什么是CoAP協(xié)議？

CoAP（Constrained Application Protocol，受限應(yīng)用協(xié)議）是一種專為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備和資源受限網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的應(yīng)用層協(xié)議。它的誕生也是由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備大多都是資源限制型的，比如 CPU、RAM、Flash、網(wǎng)絡(luò)寬帶等；對(duì)于這類設(shè)備來(lái)說(shuō)，想要直接使用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的TCP和HTTP來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息交換是不現(xiàn)實(shí)的，為了讓這部分設(shè)備能夠順利接入網(wǎng)絡(luò)，CoAP 協(xié)議因此誕生。

如上圖所示，CoAP協(xié)議是一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議，基于傳輸層UDP而開(kāi)發(fā)，而MQTT/HTTP協(xié)議則是基于TCP開(kāi)發(fā)的。它采用了與HTTP類似的特征，同時(shí)又彌補(bǔ)了UDP傳輸?shù)牟豢煽啃浴?duì)于物聯(lián)網(wǎng)小型設(shè)備而言，CoAP協(xié)議是一個(gè)極佳的選擇，CoAP這種輕量級(jí)協(xié)議可以很好地適配資源受限的設(shè)備和場(chǎng)景。

CoAP協(xié)議特點(diǎn)

CoAP 參考了很多 HTTP 的設(shè)計(jì)思路，同時(shí)也根據(jù)受限資源限制設(shè)備的具體情況改良了諸多的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，增加了很多實(shí)用的功能。以下是關(guān)于其特點(diǎn)的簡(jiǎn)易介紹。

（1）輕量級(jí)

CoAP協(xié)議的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，使用的頭部和選項(xiàng)字段較少，占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬和資源較少。這使得它非常適合在資源受限的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)中使用。

（2）基于UDP

CoAP通常在UDP上運(yùn)行，而不是TCP。這使得它更適用于無(wú)連接、低延遲和高效率的通信。此外，CoAP還支持對(duì)消息的可靠性傳輸，通過(guò)CoAP的CON（Confirmable）和ACK（Acknowledgment）消息。

CoAP傳輸

（3）RESTful架構(gòu)*

CoAP采用RESTful架構(gòu)風(fēng)格，使用類似于HTTP的請(qǐng)求-響應(yīng)模型。它支持GET、POST、PUT和DELETE等常用的HTTP方法，以進(jìn)行資源的讀取、創(chuàng)建、更新和刪除。

RESTful架構(gòu)*：REST（Representational State Transfer）是一種設(shè)計(jì)風(fēng)格而不是標(biāo)準(zhǔn)，如果一個(gè)架構(gòu)符合REST原則，我們就稱它為RESTful架構(gòu)，REST可以直譯為表現(xiàn)層狀態(tài)轉(zhuǎn)化，表現(xiàn)層其實(shí)指的是資源的表現(xiàn)層。

（4）低能耗和低帶寬消耗

CoAP協(xié)議針對(duì)資源受限設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了優(yōu)化，具有低能耗和低帶寬消耗的特性。它使用了一些機(jī)制，如觀察（Observing）和分組（Grouping），以減少通信的開(kāi)銷。

（5）資源標(biāo)識(shí)符

CoAP使用統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符（URI）來(lái)標(biāo)識(shí)資源，這樣客戶端可以通過(guò)URI來(lái)定位和操作特定資源。這與HTTP的URL類似。

（6）支持IP多播

允許一對(duì)多的通信，這對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)中的多個(gè)設(shè)備同時(shí)接收更新非常有用。

一對(duì)多通信

（7）可靠性

CoAP協(xié)議支持可靠傳輸，通過(guò)使用重傳和確認(rèn)機(jī)制來(lái)確保消息的可靠傳遞。

（8）安全性

CoAP協(xié)議可以與DTLS（Datagram Transport Layer Security）結(jié)合使用，提供端到端的安全性。DTLS是基于UDP的安全傳輸協(xié)議，用于保護(hù)CoAP通信的機(jī)密性和完整性。

CoAP與DTLS結(jié)合

（9）自定義選項(xiàng)

CoAP允許在消息頭中包含自定義選項(xiàng)，以滿足特定應(yīng)用的需求，這使得它非常靈活和可擴(kuò)展。

CoAP協(xié)議 VS MQTT協(xié)議

CoAP和MQTT都是比較適合嵌入式設(shè)備的輕量級(jí)協(xié)議，以下是CoAP與MQTT協(xié)議的簡(jiǎn)單對(duì)比。

MQTT協(xié)議不支持帶有類型或者其它幫助Client理解的標(biāo)簽信息，所有MQTT Client需要知道消息格式。而CoAP協(xié)議則恰恰相反，因?yàn)镃oAP內(nèi)置發(fā)現(xiàn)支持和內(nèi)容協(xié)商，這樣便能允許設(shè)備相互窺測(cè)以找到數(shù)據(jù)交換的方式。

MQTT是長(zhǎng)連接而CoAP是無(wú)連接。MQTT Client與Broker之間保持TCP長(zhǎng)連接，這種情形在NAT環(huán)境中也不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。若是在NAT環(huán)境下使用CoAP，就需要采取一些NAT穿透性措施。

MQTT是多個(gè)客戶端通過(guò)中央代理進(jìn)行消息傳遞的多對(duì)多協(xié)議，即消息不是直接從客戶端發(fā)送到客戶端，而是由客戶端發(fā)布到存儲(chǔ)在 MQTT 代理中的主題，客戶端可以通過(guò)訂閱一個(gè)或多個(gè)主題來(lái)接收消息。CoAP基本上就是一個(gè)在Server和Client之間傳遞狀態(tài)信息的單對(duì)單協(xié)議。

CoAP協(xié)議的應(yīng)用領(lǐng)域

CoAP協(xié)議幾乎已在所有行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，它提供輕量級(jí)、高效的方式來(lái)進(jìn)行通信和控制，適用于各種資源受限的環(huán)境，方便我們的生活和工作。

如：CoAP被廣泛用于連接和管理物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，因?yàn)樗p量級(jí)且能夠在受限的網(wǎng)絡(luò)和資源條件下高效運(yùn)行。這包括智能家居設(shè)備、傳感器、智能城市系統(tǒng)等。醫(yī)療設(shè)備和健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以使用CoAP進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控。這對(duì)于遠(yuǎn)程醫(yī)療保健和慢性病患者的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)非常有用。此外，在工業(yè)自動(dòng)化、智能交通系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等場(chǎng)景，CoAP協(xié)議同樣適用。