CoAP協(xié)議格式詳解

CoAP是受限制的應(yīng)用協(xié)議(ConstrainedApplicationProtocol)的代名詞。在當(dāng)前由PC機(jī)組成的世界，信息交換是通過(guò)TCP和應(yīng)用層協(xié)議HTTP實(shí)現(xiàn)的。但是對(duì)于小型設(shè)備而言，實(shí)現(xiàn)TCP和HTTP協(xié)議顯然是一個(gè)過(guò)分的要求。為了讓小設(shè)備可以接入互聯(lián)網(wǎng)，CoAP協(xié)議被設(shè)計(jì)出來(lái)。CoAP是一種應(yīng)用層協(xié)議，它運(yùn)行于UDP協(xié)議之上而不是像HTTP那樣運(yùn)行于TCP之上。CoAP協(xié)議非常小巧，最小的數(shù)據(jù)包僅為4字節(jié)。1CoAP協(xié)議綜述和其他TCPIP協(xié)議簇中的協(xié)議一樣，CoAP協(xié)議總是以“頭”的形式出現(xiàn)在負(fù)載之前，而負(fù)載和CoAP頭之間使用單字節(jié)0xFF分離。學(xué)習(xí)CoAP協(xié)議最好的方法便是結(jié)合RFC文檔，詳細(xì)分析CoAP協(xié)議報(bào)文格式的每一部分，便是CoAP協(xié)議報(bào)文結(jié)構(gòu)示意圖。圖1.1CoAP協(xié)議報(bào)文結(jié)構(gòu)示意圖2CoAP協(xié)議報(bào)文各部分【Ver】版本編號(hào)，指示CoAP協(xié)議的版本號(hào)。類(lèi)似于HTTP1.0HTTP1.1。版本編號(hào)占2位，取值為01B?！綯】報(bào)文類(lèi)型，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?！綯KL】CoAP標(biāo)識(shí)符長(zhǎng)度。CoAP協(xié)議中具有兩種功能相似的標(biāo)識(shí)符，一種為MessageID(報(bào)文編號(hào))，一種為T(mén)oken(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】功能碼/響應(yīng)碼。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(xiě)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)?！綧essageID】報(bào)文編號(hào)【Token】標(biāo)識(shí)符具體內(nèi)容，通過(guò)TKL指定Token長(zhǎng)度?！綩ption】報(bào)文選項(xiàng)，通過(guò)報(bào)文選項(xiàng)可設(shè)定CoAP主機(jī)，CoAPURI，CoAP請(qǐng)求參數(shù)和負(fù)載媒體類(lèi)型等等。【11111111B】CoAP報(bào)文和具體負(fù)載之間的分隔符。3Code部分詳解Code部分被分成了兩部分，為了便于閱讀，Code被描述為c.dd形式。具體內(nèi)容可參考RFC7252#12.1.1MethodCodes3.1請(qǐng)求在CoAP請(qǐng)求中，Code被定義為CoAP請(qǐng)求方法，這些方法有GET、POST、PUT和DELETE，這些方法和HTTP協(xié)議非常相似?！?.01】GET方法——用于獲得某資源【0.02】POST方法——用于創(chuàng)建某資源【0.03】PUT方法——用于更新某資源【0.04】DELETE方法——用于刪除某資源3.2響應(yīng)在CoAP響應(yīng)中，Code被定義為CoAP響應(yīng)碼，類(lèi)似于HTTP200OK等等?！?.01】Created【2.02】Deleted【2.03】Valid【2.04】Changed【2.05】Content。類(lèi)似于HTTP200OK【4.00】BadRequest請(qǐng)求錯(cuò)誤，服務(wù)器無(wú)法處理。類(lèi)似于HTTP400。【4.01】Unauthorized沒(méi)有范圍權(quán)限。類(lèi)似于HTTP401?！?.02】BadOption請(qǐng)求中包含錯(cuò)誤選項(xiàng)?！?.03】Forbidden服務(wù)器拒絕請(qǐng)求。類(lèi)似于HTTP403?！?.04】NotFound服務(wù)器找不到資源。類(lèi)似于HTTP404?！?.05】MethodNotAllowed非法請(qǐng)求方法。類(lèi)似于HTTP405?！?.06】NotAcceptable請(qǐng)求選項(xiàng)和服務(wù)器生成內(nèi)容選項(xiàng)不一致。類(lèi)似于HTTP406?！?.12】PreconditionFailed請(qǐng)求參數(shù)不足。類(lèi)似于HTTP412。【4.15】UnsupporConten-Type請(qǐng)求中的媒體類(lèi)型不被支持。類(lèi)似于HTTP415?！?.00】InternalServerError服務(wù)器內(nèi)部錯(cuò)誤。類(lèi)似于HTTP500?！?.01】NotImplemented服務(wù)器無(wú)法支持請(qǐng)求內(nèi)容。類(lèi)似于HTTP501?！?.02】BadGateway服務(wù)器作為網(wǎng)關(guān)時(shí)，收到了一個(gè)錯(cuò)誤的響應(yīng)。類(lèi)似于HTTP502?！?.03】ServiceUnavailable服務(wù)器過(guò)載或者維護(hù)停機(jī)。類(lèi)似于HTTP503?！?.04】GatewayTimeout服務(wù)器作為網(wǎng)關(guān)時(shí)，執(zhí)行請(qǐng)求時(shí)發(fā)生超時(shí)錯(cuò)誤。類(lèi)似于HTTP504。【5.05】ProxyingNotSupported服務(wù)器不支持代理功能。4Option部分詳解CoAP支持多個(gè)Option，CoAP的Option的表示方法比較特殊，采用增量的方式描述，細(xì)節(jié)可參考RFC7252#3.1圖4.1CoAP部分Option定義一般情況下Option部分包含OptionDelta、OptionLength和OptionValue三部分。【OptionDelta】表示Option的增量，當(dāng)前的Option的具體編號(hào)等于之前所有OptionDelta的總和?！綩ptionLength】表示OptionValue的具體長(zhǎng)度。【OptionValue】表示Option具體內(nèi)容CoAP中所有的Option都采用編號(hào)的方式，這些Option及編號(hào)的定義如下圖所示。圖4.2Option編號(hào)內(nèi)容在這些option中，Uri-Host、Uri-Port、Uri-Path和Uri-Query等和資源“位置”和參數(shù)有關(guān)?！?】Uri-Host:CoAP主機(jī)名稱，例如【7】Uri-Port:CoAP端口號(hào)，默認(rèn)為5683【11】Uri-Path:資源路由或路徑，例如\temperature。資源路徑采用UTF8字符串形式，長(zhǎng)度不計(jì)第一個(gè)"\"?！?5】Uri-Query:訪問(wèn)資源參數(shù)，例如?value1=1&value2=2，參數(shù)與參數(shù)之間使用“&”分隔，Uri-Query和Uri-Path之間采用“?”分隔。在這些option中，Content-Format和Accept用于表示CoAP負(fù)載的媒體格式【12】Content-Format:指定CoAP復(fù)雜媒體類(lèi)型，媒體類(lèi)型采用整數(shù)描述，例如application/json對(duì)應(yīng)整數(shù)50，application/octet-stream對(duì)應(yīng)整數(shù)40?！?7】Accept:指定CoAP響應(yīng)復(fù)雜中的媒體類(lèi)型，媒體類(lèi)型的定義和Content-Format相同。CoAP協(xié)議中支持多個(gè)Option，例如第一個(gè)OptionDelta=11，表示該Option表示Uri-Path(11)第二個(gè)OptionDelta=1，表示該Option=1+11，表示Content-Format(12)第三個(gè)OptionDelta=3，表示該Option=3+1+11，表示Uri-Query(15)CoAP采用這樣的方式表示多個(gè)Option，而每種Option都可以在HTTP協(xié)議中找到對(duì)應(yīng)項(xiàng)。5Content-Format描述CoAP支持多種媒體類(lèi)型，具體可參考RFC7252#12.3。從下圖的信息可以發(fā)現(xiàn)，CoAP協(xié)議中關(guān)于媒體類(lèi)型的定義比較簡(jiǎn)單，未來(lái)應(yīng)該會(huì)根據(jù)實(shí)際情況擴(kuò)展。圖5.1Content-Format編號(hào)內(nèi)容【text/plain】編號(hào)為0，表示負(fù)載為字符串形式，默認(rèn)為UTF8編碼。【application/link-format】編號(hào)為40，CoAP資源發(fā)現(xiàn)協(xié)議中追加定義，該媒體類(lèi)型為CoAP協(xié)議特有。【application/xml】編號(hào)為41，表示負(fù)載類(lèi)型為XML格式?！綼pplication/octet-stream】編號(hào)為42，表示負(fù)載類(lèi)型為二進(jìn)制格式?！綼pplication/exi】編號(hào)為47，表示負(fù)載類(lèi)型為“精簡(jiǎn)XML”格式。(翻譯不一定準(zhǔn)確)另外，還有一種格式也北IANA認(rèn)定，也會(huì)在CoAP協(xié)議中廣泛使用那便是CBOR格式，該格式可理解為二進(jìn)制JSON格式?！綼pplicaiton/cbor】編號(hào)為60。6示例該示例來(lái)自于RFC7252?！玖鞒堂枋觥緾oAP客戶端通過(guò)GET方法從Server端獲得溫度傳感器數(shù)據(jù)，CoAPURI如下coap:///temperautreCoAP請(qǐng)求采用CON報(bào)文，Server接收到CON報(bào)文必須返回一個(gè)ACK報(bào)文。CoAP請(qǐng)求采用0.01GET方法，若操作成功CoAPServer返回2.05Content，相當(dāng)于HTTP200OK。請(qǐng)求和響應(yīng)的MID必須完全相同，此處為0x7d