시지는 로컬 Mosquitto 브로커 실행 튜토리얼에서 직접 확인할 수 있습니다.