Testar a conectividade com o broker MQTT com clientes MQTT

Artigo
11/20/2024

Importante

Esta página inclui instruções para gerenciar componentes do Azure IoT Operations usando manifestos de implantação do Kubernetes, que está em visualização. Esse recurso é fornecido com várias limitações e não deve ser usado para cargas de trabalho de produção.

Veja Termos de Utilização Complementares da Pré-visualizações do Microsoft Azure para obter os termos legais que se aplicam às funcionalidades do Azure que estão na versão beta, na pré-visualização ou que ainda não foram lançadas para disponibilidade geral.

Este artigo mostra diferentes maneiras de testar a conectividade com o broker MQTT com clientes MQTT em um ambiente que não seja de produção.

Por padrão, o broker MQTT:

Implanta um ouvinte habilitado para TLS na porta 18883 com ClusterIp como o tipo de serviço. ClusterIp significa que o broker é acessível somente de dentro do cluster Kubernetes. Para acessar o broker de fora do cluster, você deve configurar um serviço do tipo LoadBalancer ou NodePort.
Aceita contas de serviço do Kubernetes para autenticação de conexões de dentro do cluster. Para se conectar de fora do cluster, você deve configurar um método de autenticação diferente.

Atenção

Para cenários de produção, você deve usar TLS e autenticação de contas de serviço para proteger sua solução IoT. Para obter mais informações, consulte:

Configure o TLS com o gerenciamento automático de certificados para proteger a comunicação MQTT no broker MQTT
Configurar autenticação no broker MQTT
Exponha os serviços do Kubernetes a dispositivos externos usando o encaminhamento de porta ou um comutador virtual com o Azure Kubernetes Services Edge Essentials.

Antes de começar, instale ou configure as Operações IoT. Use as opções a seguir para testar a conectividade com o broker MQTT com clientes MQTT em um ambiente que não seja de produção.

Conectar-se ao ouvinte padrão dentro do cluster

A primeira opção é conectar-se de dentro do cluster. Esta opção usa a configuração padrão e não requer atualizações extras. Os exemplos a seguir mostram como se conectar de dentro do cluster usando o Alpine Linux simples e um cliente MQTT comumente usado, usando a conta de serviço e o certificado de CA raiz padrão.

Baixe mqtt-client.yaml a implantação do repositório de exemplo do GitHub.

Importante

Não use o cliente MQTT na produção. O cliente é apenas para fins de teste.

wget https://raw.githubusercontent.com/Azure-Samples/explore-iot-operations/main/samples/quickstarts/mqtt-client.yaml -O mqtt-client.yaml

Aplique o arquivo de implantação com kubectl.

kubectl apply -f mqtt-client.yaml

pod/mqtt-client created

Quando o pod estiver em execução, use kubectl exec para executar comandos dentro do pod.

Por exemplo, para publicar uma mensagem no broker, abra um shell dentro do pod:

kubectl exec --stdin --tty mqtt-client --namespace azure-iot-operations -- sh

Dentro do shell do pod, execute o seguinte comando para publicar uma mensagem para o broker:

mosquitto_pub --host aio-broker --port 18883 --message "hello" --topic "world" --debug --cafile /var/run/certs/ca.crt -D CONNECT authentication-method 'K8S-SAT' -D CONNECT authentication-data $(cat /var/run/secrets/tokens/broker-sat)

O resultado deve ser algo semelhante ao seguinte:

Client (null) sending CONNECT
Client (null) received CONNACK (0)
Client (null) sending PUBLISH (d0, q0, r0, m1, 'world', ... (5 bytes))
Client (null) sending DISCONNECT

O cliente mosquitto usa o token de conta de serviço montado em /var/run/secrets/tokens/broker-sat para autenticar com o broker. O token é válido por 24 horas. O cliente também usa o certificado de CA raiz padrão montado em /var/run/certs/ca.crt para verificar a cadeia de certificados TLS do broker.

Gorjeta

Você pode usar kubectl para baixar o certificado de autoridade de certificação raiz padrão para usar com outros clientes. Por exemplo, para baixar o certificado de autoridade de certificação raiz padrão para um arquivo chamado ca.crt:

kubectl get configmap azure-iot-operations-aio-ca-trust-bundle -n azure-iot-operations -o jsonpath='{.data.ca\.crt}' > ca.crt

Para assinar o tópico, execute o seguinte comando:

mosquitto_sub --host aio-broker --port 18883 --topic "world" --debug --cafile /var/run/certs/ca.crt -D CONNECT authentication-method 'K8S-SAT' -D CONNECT authentication-data $(cat /var/run/secrets/tokens/broker-sat)

O resultado deve ser algo semelhante ao seguinte:

Client (null) sending CONNECT
Client (null) received CONNACK (0)
Client (null) sending SUBSCRIBE (Mid: 1, Topic: world, QoS: 0, Options: 0x00)
Client (null) received SUBACK
Subscribed (mid: 1): 0

O cliente mosquitto usa o mesmo token de conta de serviço e certificado de CA raiz para autenticar com o broker e assinar o tópico.

Para remover o pod, execute kubectl delete pod mqtt-client -n azure-iot-operations.

Conectar clientes de fora do cluster

Como o ouvinte do broker padrão está definido como o tipo de serviço ClusterIp, você não pode se conectar diretamente ao broker de fora do cluster. Para evitar interrupções não intencionais na comunicação entre componentes internos do Azure IoT Operations, recomendamos manter o ouvinte padrão inalterado e dedicado para comunicação interna do AIO. Embora seja possível criar um serviço Kubernetes LoadBalancer separado para expor o serviço IP do cluster, é melhor criar um ouvinte separado com configurações diferentes, como as portas MQTT 1883 e 8883 mais comuns, para evitar confusão e possíveis riscos de segurança.

Porta do nó

A maneira mais fácil de testar a conectividade é usar o tipo de serviço NodePort no ouvinte. Com isso, você pode usar <nodeExternalIP>:<NodePort> para se conectar como na documentação do Kubernetes.

Por exemplo, para criar um novo ouvinte de broker com tipo de serviço de porta de nó, nome aio-broker-nodeportde serviço e escuta na porta 1884 (porta de nó 31884):

No portal do Azure, vá para sua instância de Operações IoT.
Em Componentes, selecione MQTT Broker.

Selecione MQTT broker listener para NodePort>Create. Você só pode criar um ouvinte por tipo de serviço. Se você já tiver um ouvinte do mesmo tipo de serviço, poderá adicionar mais portas ao ouvinte existente.

Atenção

Definir a autenticação como Nenhum e não configurar o TLS desativa a autenticação e o TLS apenas para fins de teste.

Introduza as seguintes definições:

Definição	Valor
Nome	`aio-broker-nodeport`
Nome do serviço	Deixar vazio ou `aio-broker-nodeport`
Porta	1884
Autenticação	Escolha entre existente ou Nenhum
Autorização	Escolha entre existente ou Nenhum
Protocolo	Escolha MQTT
Porta do nó	31884

Adicione configurações de TLS ao ouvinte selecionando Adicionar TLS>na porta. Esta etapa não é necessária se você não precisar de TLS para testes. Para obter mais informações, consulte BrokerListener.
Selecione Criar para criar o ouvinte.

Atenção

A remoção authenticationRef e tls as configurações da configuração desativam a autenticação e o TLS apenas para fins de teste.

param aioInstanceName string = '<AIO_INSTANCE_NAME>'
param customLocationName string = '<CUSTOM_LOCATION_NAME>'
param listenerName string = 'aio-broker-nodeport'

resource aioInstance 'Microsoft.IoTOperations/instances@2024-11-01' existing = {
  name: aioInstanceName
}

resource customLocation 'Microsoft.ExtendedLocation/customLocations@2021-08-31-preview' existing = {
  name: customLocationName
}

resource defaultBroker 'Microsoft.IoTOperations/instances/brokers@2024-11-01' existing = {
  parent: aioInstance
  name: 'default'
}

resource nodePortListener 'Microsoft.IoTOperations/instances/brokers/listeners@2024-11-01' = {
  parent: defaultBroker
  name: listenerName
  extendedLocation: {
    name: customLocation.id
    type: 'CustomLocation'
  }
  properties: {
    serviceType: 'NodePort'
    ports: [
      {
        port: 1884
        nodePort: 31884 // Must be in the range 30000-32767
        authenticationRef: 'default' // Add BrokerAuthentication reference, omit setting turns off authentication for testing only
        tls: {
          // Add TLS settings
          // Omitting section turns off TLS for testing only
        }
      }
    ]
  }
}

Implante o arquivo Bicep usando a CLI do Azure.

az deployment group create --resource-group <RESOURCE_GROUP> --template-file <FILE>.bicep

Crie um arquivo nomeado broker-nodeport.yaml com a seguinte configuração. Substitua espaços reservados por seus próprios valores, incluindo suas próprias configurações de autenticação e TLS.

Atenção

A remoção authenticationRef e tls as configurações da configuração desativam a autenticação e o TLS apenas para fins de teste.

apiVersion: mqttbroker.iotoperations.azure.com/v1
kind: BrokerListener
metadata:
  name: aio-broker-nodeport
  namespace: azure-iot-operations
spec:
  brokerRef: default
  serviceType: NodePort
  ports:
    - port: 1883
      nodePort: 31884 # Must be in the range 30000-32767
      authenticationRef: default # Add BrokerAuthentication reference, omit setting turns off authentication for testing only
      tls:
        # Add TLS settings
        # Omitting section turns off TLS for testing only

Em seguida, use kubectl para implantar a configuração:

kubectl apply -f broker-nodeport.yaml

Nota

Por padrão do Kubernetes, o número da porta do nó deve estar no intervalo 30000-32767.

Obtenha o endereço IP externo do nó:

kubectl get nodes -o yaml | grep ExternalIP -C 1

O resultado deve ser algo semelhante ao seguinte:

    - address: 104.197.41.11
      type: ExternalIP
    allocatable:
--
    - address: 23.251.152.56
      type: ExternalIP
    allocatable:
...

Use o endereço IP externo e a porta do nó para se conectar ao broker. Por exemplo, para publicar uma mensagem para o corretor:

mosquitto_pub --host <EXTERNAL_IP> --port 31884 --message "hello" --topic "world" --debug # Add authentication and TLS options matching listener settings

Se não houver nenhum IP externo na saída, você pode estar usando uma configuração do Kubernetes que não exponha o endereço IP externo do nó por padrão, como muitas configurações de k3s, k3d ou minikube. Nesse caso, você pode acessar o broker com o IP interno junto com a porta do nó de máquinas na mesma rede. Por exemplo, para obter o endereço IP interno do nó:

kubectl get nodes -o yaml | grep InternalIP -C 1

O resultado deve ser algo semelhante ao seguinte:

    - address: 172.19.0.2
      type: InternalIP
    allocatable:

Em seguida, use o endereço IP interno e a porta do nó para se conectar ao broker a partir de uma máquina dentro do mesmo cluster. Se o Kubernetes estiver sendo executado em uma máquina local, como com k3s de nó único, você poderá usar localhost frequentemente em vez do endereço IP interno. Se o Kubernetes estiver sendo executado em um contêiner do Docker, como no k3d, o endereço IP interno corresponderá ao endereço IP do contêiner e deverá ser acessível a partir da máquina host.

Balanceador de carga

Outra maneira de expor o broker à internet é usar o tipo de serviço LoadBalancer . Esse método é mais complexo e pode exigir configuração adicional, como configurar o encaminhamento de portas.

Por exemplo, para criar um novo ouvinte de broker com tipo de serviço de balanceador de carga, nome aio-broker-loadbalancerde serviço e escuta na porta 1883:

No portal do Azure, vá para sua instância de Operações IoT.
Em Componentes, selecione MQTT Broker.

Atenção

Definir a autenticação como Nenhum e não configurar o TLS desativa a autenticação e o TLS apenas para fins de teste.

Introduza as seguintes definições:

Definição	Valor
Nome	`aio-broker-loadbalancer`
Nome do serviço	Deixar vazio ou `aio-broker-loadbalancer`
Porta	1883
Autenticação	Escolha entre existente ou Nenhum
Autorização	Escolha entre existente ou Nenhum
Protocolo	Escolha MQTT

Adicione configurações de TLS ao ouvinte selecionando Adicionar TLS>na porta. Esta etapa não é necessária se você não precisar de TLS para testes. Para obter mais informações, consulte BrokerListener.
Selecione Criar para criar o ouvinte.
Selecione Criar para criar o ouvinte.

Atenção

A remoção authenticationRef e tls as configurações da configuração desativam a autenticação e o TLS apenas para fins de teste.

param aioInstanceName string = '<AIO_INSTANCE_NAME>'
param customLocationName string = '<CUSTOM_LOCATION_NAME>'
param listenerName string = 'aio-broker-loadbalancer'

resource aioInstance 'Microsoft.IoTOperations/instances@2024-11-01' existing = {
  name: aioInstanceName
}

resource customLocation 'Microsoft.ExtendedLocation/customLocations@2021-08-31-preview' existing = {
  name: customLocationName
}

resource defaultBroker 'Microsoft.IoTOperations/instances/brokers@2024-11-01' existing = {
  parent: aioInstance
  name: 'default'
}

resource loadBalancerListener 'Microsoft.IoTOperations/instances/brokers/listeners@2024-11-01' = {
  parent: defaultBroker
  name: listenerName
  extendedLocation: {
    name: customLocation.id
    type: 'CustomLocation'
  }

  properties: {
    serviceType: 'LoadBalancer'
    ports: [
      {
        port: 1883
        authenticationRef: 'default' // Add BrokerAuthentication reference, omit setting turns off authentication for testing only
        tls: {
          // Add TLS settings
          // Omitting section turns off TLS for testing only
        }
      }
    ]
  }
}

Implante o arquivo Bicep usando a CLI do Azure.

az deployment group create --resource-group <RESOURCE_GROUP> --template-file <FILE>.bicep

Atenção

A remoção authenticationRef e tls as configurações da configuração desativam a autenticação e o TLS apenas para fins de teste.

Crie um arquivo nomeado broker-loadbalancer.yaml com configuração como a seguinte, substituindo espaços reservados por seus próprios valores, incluindo suas próprias configurações de autenticação e TLS.

apiVersion: mqttbroker.iotoperations.azure.com/v1
kind: BrokerListener
metadata:
  name: aio-broker-loadbalancer
  namespace: azure-iot-operations
spec:
  brokerRef: default
  serviceType: LoadBalancer
  ports:
    - port: 1883
      authenticationRef: default # Add BrokerAuthentication reference, omit setting turns off authentication for testing only
      tls:
        # Add TLS settings
        # Omitting section turns off TLS for testing only

Use kubectl para implantar a configuração:

kubectl apply -f broker-loadbalancer.yaml

Obtenha o endereço IP externo para o serviço do corretor:

kubectl get service aio-broker-loadbalancer --namespace azure-iot-operations

Se a saída for semelhante à seguinte:

NAME                      TYPE           CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
aio-broker-loadbalancer   LoadBalancer   10.x.x.x        x.x.x.x       1883:30382/TCP   83s

Isso significa que um IP externo foi atribuído ao serviço de balanceador de carga e você pode usar o endereço IP externo e a porta para se conectar ao broker. Por exemplo, para publicar uma mensagem para o corretor:

mosquitto_pub --host <EXTERNAL_IP> --port 1883 --message "hello" --topic "world" --debug # Add authentication and TLS options matching listener settings

Se o IP externo não estiver atribuído, talvez seja necessário usar o encaminhamento de porta ou um comutador virtual para acessar o broker.

Usar o encaminhamento de porta

Com minikube, tipo e outros sistemas de emulação de cluster, um IP externo pode não ser atribuído automaticamente. Por exemplo, ele pode ser exibido como estado Pendente .

Para acessar o broker, encaminhe a porta do broker listener para o host.

# Using aio-broker-loadbalancer service name and listener port 1883 as example
kubectl port-forward --namespace azure-iot-operations service/aio-broker-loadbalancer <HOST_PORT>:1883

Deixe o comando port forwarding em execução no terminal.
Conecte-se ao broker na porta do host com a mesma autenticação e configuração TLS do exemplo sem encaminhamento de porta.

Para obter mais informações sobre minikube, consulte Usar o encaminhamento de porta para acessar aplicativos em um cluster

Reencaminhamento de portas no AKS Edge Essentials

Para o Azure Kubernetes Services Edge Essentials, você precisa executar algumas etapas adicionais. Com o AKS Edge Essentials, obter o endereço IP externo pode não ser suficiente para se conectar ao corretor. Talvez seja necessário configurar o encaminhamento de porta e abrir a porta no firewall para permitir o tráfego para o serviço do broker.

Primeiro, obtenha o endereço IP externo do ouvinte do balanceador de carga do broker:

kubectl get service broker-loadbalancer --namespace azure-iot-operations

A saída deve ser semelhante à seguinte:

NAME                    TYPE           CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
broker-loadbalancer     LoadBalancer   10.x.x.x       192.168.0.4   1883:30366/TCP   14h

Configure o encaminhamento de porta para o broker-loadbalancer serviço no endereço 192.168.0.4 IP externo e na porta 1883:
```
netsh interface portproxy add v4tov4 listenport=1883 connectport=1883 connectaddress=192.168.0.4
```

Abra a porta no firewall para permitir o tráfego para o serviço do corretor:

New-NetFirewallRule -DisplayName "AIO MQTT Broker" -Direction Inbound -Protocol TCP -LocalPort 1883 -Action Allow

Use o endereço IP público do host para se conectar ao broker MQTT.

Para obter mais informações sobre encaminhamento de portas, consulte Expor serviços do Kubernetes a dispositivos externos.

Acesso através de localhost

Algumas distribuições Kubernetes podem expor o agente MQTT a uma porta no sistema host (localhost) como parte da configuração do cluster. Use essa abordagem para facilitar o acesso de clientes no mesmo host ao broker MQTT.

Por exemplo, para criar um cluster K3d com mapeamento da porta MQTT padrão 1883 do broker MQTT para localhost:1883:

k3d cluster create --port '1883:1883@loadbalancer'

Ou para atualizar um cluster existente:

k3d cluster edit <CLUSTER_NAME> --port-add '1883:1883@loadbalancer'

Em seguida, use localhost e a porta para se conectar ao broker. Por exemplo, para publicar uma mensagem para o corretor:

mosquitto_pub --host localhost --port 1883 --message "hello" --topic "world" --debug # Add authentication and TLS options matching listener settings

Desative apenas o TLS e a autenticação para testes

A razão pela qual o broker MQTT usa TLS e autenticação de contas de serviço por padrão é fornecer uma experiência segura por padrão que minimize a exposição inadvertida de sua solução IoT a invasores. Você não deve desativar o TLS e a autenticação na produção. Expor o corretor MQTT à internet sem autenticação e TLS pode levar a acesso não autorizado e até mesmo ataques DDOS.

Aviso

Se você entender os riscos e precisar usar uma porta insegura em um ambiente bem controlado, poderá desativar o TLS e a autenticação para fins de teste, removendo as tls configurações e authenticationRef da configuração do ouvinte.

No portal do Azure, vá para sua instância de Operações IoT.
Em Componentes, selecione MQTT Broker.

Selecione Ouvinte do broker MQTT para NodePort ou ouvinte do broker MQTT para LoadBalancer>Create. Você só pode criar um ouvinte por tipo de serviço. Se você já tiver um ouvinte do mesmo tipo de serviço, poderá adicionar mais portas ao ouvinte existente.

Atenção

Definir a autenticação como Nenhum e não configurar o TLS desativa a autenticação e o TLS apenas para fins de teste.

Introduza as seguintes definições:

Definição	Valor
Nome	Insira um nome para o ouvinte
Nome do serviço	Insira um nome de serviço
Porta	Insira um número de porta
Autenticação	Selecione Nenhum
Autorização	Selecione Nenhum
Protocolo	Escolha MQTT
Porta do nó	Insira um número entre 30000-32767 se estiver usando a porta do nó

Selecione Criar para criar o ouvinte.

Atenção

A remoção authenticationRef e tls as configurações da configuração desativam a autenticação e o TLS apenas para fins de teste.

param aioInstanceName string = '<AIO_INSTANCE_NAME>'
param customLocationName string = '<CUSTOM_LOCATION_NAME>'
param listenerName string = '<LISTENER_NAME>'

resource aioInstance 'Microsoft.IoTOperations/instances@2024-11-01' existing = {
  name: aioInstanceName
}

resource customLocation 'Microsoft.ExtendedLocation/customLocations@2021-08-31-preview' existing = {
  name: customLocationName
}

resource defaultBroker 'Microsoft.IoTOperations/instances/brokers@2024-11-01' existing = {
  parent: aioInstance
  name: 'default'
}

resource nodePortListener 'Microsoft.IoTOperations/instances/brokers/listeners@2024-11-01' = {
  parent: defaultBroker
  name: listenerName
  extendedLocation: {
    name: customLocation.id
    type: 'CustomLocation'
  }

  properties: {
    serviceType: <SERVICE_TYPE> // 'LoadBalancer' or 'NodePort'
    ports: [
      {
        port: <PORT_NUMBER>
        nodePort: <PORT_NUMBER_BETWEEN_30000_32767> // If using NodePort
        // Omitting authenticationRef and tls for testing only
      }
    ]
  }
}

Implante o arquivo Bicep usando a CLI do Azure.

az deployment group create --resource-group <RESOURCE_GROUP> --template-file <FILE>.bicep

apiVersion: mqttbroker.iotoperations.azure.com/v1
kind: BrokerListener
metadata:
  name: <LISTENER_NAME>
  namespace: azure-iot-operations
spec:
  brokerRef: default
  serviceType: <SERVICE_TYPE> # LoadBalancer or NodePort
  ports:
    - port: <PORT_NUMBER>
      nodePort: <PORT_NUMBER_BETWEEN_30000_32767> # If using NodePort
      # Omitting authenticationRef and tls for testing only

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Conectar-se ao ouvinte padrão dentro do cluster

Conectar clientes de fora do cluster

Porta do nó

Balanceador de carga

Usar o encaminhamento de porta

Reencaminhamento de portas no AKS Edge Essentials

Acesso através de localhost

Desative apenas o TLS e a autenticação para testes

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Acesso através de localhost

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