1.CoAP协议简介
- Coap是一种在物联网世界的类web协议，它的详细规范定义在 RFC 7252。COAP名字翻译来就是“受限应用协议”，顾名思义，使用在资源受限的物联网设备上。物联网设备的ram，rom都通常非常小，不能运行TCP和HTTP协议
2.CoAP协议特点
- 基于消息模型,以消息为数据通信载体，通过交换网络消息来实现设备间数据通信
- 对云端设备资源操作都是通过请求与响应机制来完成，类似 HTTP，设备端可通过4个请求方法（GET, PUT, POST, DELETE）对服务器端资源进行操作；
- 协议包轻量，最小长度仅为 4B；
- 支持可靠传输，通过确认和数据重传确保数据可靠到达；
- 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，适用于低功耗物联网场景,因为其基于UDP协议,为短连接
3.CoAP协议数据包分析
1.CoAP数据包报文解析
1.CoAP消息头
- CoAP消息传输是基于UDP的,即其上层为UDP协议.UDP数据包有报头和数据内容,其中数据内容里面就封装了CoAP消息,此处重点分析CoAP报文
-
CoAP报文格式如图
1.Ver(2bit)为版本号用于指示CoAP协议的版本号
2.T(2bit)为CoAP协议定了4种不同形式的报文，CON报文，NON报文，ACK报文和RST报文。
| T | 名称 |
|---|---|
| 0 | CON 报文：需要被接受者确认，即每一个 CON报文都需要对应一个 ACK 报文或 RST 报文 |
| 1 | NON报文：不需要被确认的报文，常用于传感器一类只需单向传送数据的应用场景，纯单向传输，不需要应答，收不到也不管 |
| 2 | ACK报文：应答报文用于确认 CON 报文，用于确认 CON 报文 |
| 3 | RST报文：当服务器收到一个 CON 报文，如果报文中出现上下文缺失，导致无法处理时，服务器将返回一个 RST 报文。让客户端再发一次 |
3.TKL(4bit):Token Length即CoAP标识符长度。CoAP协议中具有两种功能相似的标识符，一种为Message ID(报文编号)，一种为Token(标识符)。其中每个报文均包含消息编号，但是标识符对于报文来说是非必须的。
4.Code(8bit):请求码/响应码。Code在CoAP请求报文和响应报文中具有不同的表现形式，Code占一个字节，它被分成了两部分，前3位一部分，后5位一部分.为了方便描述它被写成了c.dd结构。其中0.XX表示CoAP请求的某种方法，而2.XX、4.XX或5.XX则表示CoAP响应的某种具体表现。
请求码:
| Code | 请求方式 |
|---|---|
| 0.00 | 空 |
| 0.01 | GET |
| 0.02 | POST |
| 0.03 | PUT |
| 0.04 | DELETE |
响应码:
2.xx:代表请求已成功被服务器接收、理解、并接受
4.xx:代表了客户端可能发生了错误
5.xx:代表了服务器在处理请求的过程中有错误或者异常状态发生，也有可能是服务器的软硬件资源无法完成对请求的处理.
5.Message ID(16bit):报文编号,每条消息的ID唯一
6.Token:可有可无,标识符具体内容，通过TKL指定Token长度。通过token，客户端收到响应后，取出Token，就可以知道该响应是针对之前哪个请求回复的。
7.Options:报文选项，通过报文选项可设定CoAP主机，CoAP URI，CoAP请求参数和负载媒体类型等等。
其中关注Option Length和Option Value,前者表示资源路径长度,后者指具体资源路径
8.1111 1111:CoAP报文和具体负载之间的分隔符。
2.CoAP消息体:
-
Payload:实际携带数据内容， 若有携带数据， 前面加payload 标志 OxFF。
2.测试环境搭建
- 我们在本地端通过python搭建一个客户端和服务端,其中客户端每5秒向服务端发送一次数据,数据内容为Hello world!
- 具体搭建过程参考:https://blog.csdn.net/qq_38113006/article/details/105859481
3.CoAP数据包获取
- 通过Wireshark抓包获取
运行Python端程序后开始抓包,添加如下过滤规则udp.port == 5683,其中5683为CoAP协议默认端口 - 之后可获取如下数据包
42 03 c7 73 66 76 b5 62 61 73 69 63 ff 48 65 6c 6c 6f 20 77 6f 72 6c 64 21 - 具体解析如下
| 数据包 | 含义 |
|---|---|
| 42 | 版本号为1且为CON报文 |
| 03 | PUT请求 |
| c7 73 | Message ID |
| 66 76 | Token |
| b5 | Option Delta:11 Option length:5字节 |
| 62 61 73 69 63 | 资源路径名,此处为"basic" |
| ff | 分隔符 |
| 48 65 6c 6c 6f 20 77 6f 72 6c 64 21 | 发送的消息:"Hello world!" |
4.UDP模拟CoAP
1.本地测试
- 直接打开网络调试工具,创建一个客户端,在Python端运行服务器程序,之后将上面数据包直接当作UDP数据包发送,此时会发现服务器收到了数据
网络调试工具配置如下:
2.远程测试:
- 通过EMQ的coap插件将CoAP协议数据转成MQTT数据,方便上层软件进行MQTT订阅
- 发送消息路径path命名规则如下:
/mqtt/{any_topicname}?c={clientid}&u={username}&p={password}
any_topicname:发布的主题
clientid:客户端ID,此项不可重复
username:用户名
password:密码
示例:/mqtt/topic1?c=client1&u=tom&p=secret
