NATS vs MQTT (Vergleich für die UNS-Anwendung)

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Im sich schnell entwickelnden industriellen Internet der Dinge (z. B. mit dem Unified Namespace) ist die Auswahl des richtigen Nachrichtenprotokolls von entscheidender Bedeutung. MQTT und NATS sind zwei prominente Optionen, die jeweils unterschiedliche Merkmale und Anwendungsfälle aufweisen. Dieser Artikel befasst sich mit den wichtigsten Unterschieden zwischen den beiden Protokollen (MQTT vs NATS) und hilft Ihnen bei der Entscheidung, welches Protokoll Ihren Anforderungen am besten entspricht.

Grundlagen von NATS (Neural Autonomic Transport System)

NATS ist ein offenes, leichtgewichtiges und leistungsstarkes Messaging-System, das für die Entwicklung verteilter Anwendungen konzipiert wurde. Ursprünglich von Derek Collison entwickelt, wird NATS jetzt von der Cloud Native Computing Foundation (CNCF) gepflegt und ist damit Teil des lebendigen Ökosystems der Cloud-nativen Technologien. NATS ist der aufstrebende Enterprise Service Bus für das IIoT, der von StartUps (e.Go) und Unternehmen (Volvo, Schaeffler) gleichermaßen genutzt wird. Mehr Informationen finden Sie hier.

Grundlagen von MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ist ein leichtgewichtiges Messaging-Protokoll, das ursprünglich für Netzwerke mit geringer Bandbreite und hoher Latenz entwickelt wurde. Dies ist insbesondere in IoT-Szenarien (z.B. Integration externer Sensorik) relevant. Von IBM entwickelt, basiert MQTT auf einem Publish/Subscribe-Modell. Dies macht den Standard sehr skalierbar und effizient in der Verteilung von Informationen an eine Vielzahl von Abonnenten. Mehr Informationen finden Sie hier.

 

MQTT vs NATS: Welches Protokoll eignet sich für den Unified Namespace?

Der Unified Namespace (UNS) ist eine datenzentrische Architektur, welche Datenaustausch zwischen OT Geräten und IT Anwendungen wesentlich erleichtert. Hierbei ist ein Unified Namespace (UNS) eine nicht-hierarchische Systemarchitektur, in der alle Daten einheitlich (Datenstruktur und Namenskonvention) in einem zentralen Broker zugänglich sind. Damit wird ein einfacherer Zugriff auf Daten und gemeinsame Nutzung über Systeme und Standorte hinweg ermöglicht. In der Fertigungsindustrie werden üblicherweise MQTT oder NATS basierte Broker eingesetzt. Die folgenden Absätze beschreiben die Vorteile beider Systeme und unterstützen so die Brokerauswahl.

IT/OT Integration into an Unified Namespace (UNS)

 

MQTT vs NATS – was sind die Gemeinsamkeiten?

Messaging-Muster

MQTT: MQTT verwendet in erster Linie ein Publish-Subscribe-Modell, bei dem Nachrichten in Topics veröffentlicht werden und Abonnenten diese Nachrichten erhalten. Dieses Modell ist für IoT-Szenarien, in denen Geräte mit einem zentralen Broker kommunizieren müssen, sehr effektiv.

NATS: NATS unterstützt mehrere Messaging-Muster, darunter Publish-Subscribe, Request-Reply und Point-to-Point-Messaging. Durch diese Vielseitigkeit eignet sich NATS für ein breiteres Spektrum von Anwendungen, von der einfachen Nachrichtenverteilung bis hin zu komplexen Service-Orchestrationen.

Sicherheit

MQTT: Die Sicherheit in MQTT ist einfach, mit eingebauter Unterstützung für TLS (Transport Layer Security) und Benutzernamen/Passwort-Authentifizierung. Diese Funktionen gewährleisten eine sichere Kommunikation zwischen Geräten und dem Broker.

NATS: NATS erfordert eine zusätzliche Konfiguration für TLS, unterstützt aber die Token-basierte Authentifizierung und kann in externe Authentifizierungsanbieter integriert werden. Diese Flexibilität ermöglicht es NATS, verschiedene Sicherheitsanforderungen in unterschiedlichen Einsatzszenarien zu erfüllen.

 

MQTT vs NATS – was sind die Unterschiede?

Design und Anwendungsfälle

MQTT: MQTT ist in erster Linie für IoT-Anwendungen (Internet der Dinge) konzipiert. Es eignet sich hervorragend für Umgebungen, in denen niedrige Bandbreiten und hohe Latenzzeiten üblich sind. Durch sein leichtgewichtiges Design ist es ideal für die Verbindung von entfernten Sensoren, Smart-Home-Geräten und anderer ressourcenbeschränkter Hardware.

NATS: NATS hingegen wurde für moderne, datenintensive Anwendungen entwickelt, die eine hohe Leistung und Skalierbarkeit erfordern. Es dient als universelles Messaging-System, das sich für Cloud-native Anwendungen, Microservices-Architekturen und Echtzeit-Daten-Streaming eignet.

Protokollkomplexität

MQTT: Trotz seiner Einfachheit bietet MQTT robuste Funktionen wie Quality of Service (QoS)-Stufen und gespeicherte Nachrichten. Diese Funktionen gewährleisten die zuverlässige Zustellung und Aufrechterhaltung von Nachrichten, was in IoT-Szenarien von entscheidender Bedeutung ist. MQTT unterstützt drei QoS-Stufen: höchstens einmal, mindestens einmal und genau einmal. Diese Stufen bieten Flexibilität bei den Garantien für die Nachrichtenübermittlung, so dass Entwickler je nach den Anforderungen der Anwendung ein Gleichgewicht zwischen Leistung und Zuverlässigkeit herstellen können.

NATS: NATS wurde entwickelt, um noch einfacher und schlanker als MQTT zu sein, und konzentriert sich ausschließlich auf die Kernfunktionen der Nachrichtenübermittlung. Dieser minimalistische Ansatz reduziert den Overhead und verbessert die Leistung, was NATS zu einer bevorzugten Wahl für Anwendungen macht, bei denen Geschwindigkeit und Effizienz im Vordergrund stehen. Nachteilig zu erwähnen ist, dass NATS standardmäßig eine „höchstens einmalige“ Zustellung bietet. NATS Streaming erweitert dies jedoch um zusätzliche Zuverlässigkeitsmerkmale, die eine robustere Nachrichtenzustellung für kritische Anwendungen gewährleisten.

Leistung und Skalierbarkeit

MQTT: MQTT ist zwar ebenfalls skalierbar, eignet sich aber besonders gut für Netzwerke mit begrenzter Bandbreite und ressourcenbeschränkten Geräten. Sein Design gewährleistet eine zuverlässige Kommunikation auch unter schwierigen Netzwerkbedingungen, was bei IoT-Einsätzen häufig der Fall ist. Die Skalierung von MQTT erfordert also eine zusätzliche Konfiguration und Einrichtung für das Clustering. Für die Implementierung skalierbarer MQTT-Bereitstellungen werden häufig Broker wie EMQX oder HiveMQ eingesetzt, die die erforderlichen Clustering-Funktionen bieten.

NATS: NATS ist bekannt für seine Geschwindigkeit und Skalierbarkeit und ist besonders effektiv in Umgebungen mit hohem Durchsatz. Seine Architektur unterstützt eine schnelle Nachrichtenübermittlung und kann mühelos eine große Anzahl gleichzeitiger Verbindungen bewältigen, was es ideal für Echtzeitanalysen und Big-Data-Anwendungen macht. Darüber hinaus wird mit nativer Unterstützung für Clustering und automatische Knotenerkennung die Skalierung vereinfacht.

Fazit

Sowohl MQTT als auch NATS haben ihre einzigartigen Stärken, und die Wahl zwischen ihnen hängt von Ihrem spezifischen Anwendungsfall ab. MQTT eignet sich gut für IoT-Anwendungen mit eingeschränkten Ressourcen und Netzwerkbedingungen, während NATS eine überlegene Leistung und Skalierbarkeit für datenintensive, moderne Anwendungen bietet. Zur konkreten Auswahl des Protokolls sollten jedoch die Anforderungen Ihrer Anwendung überprüft und eine spezifische Auswahl getroffen werden.

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