CoAP协议格式详解

CoAP是受限制的应用协议(ConstrainedApplicationProtocol)的代名词。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。1CoAP协议综述和其他TCPIP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头之间使用单字节0xFF分离。学习CoAP协议最好的方法便是结合RFC文档，详细分析CoAP协议报文格式的每一部分，便是CoAP协议报文结构示意图。图1.1CoAP协议报文结构示意图2CoAP协议报文各部分【Ver】版本编号，指示CoAP协议的版本号。类似于HTTP1.0HTTP1.1。版本编号占2位，取值为01B。【T】报文类型，CoAP协议定了4种不同形式的报文，CON报文，NON报文，ACK报文和RST报文。【TKL】CoAP标识符长度。CoAP协议中具有两种功能相似的标识符，一种为MessageID(报文编号)，一种为Token(标识符)。其中每个报文均包含消息编号，但是标识符对于报文来说是非必须的。【Code】功能码/响应码。Code在CoAP请求报文和响应报文中具有不同的表现形式，Code占一个字节，它被分成了两部分，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。【MessageID】报文编号【Token】标识符具体内容，通过TKL指定Token长度。【Option】报文选项，通过报文选项可设定CoAP主机，CoAPURI，CoAP请求参数和负载媒体类型等等。【11111111B】CoAP报文和具体负载之间的分隔符。3Code部分详解Code部分被分成了两部分，为了便于阅读，Code被描述为c.dd形式。具体内容可参考RFC7252#12.1.1MethodCodes3.1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协议非常相似。【0.01】GET方法——用于获得某资源【0.02】POST方法——用于创建某资源【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，类似于HTTP200OK等等。【2.01】Created【2.02】Deleted【2.03】Valid【2.04】Changed【2.05】Content。类似于HTTP200OK【4.00】BadRequest请求错误，服务器无法处理。类似于HTTP400。【4.01】Unauthorized没有范围权限。类似于HTTP401。【4.02】BadOption请求中包含错误选项。【4.03】Forbidden服务器拒绝请求。类似于HTTP403。【4.04】NotFound服务器找不到资源。类似于HTTP404。【4.05】MethodNotAllowed非法请求方法。类似于HTTP405。【4.06】NotAcceptable请求选项和服务器生成内容选项不一致。类似于HTTP406。【4.12】PreconditionFailed请求参数不足。类似于HTTP412。【4.15】UnsupporConten-Type请求中的媒体类型不被支持。类似于HTTP415。【5.00】InternalServerError服务器内部错误。类似于HTTP500。【5.01】NotImplemented服务器无法支持请求内容。类似于HTTP501。【5.02】BadGateway服务器作为网关时，收到了一个错误的响应。类似于HTTP502。【5.03】ServiceUnavailable服务器过载或者维护停机。类似于HTTP503。【5.04】GatewayTimeout服务器作为网关时，执行请求时发生超时错误。类似于HTTP504。【5.05】ProxyingNotSupported服务器不支持代理功能。4Option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4.1CoAP部分Option定义一般情况下Option部分包含OptionDelta、OptionLength和OptionValue三部分。【OptionDelta】表示Option的增量，当前的Option的具体编号等于之前所有OptionDelta的总和。【OptionLength】表示OptionValue的具体长度。【OptionValue】表示Option具体内容CoAP中所有的Option都采用编号的方式，这些Option及编号的定义如下图所示。图4.2Option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【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OptionDelta=11，表示该Option表示Uri-Path(11)第二个OptionDelta=1，表示该Option=1+11，表示Content-Format(12)第三个OptionDelta=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都可以在HTTP协议中找到对应项。5Content-Format描述CoAP支持多种媒体类型，具体可参考RFC7252#12.3。从下图的信息可以发现，CoAP协议中关于媒体类型的定义比较简单，未来应该会根据实际情况扩展。图5.1Content-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。(翻译不一定准确)另外，还有一种格式也北IANA认定，也会在CoAP协议中广泛使用那便是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客户端通过GET方法从Server端获得温度传感器数据，CoAPURI如下coap:///temperautreCoAP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0.01GET方法，若操作成功CoAPServer返回2.05Content，相当于HTTP200OK。请求和响应的MID必须完全相同，此处为0x7d