CoAP基础

学习CoAP最简单的方法便是阅读协议文档。该协议文档并不是那么复杂。但如果有一个CoAP的简单介绍就再好不过了。

什么是CoAP

CoAP是受限制的应用协议(Constrained Application Protocol)的代名词。最近几年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。虽然对人们而言,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协议非常小巧,最小的数据包仅为4字节。

CoAP协议是否可以替换HTTP协议?

CoAP并不能替代HTTP协议,但是对于那些小设备(256KB Flash 32KB RAM 20MHz主频)而言CoAP的确是一个好的解决方案。

CoAP消息类型

CoAP采用与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。

  • 1)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。
  • 2)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。
  • 3)ACK——应答消息,接受到CON消息的响应。
  • 4)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。

CoAP消息结构

一个CoAP消息最小为4个字节,以下是CoAP协议不同部分的描述。

  • 【版本Version】:类似于IPv6和IPv6,仅仅是一个版本号。
  • 【消息类型Message Type】:CON,NON,ACK,RST。
  • 【消息ID Message ID】:每个CoAP消息都有一个ID,在一次会话中ID总是保持不变。但在这个会话之后该ID会被回收利用。
  • 【标记 Token】:标记是ID的另一种表现。
  • 【选项 Options】:CoAP选项类似于HTTP请求头,它包括CoAP消息本身,例如CoAP端口号,CoAP主机和CoAP查询字符串等。
  • 【负载Payload】:真正有用的被交互的数据。

CoAP消息结构

CoAP的URL

在HTTP的世界中,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

请注意,CoAP的默认UDP端口号为5683。

CoAP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客户端并不需要不停的查询CoAP服务器端的数据变化情况。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块传输

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。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。

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