CoAP协议

1. CoAP协议概述

1.1 CoAP协议的产生

物联网的初衷之一就是通过大数据的采集分析去颠覆交通、运输、物流、能源等生产生活的每个方面。一般而言，物联网遇到的最大问题就是环境的不稳定性，例如没有稳定的电源。除此之外，无线网络的带宽、时延、丢包等问题都比较突出

1.2 CoAP协议的定义

CoAP是受限制的应用协议（Costrained Application Protocal）。对于那些物联网的设备而言接入互联网困难。在当前由PC机组成的世界，信息交换是通过TCP层和应用层协议HTTP实现的。对于物联网小型设备而言，实现TCP和HTTP协议显然是一个过分的要求，而CoAP这种轻量级协议可以更好的适配。
值得注意的是，CoAP并不能替代HTTP协议，但是对于那些小设备，如256KB Flash 32KB 20MHz主频，CoAP的确是一个更好的解决方案。

1.3 CoAP协议在NB-Iot网络协议栈中的位置

 

 

 

 

如上图所示，CoAP协议是一个应用层协议，基于UDP协议开发。而HTTP协议是基于TCP协议开发的。在传输层，UDP是一种不可靠传输协议，HTTP是一个可靠传输协议。

1.4 CoAP协议特点

CoAP协议网络传输层当前主要支持UDP。
CoAP是二进制的，HTTP是文本格式的，CoAP比HTTP更加紧凑。
轻量化，CoAP协议最小长度仅4个字节，一个HTTP的头部达几十个字节。
支持可靠传输、数据重传、块传输。确保数据可靠到达。
支持IP多播，即可以同时向多个设备发送请求。
非长连接通信，适用于低速率、低功耗物联网场景。
CoAP基于REST，服务器的资源地址和互联网一样也有类似URI的格式，客户端同样有POST、GET、PUT、DELETE方法来访问服务端，但是相对HTTP简化实现降低复杂度（代码更小，封包更小）

 

1.5 RESTful架构

REST（Representational State Transfer）是一种设计风格而不是标准。如果一个架构符合REST原则，我们就称它为RESTful架构，REST可以直译为表现层状态转化，表现层其实指的是资源的表现层。通俗来讲就是：资源在网络中某种表现形式进行状态转移，分解来看：

Resource：资源，即数据
Representational：某种表现形式，比如JSON，XML等
State Transfer：状态变化，通过POST GET PUT DELETE实现

 

2 CoAP协议报文结构

2.1 CoAP报文结构简介

和其他TCP IP协议簇中的协议一样，CoAP协议总是以“头”的形式出现在负载之前，而负载和CoAP之间使用单字节0xFF分离。
CoAP协议报文第一行是消息头，必须有，且固定为4个byte，其他字段为可选。

 

 

 

• Ver，2bits，版本编号，指示CoAP协议的版本号。类似于HTTP1.0，HTTP1.1。版本编号站两位
• T：2bits，报文类型，CoAP协议定了4种不同类型的报文，包括CON，NON，ACK，RST这四种

 

 

 

• TKL：Token Length，4bits，token的长度
• Code，占8bit，其中前3bit为Class部分，后5bit为Detail部分，采用c.dd形式来描述，在CoAP请求报文中，Code表示请求方法，在CoAP响应报文中，Code表示影响状态

 

 

 　　

• MessageID，报文序号，占2字节大段格式，一组对应的CoAP请求和响应使用相同的报文序号
• Token，标签，长度由TKL标签长度确定，相当于资源的身份证，CoAP有三种不同的请求、响应模式：携带模式、分离模式、非确认模式、Token在分离模式中起重要作用，携带模式可以忽略。
• Options，报文选项，通过报文选项可设定CoAP请求参数和负载媒体类型等。
• 分隔符OxFF，占1字节
• Payload，真正有用的被交互的数据

2.2 报文类型

 

CON：请求必须要接收者发送ACK或者RST确认，如果发送者在规定的时间内收到ACK或者RST，则会重发
NON：不需要接收者确认。
ACK：用于确认Message ID一致的CON报文，ACK的payload可能为空（在分离模式下）
RST：用于对应无法处理CON的报文，Messages ID需要与CON一致，且payload一定为空。

 

2.3 选项Options

选项Options由选项偏移量（Option Delta）、选项长度（Option Length）和选项值（Option Value）组成，CoAP不是直接确定选项值，而是用累加选项偏移量（Option Delta）的方式确认。

 

 

选项偏移量（Option Delete）

4bit无符号整数，0~12指示选项偏移量，13、14、15含义如下
13：Option Delete占8位无符号整数，此时选项偏移量为该8位无符号整数+13
14：Option Delete占16位无符号整数，此时选项偏移量为该16位无符号整数+269
15，保留

 

选项长度（Option Length）

4bit无符号整数，0~12指示选项偏移量，13，14，15无特殊含义
13：Option Length占8位无符号整数，此时选项偏移量为该8位无符号整数+13
14：Option Length占16位无符号整数，

 

选项定义
上面的选项偏移量（Option Delete）累加起来查这张表时对应的选项名称

 

 

3. 请求响应模式

3.1 携带模式

ACK的payload部分包含响应负载，最少需要2个报文。

 

 

3.2 分离模式

客户端同样发CON请求，服务器立刻会意ACK，但是ACK中没有payload，而是过段时间后服务器再回应CON，其中这个CON的Token要与客户端之前发送CON的token一致，该CON还包含payload，客户端收到后用ACK回应，至少需要4个报文。

 

 

3.3 非确认模式

这种客户端发送NON报文，不需要服务器回应。

3.4 CoAP重传机制

重传涉及3个参数

ACK_TIMEOUT响应等待超时时间，典型值2秒
ACK_RANDOM_FACTOR随机系数，典型值1.5
MAX_RETRANSMIT最大重传次数，典型值4
如果客户端在首次发送CON报文后，在ACK_TIMEOUT到ACK_TIMEOUT*ACK_FACTOR之间还没有收到ACK，或RST报文，则重发CON报文，下一次的等待时间计算中，ACK_RANDOM_FACTOR是上次的2倍。一个报文最多会被发1+MAX_RETRANSMIT次

 

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_43662090/article/details/120515121