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；對于這類設(shè)備來說，想要直接使用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的TCP和HTTP來實現(xiàn)設(shè)備信息交換是不現(xiàn)實的，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)議是一個應(yīng)用層協(xié)議，基于傳輸層UDP而開發(fā)，而MQTT/HTTP協(xié)議則是基于TCP開發(fā)的。它采用了與HTTP類似的特征，同時又彌補了UDP傳輸?shù)牟豢煽啃浴τ谖锫?lián)網(wǎng)小型設(shè)備而言，CoAP協(xié)議是一個極佳的選擇，CoAP這種輕量級協(xié)議可以很好地適配資源受限的設(shè)備和場景。

CoAP協(xié)議特點

CoAP 參考了很多 HTTP 的設(shè)計思路，同時也根據(jù)受限資源限制設(shè)備的具體情況改良了諸多的設(shè)計細節(jié)，增加了很多實用的功能。以下是關(guān)于其特點的簡易介紹。

（1）輕量級

CoAP協(xié)議的設(shè)計非常簡單，使用的頭部和選項字段較少，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上運行，而不是TCP。這使得它更適用于無連接、低延遲和高效率的通信。此外，CoAP還支持對消息的可靠性傳輸，通過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的請求-響應(yīng)模型。它支持GET、POST、PUT和DELETE等常用的HTTP方法，以進行資源的讀取、創(chuàng)建、更新和刪除。

RESTful架構(gòu)*：REST（Representational State Transfer）是一種設(shè)計風(fēng)格而不是標(biāo)準(zhǔn)，如果一個架構(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)議針對資源受限設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)進行了優(yōu)化，具有低能耗和低帶寬消耗的特性。它使用了一些機制，如觀察（Observing）和分組（Grouping），以減少通信的開銷。

（5）資源標(biāo)識符

CoAP使用統(tǒng)一資源標(biāo)識符（URI）來標(biāo)識資源，這樣客戶端可以通過URI來定位和操作特定資源。這與HTTP的URL類似。

（6）支持IP多播

允許一對多的通信，這對于物聯(lián)網(wǎng)中的多個設(shè)備同時接收更新非常有用。

一對多通信

（7）可靠性

CoAP協(xié)議支持可靠傳輸，通過使用重傳和確認(rèn)機制來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CoAP通信的機密性和完整性。

CoAP與DTLS結(jié)合

（9）自定義選項

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

CoAP協(xié)議 VS MQTT協(xié)議

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

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，因為CoAP內(nèi)置發(fā)現(xiàn)支持和內(nèi)容協(xié)商，這樣便能允許設(shè)備相互窺測以找到數(shù)據(jù)交換的方式。

MQTT是長連接而CoAP是無連接。MQTT Client與Broker之間保持TCP長連接，這種情形在NAT環(huán)境中也不會產(chǎn)生問題。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是多個客戶端通過中央代理進行消息傳遞的多對多協(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)布到存儲在 MQTT 代理中的主題，客戶端可以通過訂閱一個或多個主題來接收消息。CoAP基本上就是一個在Server和Client之間傳遞狀態(tài)信息的單對單協(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、高效的方式來進行通信和控制，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，因為它輕量級且能夠在受限的網(wǎng)絡(luò)和資源條件下高效運行。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)測系統(tǒng)可以使用CoAP進行數(shù)據(jù)傳輸和遠程監(jiān)控。這對于遠程醫(yī)療保健和慢性病患者的遠程監(jiān)測非常有用。此外，在工業(yè)自動化、智能交通系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)和環(huán)境監(jiān)測等場景，CoAP協(xié)議同樣適用。