## 前言 本文介紹什麼是CoAP，以及如何在物聯網裝置上使用它。CoAP是一種物聯網協議，具有一些專門為受約束的裝置而設計的有趣功能。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，物件，人員，裝置相互連線並交換資料。在此部落格中，我們從多個角度介紹了物聯網和開發物聯網專案，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](https://tools.ietf.org/html/rfc7252)中所定義。CoAP是一種低開銷的簡單協議，專門針對受限裝置（例如微控制器）和受限網路而設計。該協議用於M2M資料交換中，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： - 受限制的小型裝置的Web傳輸協議(類似於HTTP) - 非同步訊息交換 - 低開銷，非常易於解析 - URI和內容型別支援 - 代理和快取功能 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：**訊息負載**和**請求/響應**。訊息層處理UDP和非同步訊息。請求/響應層基於請求/響應訊息來管理請求/響應互動。 CoAP支援四種不同的訊息型別： - 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瞭解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)：傳送訊息的實體 - **收件人**(Recipient)：接受訊息的實體 - **客戶端**(Client)：傳送請求的實體和接受訊息的實體 - **伺服器**(Server)：接收來自客戶端的請求並向客戶端傳送迴響應的實體 ## CoAP訊息模型 這是CoAP的最低層。該層處理端點之間的UDP交換訊息。每個CoAP訊息都有一個唯一的ID。這對於檢測訊息重複很有用。CoAP訊息由以下部分構建： - 二進位制標誌頭 - 可選項 - 載荷訊息 稍後，我們將更詳細地描述訊息格式。 如前所述，CoAP協議使用兩種訊息： - 確認訊息 - 不可確認的訊息 可確認訊息是可靠訊息。在兩個端點之間交換訊息時，這些訊息可能是可靠的。在CoAP中，使用確認訊息（CON）獲得可靠的訊息。使用這種訊息，客戶端可以確保訊息將到達伺服器。反覆傳送確認訊息，直到另一方傳送確認訊息（ACK）。ACK訊息包含與確認訊息（CON）相同的ID。 下圖顯示了訊息交換過程：  如果伺服器在管理傳入請求時遇到問題，則可以傳送回Rest訊息（RST）而不是Acknowledge訊息（ACK）：  另一個訊息類別是“不可確認（NON）”訊息。這些是不需要伺服器確認的訊息。它們是不可靠的訊息，或者換句話說，這些訊息不包含必須傳遞給伺服器的關鍵資訊。包含從感測器讀取的值的訊息屬於此類別。 即使這些訊息不可靠，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）訊息傳送請求。根據伺服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。 如果伺服器可以立即響應客戶端請求，則如果使用確認訊息（CON）承載了請求，則伺服器將包含響應或錯誤程式碼的確認訊息傳送回客戶端：  如您在CoAP訊息中所注意到的，有一個令牌。令牌不同於訊息ID，它用於匹配請求和響應。 如果伺服器無法立即響應來自客戶端的請求，則它將傳送帶有空響應的確認訊息。一旦響應可用，伺服器就會向客戶端傳送一條新的Confirmable訊息，其中包含響應。此時，客戶端傳送回確認訊息：  如果來自客戶端的請求是使用不可確認訊息承載的，則伺服器將使用不可確認訊息進行應答。 ## CoAP訊息格式 本段涵蓋了CoAP訊息格式。到目前為止，我們已經討論了客戶端和伺服器之間交換的各種訊息。現在是時候分析訊息格式了。受限的應用程式協議是受限環境中的關鍵，因此，它使用緊湊的訊息。為了避免分段，訊息佔用UDP資料報的資料部分。一條訊息由幾個部分組成：  **Version**(VER)(2 bits): CoAP版本號 **Type**(2 bits) ​ 這描述了請求和響應著兩種訊息型別上下文的資料包訊息型別。 - 請求 - 0 : 可確認: 該訊息需要相應的確認訊息。 - 1 : 不可確認：此訊息不需要確認訊息。 - 響應 - 2 : 確認: 此訊息是確認可確認訊息的響應。 - 3 : 重置: 此訊息表明它已收到訊息，但無法處理。 **Token Length**(4 bits): 指示可變長度令牌欄位的長度，其長度可以為0-8位元組。 **Request/Response**(8 bits): CoAP請求/響應程式碼 **Message ID**(16 bits): 用於檢測訊息重複並將“確認/重置”型別的訊息與“確認” /“不可確認”型別的訊息進行匹配。：響應訊息將具有與請求相同的訊息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傳輸資訊。CoAP依靠UDP安全性方面來保護資訊。由於HTTP使用基於TCP的TLS，因此CoAP使用基於*UDP的資料報TLS。*DTLS支援RSA，AES等。無論如何，我們應該考慮在某些受限裝置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，並且受約束的裝置可能沒有足夠的資源來管理它。  分割線君 ------

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##  原始碼解析系列 ### a.『 準備篇 』 - :unlock: [《物聯網時代-Thingsboard原始碼分析-除錯環境除錯》](https://blog.mushuwei.cn/2018/07/21/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91%E6%97%B6%E4%BB%A3-Thingsboard%E6%BA%90%E7%A0%81%E5%88%86%E6%9E%90-%E8%B0%83%E8%AF%95%E7%8E%AF%E5%A2%83%E6%90%AD%E5%BB%BA/)
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### b.『裝置連線協議篇 』 - **MQTT**  協議 : [MQTT](http://mqtt.org/) 技術框架 : [Netty](https://netty.io/) - :unlock: [《MQTT入門篇》](https://blog.mushuwei.cn/2020/02/05/mqtt入門篇/)
- :unlock: [《物聯網時代-ThingsBoard原始碼分析-MQTT裝置連線協議-上》](https://blog.mushuwei.cn/2020/01/24/物聯網時代-ThingsBoard原始碼分析-MQTT裝置連線協議-上/)
- :closed_lock_with_key: [《物聯網時代-ThingsBoard原始碼分析-MQTT裝置連線協議-下》](https://blog.mushuwei.cn/2020/04/23/物聯網時代-ThingsBoard原始碼分析-MQTT裝置連線協議-下/)
- **CoAP** 協議 : [CoAP](https://coap.technology/) 框架: [Californium(cf)](https://www.eclipse.org/californium/) - :unlock: [《初識CoAP協議》](https://blog.mushuwei.cn/2020/04/30/%E5%88%9D%E8%AF%86CoAP%E5%8D%8F%E8%AE%AE/)
- :unlock: [《抓住CoAP協議的'心'》](https://blog.mushuwei.cn/2020/05/07/%E6%8A%93%E4%BD%8FCoAP%E5%8D%8F%E8%AE%AE%E7%9A%84-%E5%BF%83/)
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