初識CoAP協議
前言
本文介紹什麼是CoAP，以及如何在物聯網設備上使用它。CoAP是一種物聯網協議，具有一些專門為受約束的設備而設計的有趣功能。還有其他一些可用於構建物聯網解決方案的IoT協議，例如MQTT等。
物聯網是最有趣和最有前途的技術趨勢之一。在這個生態系統中，對象，人員，設備相互連接並交換數據。在此博客中，我們從多個角度介紹了物聯網和開發物聯網項目，並涵蓋了與物聯網相關的多個方面。
什麼是CoAP協議？
如前所述，CoAP是一種物聯網協議。CoAP意思為Constrained Application Protocol，在RFC 7252中所定義。CoAP是一種低開銷的簡單協議，專門針對受限設備（例如微控制器）和受限網絡而設計。該協議用於M2M數據交換中，並且與HTTP非常相似，即使稍後我們將介紹重要的區別。
CoAP協議的主要特徵是：
- 受限制的小型設備的Web傳輸協議(類似於HTTP)
- 異步消息交換
- 低開銷，非常易於解析
- URI和內容類型支持
- 代理和緩存功能
您可能會注意到，CoAP某些功能也與HTTP非常相似，但是不能將CoAP視為壓縮版本的HTTP協議，因為CoAP是專門為IoT設計的，並且更詳細地針對M2M，因此針對這些要求必須有所優化。
從抽象協議層，CoAP可以表示為：
正如你所看到的，CoAP協議有兩個不同的層：消息負載和請求/響應。消息層處理UDP和異步消息。請求/響應層基於請求/響應消息來管理請求/響應交互。
CoAP支持四種不同的消息類型：
- 可確認的 Confirmable(CON)
- 無法確認 Non-confirmable(NON)
- 確認 Acknowledgment
- 重置 Reset
在深入研究CoAP協議之前，以下必要的術語有助於我們更好的了解CoAP協議：
- 節點(Endpoint）：參與CoAP協議的實體。通常，將端點標識為主機
- 發件人(Sender)：發送消息的實體
- 收件人(Recipient)：接受消息的實體
- 客戶端(Client)：發送請求的實體和接受消息的實體
- 服務器(Server)：接收來自客戶端的請求並向客戶端發送迴響應的實體
CoAP消息模型
這是CoAP的最低層。該層處理端點之間的UDP交換消息。每個CoAP消息都有一個唯一的ID。這對於檢測消息重複很有用。CoAP消息由以下部分構建：
- 二進制標誌頭
- 可選項
- 載荷消息
稍後，我們將更詳細地描述消息格式。
如前所述，CoAP協議使用兩種消息：
- 確認消息
- 不可確認的消息
可確認消息是可靠消息。在兩個端點之間交換消息時，這些消息可能是可靠的。在CoAP中，使用確認消息（CON）獲得可靠的消息。使用這種消息，客戶端可以確保消息將到達服務器。反覆發送確認消息，直到另一方發送確認消息（ACK）。ACK消息包含與確認消息（CON）相同的ID。
下圖顯示了消息交換過程：
如果服務器在管理傳入請求時遇到問題，則可以發送回Rest消息（RST）而不是Acknowledge消息（ACK）：
另一個消息類別是「不可確認（NON）」消息。這些是不需要服務器確認的消息。它們是不可靠的消息，或者換句話說，這些消息不包含必須傳遞給服務器的關鍵信息。包含從傳感器讀取的值的消息屬於此類別。
即使這些消息不可靠，它們也具有唯一的ID。
CoAP請求/響應模型
CoAP請求/響應是CoAP抽象層中的第二層。使用「確認」（CON）或「非確認」（NON）消息發送請求。根據服務器是否可以立即響應客戶端請求或答案（如果不可用），有幾種方案。
如果服務器可以立即響應客戶端請求，則如果使用確認消息（CON）承載了請求，則服務器將包含響應或錯誤代碼的確認消息發送回客戶端：
如您在CoAP消息中所注意到的，有一個令牌。令牌不同於消息ID，它用於匹配請求和響應。
如果服務器無法立即響應來自客戶端的請求，則它將發送帶有空響應的確認消息。一旦響應可用，服務器就會向客戶端發送一條新的Confirmable消息，其中包含響應。此時，客戶端發送回確認消息：
如果來自客戶端的請求是使用不可確認消息承載的，則服務器將使用不可確認消息進行應答。
CoAP消息格式
本段涵蓋了CoAP消息格式。到目前為止，我們已經討論了客戶端和服務器之間交換的各種消息。現在是時候分析消息格式了。受限的應用程序協議是受限環境中的關鍵，因此，它使用緊湊的消息。為了避免分段，消息佔用UDP數據報的數據部分。一條消息由幾個部分組成：
Version(VER)(2 bits): CoAP版本號
Type(2 bits)
這描述了請求和響應着兩種消息類型上下文的數據包消息類型。
- 請求
- 0 : 可確認: 該消息需要相應的確認消息。
- 1 : 不可確認：此消息不需要確認消息。
- 響應
- 2 : 確認: 此消息是確認可確認消息的響應。
- 3 : 重置: 此消息表明它已收到消息，但無法處理。
Token Length(4 bits): 指示可變長度令牌字段的長度，其長度可以為0-8位元組。
Request/Response(8 bits): CoAP請求/響應代碼
Message ID(16 bits): 用於檢測消息重複並將「確認/重置」類型的消息與「確認」 /「不可確認」類型的消息進行匹配。：響應消息將具有與請求相同的消息ID。
CoAP安全方面
處理物聯網協議時的一個重要方面是安全性方面。如前所述，CoAP使用UDP傳輸信息。CoAP依靠UDP安全性方面來保護信息。由於HTTP使用基於TCP的TLS，因此CoAP使用基於UDP的數據報TLS。DTLS支持RSA，AES等。無論如何，我們應該考慮在某些受限設備中可能無法使用某些DTLS密碼套件。重要的是要注意，某些密碼套件引入了一些複雜性，並且受約束的設備可能沒有足夠的資源來管理它。
相關物聯網技術指導更新於: //github.com/IoT-Technology/IOT-Technical-Guide
