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什么是CoAP协议?

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2017年8月9日 / 92次阅读
标签:TCPIP

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什么是CoAP协议?

CoAP协议字面翻译,就是受限制的应用协议,Constrained Application Protocol,RFC7252.

在最近几年的时间中,专家们预测会有更多的设备相互连接,而这些设备的数量将远超人类的数量。在这种大背景下,物联网和M2M技术应运而生。虽然对人而言,连接入互联网显得方便容易,但是对于那些微型设备而言接入互联网非常困难。在当前由PC机组成的世界,信息交换是通过TCP和应用层协议HTTP实现的。但是对于小型设备而言,实现TCP和HTTP协议显然是一个过分的要求。为了让小设备可以接入互联网,CoAP协议被设计出来。CoAP是一种应用层协议,它运行于UDP协议之上而不是像HTTP那样运行于TCP之上。CoAP协议非常的小巧,最小的数据包仅为4字节。

CoAP是一种面向网络的协议,采用了与HTTP类似的特征,核心内容为资源抽象、REST式交互以及可扩展的头选项等。这些关键特征使得因特网由简单的文档检索机制(World Wide Web)演进成为现在繁荣的应用平台(Web 2.0)。

HTTP作为IETF 成功长期采用的标准,可以用较小的脚本程序来融合不同的资源和服务。它提供的互操作性正是物联网的关键讨论内容,从而HTTP 被推向设备层面。但是由于HTTP基于TCP传输协议,采用点对点的通信模型,不适合于推送通知服务,而且对于受限设备(如8-bit 微处理器)HTTP过于复杂。

CoAP协议基于REST 构架,REST 是指表述性状态转换架构,是互联网资源访问协议的一般性设计风格。为了克服HTTP对于受限环境的劣势,CoAP既考虑到数据报长度的最优化,又考虑到提供可靠通信。一方面,CoAP提供URI,REST 式的方法如GET,POST,PUT和DELETE,以及可以独立定义的头选项提供的可扩展性。另一方面,CoAP基于轻量级的UDP协议,并且允许IP多播。而组通信是物联网最重要的需求之一,比如说用于自动化应用中。为了弥补UDP传输的不可靠性,CoAP定义了带有重传机制的事务处理机制。并且提供资源发现机制,并带有资源描述。

CoAP协议不是盲目的压缩了HTTP协议,考虑到资源受限设备的低处理能力和低功耗限制,CoAP重新设计了HTTP的部分功能以适应设备的约束条件。另外,为了使协议适应物联网和M2M 应用,CoAP协议改进了一些机制,同时增加了一些功能。HTTP协议的传输层采用了TCP协议,而CoAP协议的传输层使用UDP协议,开销明显降低,并支持多播。

 

CoAP协议报文格式

CoAP协议报文格式

CoAP协议报文格式

Ver: 版本编号,指示CoAP协议的版本号。版本编号占2位,取值为01B。

T:报文类型,CoAP协议定了4种不同形式的报文,CON报文,NON报文,ACK报文和RST报文。

TKL:CoAP标识符长度。CoAP协议中具有两种功能相似的标识符,一种为Message ID(报文编号),一种为Token(标识符)。其中每个报文均包含消息编号,但是标识符对于报文来说是非必须的。

Code:功能码/响应码。Code在CoAP请求报文和响应报文中具有不同的表现形式,Code占一个字节,它被分成了两部分,前3位一部分,后5位一部分,为了方便描述它被写成了c.dd结构。其中0.XX表示CoAP请求的某种方法,而2.XX、4.XX或5.XX则表示CoAP响应的某种具体表现。

Message ID:报文编号

Token:标识符具体内容,通过TKL指定Token长度。

Option:报文选项,通过报文选项可设定CoAP主机,CoAP URI,CoAP请求参数和负载媒体类型等等。

1111 1111B:CoAP报文和具体负载之间的分隔符。

 

CoAP协议的四种报文类型

CoAP采用和HTTP协议相同的请求响应工作模式。CoAP协议共有4中不同的消息类型。

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。

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。

ACK——应答消息,如果接受到CON消息的响应。

RST——复位消息,当接收者接受到的消息包含一个错误,接受者解析消息或者不再关心发送者发送的内容,那么复位消息将会被发送。

 

一个数据包是否需要应答?

这个需要分情况而定,如果是一个传感器的温度数据,那么传输该数据时可能不需要应答,因为即使该数据丢失了下一时刻新的数据也会把旧的数据覆盖掉。但是如果温度超过一个阈值通俗的讲便是温度报警,在这种情况下传输该数据包往往需要应答,必须要保证服务器接收到该数据包,温度报警往往预示着一个紧急情况即将发生或已经发生。从这个角度看看CoAP协议便发觉CoAP协议设计的非常好,CoAP协议支持4种消息,例如CON需确认消息,NON无需确认消息,CON和NON便可解决该项目的困惑。可以肯定的是,继续研究CoAP协议将会获得更大的收获。

 

CoAP协议的URI

在HTTP的世界中,正式RESTFul协议由于其简单性和适用性,在WEB应用中越来越受欢迎,这样的道理同样适用于CoAP。一个CoAP资源可以被一个URI所描述,例如一个设备可以测量温度,那么这个温度传感器的URI被描述为:CoAP://machine.address:5683/sensors/temperature。

CoAP的默认UDP端口号为5683。

 

CoAP协议的观察模式

在物联网的世界中,你需要去监控某个传感器例如温度或湿度等。

在这种情况下,CoAP客户端(查询信息的一方)并不需要不停的查询CoAP服务器端(物联网终端,直接通过各种传感器获取信息的一方)的数据变化情况。CoAP客户端可以发送一个观察请求到服务器端。从该时间点开始计算,服务器便会记住客户端的连接信息,一旦温度发生变化,服务器将会把新结果发送给客户端。如果客户端不在希望获得温度检测结果,那么客户端将会发送一个RST复位请求,此时服务器便会清除与客户端的连接信息。

 

CoAP协议的块(Block)传输

CoAP协议的特点是传输的内容小巧精简,但是在某些情况下不得不传输较大的数据,例如固件升级。在这种情况下可以使用CoAP协议中的某个选项设定分块传输的大小,那么无论是服务器或客户端可完成分片和组装这两个动作。

本文链接:http://www.maixj.net/ict/coap-16150
云上小悟 麦新杰(QQ:1093023102)

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