CoAP(Constrained Application Protocol) 協(xié)議是 IETF 提出的一種面向網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議，采用了與 HTTP 類似的特征，核心內(nèi)容為資源抽象、REST 式交互以及可擴(kuò)展的頭選項(xiàng)等。為了克服 HTTP 對(duì)于受限環(huán)境的劣勢(shì)，CoAP 既考慮到數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度的最優(yōu)化，又考慮到提供可靠通信。

CoAP協(xié)議具有以下特點(diǎn)：

（1）消息模型，以消息為數(shù)據(jù)通信載體，通過(guò)交換網(wǎng)絡(luò)消息來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備間數(shù)據(jù)通信；

（2）對(duì)云端設(shè)備資源操作都是通過(guò)請(qǐng)求與響應(yīng)機(jī)制來(lái)完成，類似 HTTP，設(shè)備端可通過(guò)4個(gè)請(qǐng)求方法（GET, PUT, POST, DELETE）對(duì)服務(wù)器端資源進(jìn)行操作；

（3）協(xié)議包輕量級(jí)，最小長(zhǎng)度僅為 4B；

（4）支持可靠傳輸，通過(guò)確認(rèn)和數(shù)據(jù)重傳確保數(shù)據(jù)可靠到達(dá)；

（5）支持IP多播, 即可以同時(shí)向多個(gè)設(shè)備發(fā)送請(qǐng)求；

（6）非長(zhǎng)連接通信，適用于低功耗物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景。

1、CoAp 協(xié)議棧

CoAP 協(xié)議棧如圖下圖所示，CoAP 由 UDP 作為承載，遵循 UDP 基本的協(xié)議報(bào)文格式，UDP 數(shù)據(jù)內(nèi)容部分按照 CoAP 協(xié)議報(bào)文格式進(jìn)行寫入傳輸。

1.1、 CoAP 資源請(qǐng)求/響應(yīng)模型

Requests：請(qǐng)求方法與 HTTP 協(xié)議類似，分別為： GET, PUT, POST和 DELETE。

Responses：響應(yīng)內(nèi)容也與HTTP協(xié)議類似，主要有以下3類：

（1）Success 2.xx 代表客戶端請(qǐng)求被成功接收并被成功處理；

（2）Client Error 4.xx 代表客戶端請(qǐng)求有錯(cuò)誤，比如參數(shù)錯(cuò)誤等；

（3）Server Error 5.xx 代表服務(wù)器在執(zhí)行客戶端請(qǐng)求時(shí)出錯(cuò)。

1.2、 CoAP 消息報(bào)文定義

如下圖所示為 CoAP 消息報(bào)文示意圖，CoAP 消息報(bào)文是通過(guò)在 UDP 上傳輸消息完成，各部分說(shuō)明如下：

1. CoAP消息報(bào)文頭部（Header）

頭部固定為4個(gè)Bytes，包含版本號(hào)（Ver）、報(bào)文類型（T）、CoAP標(biāo)識(shí)符長(zhǎng)度（TKL）、功能碼/響應(yīng)碼（Code）以及報(bào)文編號(hào)（Message ID）。各部分說(shuō)明如下：

Ver：版本號(hào)占2位，取值為01B，用于指示CoAP協(xié)議的版本號(hào)。

T：CoAP協(xié)議定了4種不同形式的報(bào)文，CON報(bào)文，NON報(bào)文，ACK報(bào)文和RST報(bào)文。

TKL：CoAP協(xié)議中具有兩種功能相似的標(biāo)識(shí)符，一種為Message ID（消息編號(hào)），一種為Token（標(biāo)識(shí)符）。其中每個(gè)報(bào)文均包含消息編號(hào)，但是標(biāo)識(shí)符對(duì)于報(bào)文來(lái)說(shuō)是非必須的。

Code：Code在CoAP請(qǐng)求報(bào)文和響應(yīng)報(bào)文中具有不同的表現(xiàn)形式，Code占一個(gè)字節(jié)，它被分成了兩部分，前3位一部分，后5位一部分，為了方便描述它被寫成了c.dd結(jié)構(gòu)。其中0.XX表示CoAP請(qǐng)求的某種方法，而2.XX、4.XX或5.XX則表示CoAP響應(yīng)的某種具體表現(xiàn)。

Message ID：消息編號(hào)。

1. Token（可選）

標(biāo)識(shí)符具體內(nèi)容，通過(guò)TKL指定Token長(zhǎng)度。通過(guò)token，客戶端收到響應(yīng)后，取出Token，就可以知道該響應(yīng)是針對(duì)之前哪個(gè)請(qǐng)求回復(fù)的。

（3）Option（可選，0個(gè)或者多個(gè)）

請(qǐng)求消息 與回應(yīng)消息都可以0~多個(gè)options。 主要用于描述請(qǐng)求或者響應(yīng)對(duì)應(yīng)的各個(gè)屬性，類似參數(shù)或者特征描述。

（4）1111 1111

CoAP報(bào)文和具體負(fù)載之間的分隔符。

1. Payload

實(shí)際攜帶數(shù)據(jù)內(nèi)容， 若有攜帶數(shù)據(jù)， 前面加payload 標(biāo)志 OxFF。

2、塊傳輸

CoAP 協(xié)議的特點(diǎn)是傳輸?shù)膬?nèi)容小巧精簡(jiǎn)，但是在某些情況下不得不傳輸較大的數(shù)據(jù)。在這種情況下可以使用 CoAP 協(xié)議中的選項(xiàng)設(shè)定分塊傳輸?shù)拇笮。?wù)器和客戶端即可完成分片和組裝。擴(kuò)展的塊傳輸協(xié)議在 COAP 基礎(chǔ)協(xié)議上增加了 3 個(gè) options， 2 個(gè) response codes 用于塊傳輸大小協(xié)商及控制。當(dāng)請(qǐng)求消息或者響應(yīng)消息里面有出息 block1/block2 option時(shí)，代表這是塊傳輸通信。需要根據(jù) option block 里面M標(biāo)識(shí)，決定是否繼續(xù)進(jìn)行塊傳輸。

2.1、新增option說(shuō)明

新增加的 3 個(gè) options 如表7-2所示：

Option Block2：主要用于服務(wù)器端響應(yīng)時(shí)，分塊傳輸， 比如設(shè)備端發(fā)起資源發(fā)現(xiàn)時(shí)，由于服務(wù)器上資源較多，就要啟動(dòng)分塊傳輸。

Option Block1：主要用于客戶端發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，分塊傳輸，比如需要上傳一個(gè)大的數(shù)據(jù)包到服務(wù)器上。

Option Size2： 代表服務(wù)器端響應(yīng)資源總的大小。

Option Block 由三部分組成：

（1）NUM：占用0~3Byte，代表當(dāng)前塊編號(hào)，以0開(kāi)始， 如我們要傳10個(gè)數(shù)據(jù)塊，則數(shù)據(jù)塊的編號(hào)為0~9。

（2）M：占用1bit， 如果設(shè)置為1代表還有剩下數(shù)據(jù)塊未傳輸。如果設(shè)置為0，代表數(shù)據(jù)塊都已傳輸出去。

（3）SZX：占用2bit，取值范圍0~6，對(duì)應(yīng)每個(gè)block 大小為2（SZX+4），即范圍為（16 ~ 1024）Bytes。

7.2.2.2 新增response code說(shuō)明

新增加的2個(gè)response codes如表7-3所示：

3、安全傳輸

COAP 使用 DTLS 來(lái)做安全傳輸層，該層運(yùn)行于 UDP 之上，如下圖所示：

當(dāng)前考慮使用 DTLS 時(shí)，需要考慮設(shè)備終端資源受限情況，有些資源有限設(shè)備無(wú)法運(yùn)行 DTLS 安全加密算法。做安全加密，需要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景需要，對(duì)應(yīng)只上報(bào)數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)敏感度不高場(chǎng)景，可以不考慮加入安全層。