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CoAP协议

时间:2023-02-09 15:35:58浏览次数:40  
标签:选项 协议 ACK 报文 CoAP CON

1. CoAP协议概述

1.1 CoAP协议的产生

物联网的初衷之一就是通过大数据的采集分析去颠覆交通、运输、物流、能源等生产生活的每个方面。一般而言,物联网遇到的最大问题就是环境的不稳定性,例如没有稳定的电源。除此之外,无线网络的带宽、时延、丢包等问题都比较突出

1.2 CoAP协议的定义

CoAP是受限制的应用协议(Costrained Application Protocal)。对于那些物联网的设备而言接入互联网困难。在当前由PC机组成的世界,信息交换是通过TCP层和应用层协议HTTP实现的。对于物联网小型设备而言,实现TCP和HTTP协议显然是一个过分的要求,而CoAP这种轻量级协议可以更好的适配。
值得注意的是,CoAP并不能替代HTTP协议,但是对于那些小设备,如256KB Flash 32KB 20MHz主频,CoAP的确是一个更好的解决方案。

1.3 CoAP协议在NB-Iot网络协议栈中的位置

 

 

 

 

如上图所示,CoAP协议是一个应用层协议,基于UDP协议开发。而HTTP协议是基于TCP协议开发的。在传输层,UDP是一种不可靠传输协议,HTTP是一个可靠传输协议。

1.4 CoAP协议特点

CoAP协议网络传输层当前主要支持UDP。
CoAP是二进制的,HTTP是文本格式的,CoAP比HTTP更加紧凑。
轻量化,CoAP协议最小长度仅4个字节,一个HTTP的头部达几十个字节。
支持可靠传输、数据重传、块传输。确保数据可靠到达。
支持IP多播,即可以同时向多个设备发送请求。
非长连接通信,适用于低速率、低功耗物联网场景。
CoAP基于REST,服务器的资源地址和互联网一样也有类似URI的格式,客户端同样有POST、GET、PUT、DELETE方法来访问服务端,但是相对HTTP简化实现降低复杂度(代码更小,封包更小)

 

1.5 RESTful架构

REST(Representational State Transfer)是一种设计风格而不是标准。如果一个架构符合REST原则,我们就称它为RESTful架构,REST可以直译为表现层状态转化,表现层其实指的是资源的表现层。通俗来讲就是:资源在网络中某种表现形式进行状态转移,分解来看:

Resource:资源,即数据
Representational:某种表现形式,比如JSON,XML等
State Transfer:状态变化,通过POST GET PUT DELETE实现

 

2 CoAP协议报文结构

2.1 CoAP报文结构简介

和其他TCP IP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之间使用单字节0xFF分离。
CoAP协议报文第一行是消息头,必须有,且固定为4个byte,其他字段为可选。

 

 

 

  • Ver,2bits,版本编号,指示CoAP协议的版本号。类似于HTTP1.0,HTTP1.1。版本编号站两位
  • T:2bits,报文类型,CoAP协议定了4种不同类型的报文,包括CON,NON,ACK,RST这四种

 

 

 

  • TKL:Token Length,4bits,token的长度
  • Code,占8bit,其中前3bit为Class部分,后5bit为Detail部分,采用c.dd形式来描述,在CoAP请求报文中,Code表示请求方法,在CoAP响应报文中,Code表示影响状态

 

 

   

  • MessageID,报文序号,占2字节大段格式,一组对应的CoAP请求和响应使用相同的报文序号
  • Token,标签,长度由TKL标签长度确定,相当于资源的身份证,CoAP有三种不同的请求、响应模式:携带模式、分离模式、非确认模式、Token在分离模式中起重要作用,携带模式可以忽略。
  • Options,报文选项,通过报文选项可设定CoAP请求参数和负载媒体类型等。
  • 分隔符OxFF,占1字节
  • Payload,真正有用的被交互的数据

2.2 报文类型

 
CON:请求必须要接收者发送ACK或者RST确认,如果发送者在规定的时间内收到ACK或者RST,则会重发
NON:不需要接收者确认。
ACK:用于确认Message ID一致的CON报文,ACK的payload可能为空(在分离模式下)
RST:用于对应无法处理CON的报文,Messages ID需要与CON一致,且payload一定为空。

 

2.3 选项Options

选项Options由选项偏移量(Option Delta)、选项长度(Option Length)和选项值(Option Value)组成,CoAP不是直接确定选项值,而是用累加选项偏移量(Option Delta)的方式确认。

 

 

选项偏移量(Option Delete)

4bit无符号整数,0~12指示选项偏移量,13、14、15含义如下
13:Option Delete占8位无符号整数,此时选项偏移量为该8位无符号整数+13
14:Option Delete占16位无符号整数,此时选项偏移量为该16位无符号整数+269
15,保留

 

选项长度(Option Length)

4bit无符号整数,0~12指示选项偏移量,13,14,15无特殊含义
13:Option Length占8位无符号整数,此时选项偏移量为该8位无符号整数+13
14:Option Length占16位无符号整数,

 

选项定义
上面的选项偏移量(Option Delete)累加起来查这张表时对应的选项名称

 

 

3. 请求响应模式

3.1 携带模式

ACK的payload部分包含响应负载,最少需要2个报文。

 

 

3.2 分离模式

客户端同样发CON请求,服务器立刻会意ACK,但是ACK中没有payload,而是过段时间后服务器再回应CON,其中这个CON的Token要与客户端之前发送CON的token一致,该CON还包含payload,客户端收到后用ACK回应,至少需要4个报文。

 

 

3.3 非确认模式

这种客户端发送NON报文,不需要服务器回应。
在这里插入图片描述



3.4 CoAP重传机制

重传涉及3个参数

ACK_TIMEOUT响应等待超时时间,典型值2秒
ACK_RANDOM_FACTOR随机系数,典型值1.5
MAX_RETRANSMIT最大重传次数,典型值4
如果客户端在首次发送CON报文后,在ACK_TIMEOUT到ACK_TIMEOUT*ACK_FACTOR之间还没有收到ACK,或RST报文,则重发CON报文,下一次的等待时间计算中,ACK_RANDOM_FACTOR是上次的2倍。一个报文最多会被发1+MAX_RETRANSMIT次

 

原文链接:https://blog.csdn.net/weixin_43662090/article/details/120515121

标签:选项,协议,ACK,报文,CoAP,CON
From: https://www.cnblogs.com/TodayWind/p/17105441.html

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