Coap协议学习（一）

1、什么是CoAP?

互联网的 WEB 已经无处不在，这些 WEB 服务又依赖于 WEB 的 REST 架构。

为了在大多的受限制节点上(例如 RAM 和 ROM 很有限的8位单片机)以及受限制网络上(例如 6LoWPAN)也能实现 REST 架构，人们着手处理“受限制的RESTful环境”，即CoRE。如6LoWPAN的受限网络支持将IPv6数据分成小包，但是这也极大降低的传输效率。CoAP的一个设计目标是保持很小的消息开销，因此限制了分包传输的需求。

CoAP 的主要目标之一是设计一个通用的 Web 协议，以满足这种受限环境的特殊要求，特别是考虑到能源，楼宇自动化和其他 M2M 应用。 CoAP 的目标不是盲目地压缩 HTTP [RFC2616]，而是实现REST的一个通用 HTTP 子集，但针对 M2M 应用进行了优化。 虽然 CoAP 可用于将简单的 HTTP 接口转换为更紧凑的协议，但更重要的是，它还提供了 M2M 的功能，如内置发现，多播支持和异步消息传输。

本文档定义了 CoAP 协议，它可以很容易转换为 HTTP，以便集成到现有Web，同时它还能满足很多特殊要求，诸如组播支持，非常低的开销以及针对受限环境和M2M应用程序做了简化等。

2、什么是 ReST

这里最核心的一点是，大家必须先了解 REST。体会到 WEB 世界里 ReST 的种种优点，我们才能明白先驱们为何拼命要在物联网的世界里也实现一套 ReST。

二、名称
Fielding将他对互联网软件的架构原则，定名为REST，即Representational State Transfer的缩写。我对这个词组的翻译是"表现层状态转化"。
如果一个架构符合REST原则，就称它为RESTful架构。
要理解RESTful架构，最好的方法就是去理解Representational State Transfer这个词组到底是什么意思，它的每一个词代表了什么涵义。如果你把这个名称搞懂了，也就不难体会REST是一种什么样的设计。

三、资源（Resources）
REST的名称"表现层状态转化"中，省略了主语。"表现层"其实指的是"资源"（Resources）的"表现层"。
所谓"资源"，就是网络上的一个实体，或者说是网络上的一个具体信息。它可以是一段文本、一张图片、一首歌曲、一种服务，总之就是一个具体的实在。你可以用一个URI（统一资源定位符）指向它，每种资源对应一个特定的URI。要获取这个资源，访问它的URI就可以，因此URI就成了每一个资源的地址或独一无二的识别符。
所谓"上网"，就是与互联网上一系列的"资源"互动，调用它的URI。

四、表现层（Representation）
"资源"是一种信息实体，它可以有多种外在表现形式。我们把"资源"具体呈现出来的形式，叫做它的"表现层"（Representation）。
比如，文本可以用txt格式表现，也可以用HTML格式、XML格式、JSON格式表现，甚至可以采用二进制格式；图片可以用JPG格式表现，也可以用PNG格式表现。
URI只代表资源的实体，不代表它的形式。严格地说，有些网址最后的".html"后缀名是不必要的，因为这个后缀名表示格式，属于"表现层"范畴，而URI应该只代表"资源"的位置。它的具体表现形式，应该在HTTP请求的头信息中用Accept和Content-Type字段指定，这两个字段才是对"表现层"的描述。

五、状态转化（State Transfer）
访问一个网站，就代表了客户端和服务器的一个互动过程。在这个过程中，势必涉及到数据和状态的变化。
互联网通信协议HTTP协议，是一个无状态协议。这意味着，所有的状态都保存在服务器端。因此，如果客户端想要操作服务器，必须通过某种手段，让服务器端发生"状态转化"（State Transfer）。而这种转化是建立在表现层之上的，所以就是"表现层状态转化"。
客户端用到的手段，只能是HTTP协议。具体来说，就是HTTP协议里面，四个表示操作方式的动词：GET、POST、PUT、DELETE。它们分别对应四种基本操作：GET用来获取资源，POST用来新建资源（也可以用于更新资源），PUT用来更新资源，DELETE用来删除资源。

六、综述
综合上面的解释，我们总结一下什么是RESTful架构：
　　（1）每一个URI代表一种资源；
　　（2）客户端和服务器之间，传递这种资源的某种表现层；
　　（3）客户端通过四个HTTP动词，对服务器端资源进行操作，实现"表现层状态转化"。

我看到还有1句话的总结：URL定位资源(表现层)，用HTTP动词 (GET、POST、PUT、DELETE) 描述操作。

按照这种风格来设计的系统，我觉得有两个较大的优点：

1.安全性、幂等性。规范化的 URL 和操作，这样大多数操作，无论操作多少次，结果都是一样的，也就是传说的幂等性。如 Get 查询某个状态、PUT 更新某个状态、DELETE 删除某个资源，甚至是 POST 创建某个资源。这样在网络不可靠的情况下，整个系统也能安全稳定地运行。

2.可拓展性强。资源的各种表现层是相互独立的，耦合性很低，系统有新增新的资源和表现层都很方便。

 

3、 HTTP for IoT

在物联网领域的协议最好能继承该优点。

1.安全性、幂等性。在NB-IoT等低功耗设备中，通常不能使用TCP长连接。它的传输必须高效，弱化对连接的依赖，网络不稳定时也不影响系统运行。

2.可拓展性。一个 Server 可能会逐步增加各类型设备，所以这也是各个物联网平台使用 CoAP 的最主要原因。

所以，对于物联网设备而言，如果能简化出 REST 的一个通用 HTTP 子集，便于与已有的 WEB 体系转化，那就是最好的选择。

这便是 CoAP 的设计初衷

4、CoAP 的特点

CoAP 具有如下特点(官方介绍)：

1、在受限环境中满足M2M要求的Web协议。
2、支持可靠性的UDP [RFC0768]绑定，支持单播和多播请求。
3、异步消息交换。
4、低头部开销和解析复杂性。// 受限设备要求。
5、支持 URI 和 Content-type。// 开发者喜欢。
6、简单的代理和缓存功能。
7、无状态 HTTP 映射，允许构建代理，以统一方式通过 HTTP 访问 CoAP 资源，或者通过 CoAP 变换实现 HTTP 简单接口。
8、支持对数据报传输层安全（DTLS）[RFC6347] 的绑定

5、小结

ReST 风格的 HTTP 协议广泛存在于 WEB 世界中，由于它的种种优点，人们在物联网世界里也拼命实现了一套 HTTP 子集，可方便和现有 WEB 体系转化，继承了它的优点，同时针对受限的物联网设备做了优化。这便是 CoAP 协议。