CoAP协议学习笔记——CoAP格式详解

　　CoAP是受限制的应用协议(Constrained Application Protocol)的代名词。在当前由PC机组成的世界，信息交换是经过TCP和应用层协议HTTP实现的。可是对于小型设备而言，实现TCP和HTTP协议显然是一个过度的要求。为了让小设备能够接入互联网，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协议很是小巧，最小的数据包仅为4字节。

　　1 CoAP协议综述

　　和其余TCP IP协议簇中的协议同样，CoAP协议老是以“头”的形式出如今负载以前，而负载和CoAP头之间使用单字节0xFF分离。学习CoAP协议最好的方法即是结合RFC文档，详细分析CoAP协议报文格式的每一部分，即是CoAP协议报文结构示意图。

　　图1.1 CoAP协议报文结构示意图

　　2 CoAP协议报文各部分

　　【Ver】 版本编号，指示CoAP协议的版本号。相似于HTTP 1.0 HTTP 1.1。版本编号占2位，取值为01B。

　　【T】报文类型，CoAP协议定了4种不一样形式的报文，CON报文，NON报文，ACK报文和RST报文。

　　【TKL】CoAP标识符长度。CoAP协议中具备两种功能类似的标识符，一种为Message ID(报文编号)，一种为Token(标识符)。其中每一个报文均包含消息编号，可是标识符对于报文来讲是非必须的。

　　【Code】功能码/响应码。Code在CoAP请求报文和响应报文中具备不一样的表现形式，Code占一个字节，它被分红了两部分，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，经过TKL指定Token长度。

　　【Option】报文选项，经过报文选项可设定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。

　　3 Code部分详解

　　Code部分被分红了两部分，为了便于阅读，Code被描述为c.dd形式。具体内容可参考RFC7252 #12.1.1 Method Codes

　　3.1 请求

　　在CoAP请求中，Code被定义为CoAP请求方法，这些方法有GET、POST、PUT和DELETE，这些方法和HTTP协议很是类似。

　　【0.01】GET方法——用于得到某资源

　　【0.02】POST方法——用于建立某资源

　　【0.03】PUT方法——用于更新某资源

　　【0.04】DELETE方法——用于删除某资源

　　3.2 响应

　　在CoAP响应中，Code被定义为CoAP响应码，相似于HTTP 200 OK等等。

　　【2.01】Created

　　【2.02】Deleted

　　【2.03】Valid

　　【2.04】Changed

　　【2.05】Content。相似于HTTP 200 OK

　　【4.00】Bad Request 请求错误，服务器没法处理。相似于HTTP 400。

　　【4.01】Unauthorized 没有范围权限。相似于HTTP 401。

　　【4.02】Bad Option 请求中包含错误选项。

　　【4.03】Forbidden 服务器拒绝请求。相似于HTTP 403。

　　【4.04】Not Found 服务器找不到资源。相似于HTTP 404。

　　【4.05】Method Not Allowed 非法请求方法。相似于HTTP 405。

　　【4.06】Not Acceptable 请求选项和服务器生成内容选项不一致。相似于HTTP 406。

　　【4.12】Precondition Failed 请求参数不足。相似于HTTP 412。

　　【4.15】Unsuppor Conten-Type 请求中的媒体类型不被支持。相似于HTTP 415。

　　【5.00】Internal Server Error 服务器内部错误。相似于HTTP 500。

　　【5.01】Not Implemented 服务器没法支持请求内容。相似于HTTP 501。

　　【5.02】Bad Gateway 服务器做为网关时，收到了一个错误的响应。相似于HTTP 502。

　　【5.03】Service Unavailable 服务器过载或者维护停机。相似于HTTP 503。

　　【5.04】Gateway Timeout 服务器做为网关时，执行请求时发生超时错误。相似于HTTP 504。

　　【5.05】Proxying Not Supported 服务器不支持代理功能。

　　4 Option部分详解

　　CoAP支持多个Option，CoAP的Option的表示方法比较特殊，采用增量的方式描述，细节可参考RFC7252 #3.1

　　图4.1 CoAP部分Option定义

　　通常状况下Option部分包含Option Delta、Option Length和Option Value三部分。

　　【Option Delta】表示Option的增量，当前的Option的具体编号等于以前全部Option Delta的总和。

　　【Option Length】表示Option Value的具体长度。

　　【Option Value】表示Option具体内容

　　CoAP中全部的Option都采用编号的方式，这些Option及编号的定义以下图所示。

　　图4.2 Option编号内容

　　在这些option中，Uri-Host、Uri-Port、Uri-Path和Uri-Query等和资源“位置”和参数有关。

　　【3】Uri-Host:CoAP主机名称，例如iot.eclipse.org

　　【7】Uri-Port:CoAP端口号，默认为5683

　　【11】Uri-Path:资源路由或路径，例如\temperature。资源路径采用UTF8字符串形式，长度不计第一个"\"。

　　【15】Uri-Query:访问资源参数，例如?value1=1&value2=2，参数与参数之间使用“&”分隔，Uri-Query和Uri-Path之间采用“?”分隔。

　　在这些option中，Content-Format和Accept用于表示CoAP负载的媒体格式

　　【12】Content-Format:指定CoAP复杂媒体类型，媒体类型采用整数描述，例如application/json对应整数50，application/octet-stream对应整数40。

　　【17】Accept: 指定CoAP响应复杂中的媒体类型，媒体类型的定义和Content-Format相同。

　　CoAP协议中支持多个Option，例如

　　第一个Option Delta=11，表示该Option表示Uri-Path(11)

　　第二个Option Delta=1，表示该Option=1+11，表示Content-Format(12)

　　第三个Option Delta=3，表示该Option=3+1+11，表示Uri-Query(15)

　　CoAP采用这样的方式表示多个Option，而每种Option均可以在HTTP协议中找到对应项。

　　5 Content-Format描述

　　CoAP支持多种媒体类型，具体可参考RFC7252 #12.3。从下图的信息能够发现，CoAP协议中关于媒体类型的定义比较简单，将来应该会根据实际状况扩展。

　　图5.1 Content-Format编号内容

　　【text/plain】 编号为0，表示负载为字符串形式，默认为UTF8编码。

　　【application/link-format】编号为40，CoAP资源发现协议中追加定义，该媒体类型为CoAP协议特有。

　　【application/xml】编号为41，表示负载类型为XML格式。

　　【application/octet-stream】编号为42，表示负载类型为二进制格式。

　　【application/exi】编号为47，表示负载类型为“精简XML”格式。(翻译不必定准确)

　　另外，还有一种格式也北IANA认定，也会在CoAP协议中普遍使用那即是CBOR格式，该格式可理解为二进制JSON格式。

　　【applicaiton/cbor】编号为60。

　　6 示例

　　该示例来自于RFC7252。

　　【流程描述】

　　CoAP客户端经过GET方法从Server端得到温度传感器数据，CoAP URI以下

　　coap://www.server.com/temperautre

　　CoAP请求采用CON报文，Server接收到CON报文必须返回一个ACK报文。CoAP请求采用0.01 GET方法，若操做成功CoAP Server返回2.05 Content，至关于HTTP 200 OK。请求和响应的MID必须彻底相同，此处为0x7d34。请求响应中的Token域为空。CoAP请求中包含Option，该Option的类型为Uri-Path，那么Option Delta的值为0+11=11，Option Value的值为字符串形式的“temperature”。CoAP返回中包含温度数据，使用字符串形式描述，具体值为"22.3"。

　　图6.1 CoAP 请求响应流程

　　【格式描述】

　　图6.2 CoAP请求响应具体格式

　　7 总结

　　一旦熟悉了CoAP协议的格式，那么再学习CoAP协议的应用就轻松多了。