物联网协议之二：CoAP协议

CoAP协议简介

CoAP（Constrained Application Protocol）是一种在物联网世界的类web协议，它的详细规范定义在 RFC 7252。CoAP名字翻译来就是“受限应用协议”，顾名思义，使用在资源受限的物联网设备上。物联网设备的ram，rom都通常非常小，运行TCP和HTTP是不可以接受的。

CoAP协议特点

1 CoAP协议网络传输层由TCP改为UDP。

2 它基于REST，server的资源地址和互联网一样也有类似url的格式，客户端同样有POST，GET,PUT,DELETE方法来访问server，对HTTP做了简化。

3 CoAP是二进制格式的，HTTP是文本格式的，CoAP比HTTP更加紧凑。

4 轻量化，CoAP最小长度仅仅4B，一个HTTP的头都几十个B了。

5 支持可靠传输，数据重传，块传输。 确保数据可靠到达。

6 支持IP多播, 即可以同时向多个设备发送请求。

7 非长连接通信，适用于低功耗物联网场景。

CoAP协议消息类型

CoAP协议有4种消息类型

CON—— 需要被确认的请求，如果CON请求被发送，那么对方必须做出响应。这有点像TCP，对方收到消息必须给确认，用以可靠消息传输。

NON—— 不需要被确认的请求，如果NON请求被发送，那么对方不必做出回应。这适用于消息重复频繁的发送情况，丢包不影响正常操作。这个和UDP很像，用以不可靠消息传输。

ACK —— 应答消息，对应的是CON消息的应答。

RST —— 复位消息，可靠传输时候接收的消息不认识或错误时，不能回ACK消息，必须回RST消息。

CoAP消息格式

消息头（HEAD）

第一行是消息头，必须有，固定4个byte。

Ver : 2bit， 版本信息，当前是必须写0x01。

T： 2bit， 消息类型，包括 CON, NON. ACK, RST这4种。

TKL: 4bit，token长度， 当前支持0~8B长度，其他长度保留将来扩展用。

Code：8bit，分成前3bit（0~7）和后5bit（0~31），前3bit代表类型。 0代表空消息或者请求码， 2开头代表响应码，取值如下：

1 0.00 Indicates an Empty message

2 0.01-0.31 Indicates a request.

3 1.00-1.31 Reserved

4 2.00-5.31 Indicates a response.

5 6.00-7.31 Reserved

Message ID：16bit， 代表消息MID，每个消息都有一个ID ，重发的消息MID不变

token（可选）

用于将响应与请求匹配。 token值为0到8字节的序列。 ( 每条消息必须带有一个标记, 即使它的长度为零）。 每个请求都带有一个客户端生成的token, 服务器在任何结果响应中都必须对其进行回应。token类似消息ID，用以标记消息的唯一性。token还是消息安全性的一个设置，使用全8字节的随机数，使伪造的报文无法获得验证通过。

option（可选，0个或者多个）

请求消息 与回应消息都可以0~多个options。 主要用于描述请求或者响应对应的各个属性，类似参数或者特征描述，比如是否用到代理服务器，目的主机的端口等。

payload（可选）

实际携带数据内容， 若有， 前面加payload标识符“0xFF”，如果没有payload标识符，那么就代表这是一个0长度的payload。如果存在payload标识符但其后跟随的是0长度的payload，那么必须当作消息格式错误处理。

CoAP的请求码（requests）和响应码(responses)

【0.01】GET方法——用于获得某资源

【0.02】POST方法——用于创建某资源

【0.03】PUT方法——用于更新某资源

【0.04】DELETE方法——用于删除某资源

CoAP的URL

coap的url和HTTP的有很相似的地方，开头是“coap”对应“http”或者“coaps”对应“https”。

HTTP的默认端口是tcp 80，coap的默认端口是udp 5683（coaps是5684）。

URL里面的“/”“&”“.”

下面三个URL的地址是一样的。访问example.com这个域名，端口是udp 5683，访问的资源地址是~sensors/temp.xml。

coap://example.com:5683/~sensors/temp.xml

coap://EXAMPLE.com/%7Esensors/temp.xml

coap://EXAMPLE.com:/%7esensors/temp.xml

CoAP的安全性

CoAP的安全性是用DTLS加密实现的。DTLS的实现需要的资源和带宽较多，如果是资源非常少的终端和极有限的带宽下可能会跑不起来。DTLS仅仅在单播情况下适用。

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