1. CoAP 协议概述

各位好，我是老赵。今天咱们开始聊 CoAP 协议。说实话，我第一次接触 CoAP 是在一个智能路灯项目里。当时客户要求设备端必须用 UDP，功耗要低，还得能跟云端 RESTful API 对接。HTTP 太重，MQTT 又不太适合那种请求-响应的场景。嗯，最后我选了 CoAP，效果还不错。

这一章咱们先把 CoAP 的底子打牢。我会从背景、特点、与 HTTP 的对比、协议栈架构这几个角度来讲。你不用担心听不懂，我会用我踩过的坑帮你理解。

1.1 CoAP 协议背景

CoAP 的全称是 Constrained Application Protocol，翻译过来就是“受限应用协议”。它由 IETF 的 CoRE 工作组制定，标准是 RFC 7252。

为什么要搞这么个协议？说白了，物联网设备太“穷”了。你想想看，一个温度传感器，RAM 可能只有几十 KB，CPU 主频几十 MHz，电池还得撑一年。HTTP 那套东西，光是 TCP 三次握手就能把设备搞死机。

我记得 2016 年有个项目，用 ESP8266 做数据采集，跑 HTTP 请求。结果呢？设备经常因为内存不足重启。后来换成 CoAP，同样的硬件，稳定运行了两年多。这就是 CoAP 的价值——让“穷”设备也能联网。

1.2 CoAP 协议特点

CoAP 的特点，我总结为“小而美”。咱们一条条来看。

• 基于 UDP：没有 TCP 三次握手的开销。但别担心可靠性，CoAP 自己实现了重传和确认机制。
• 轻量级头部：固定头部只有 4 字节。相比之下，HTTP 头部动辄几百字节。
• 支持 RESTful 架构：GET、POST、PUT、DELETE，跟 HTTP 一样。后端开发人员上手很快。
• 内置资源发现：通过 /.well-known/core 路径，客户端可以知道设备支持哪些资源。
• 异步消息：支持非确认消息，适合周期性上报数据的场景。
• 安全层 DTLS：这是咱们这门课的重点。CoAP 通过 DTLS 实现加密、认证和完整性保护。

1.3 CoAP 与 HTTP 对比

很多人问我：“CoAP 是不是就是 HTTP 的 UDP 版本？” 嗯，不完全对。咱们直接看对比表。

对比维度	HTTP	CoAP
传输层	TCP	UDP
头部大小	通常 200-800 字节	固定 4 字节
消息模型	请求/响应	请求/响应 + 异步通知
可靠性	TCP 保证	CoAP 自身重传机制
资源发现	无内置机制	内置 /.well-known/core
安全层	TLS	DTLS
适用设备	PC、手机、服务器	传感器、执行器、微控制器

你看，CoAP 不是简单地把 HTTP 搬到 UDP 上。它重新设计了消息格式，加入了资源发现，还支持观察模式——客户端可以“订阅”某个资源，资源变化时服务器主动推送。这个功能在 HTTP 里得靠 WebSocket 或者轮询才能实现。

1.4 CoAP 协议栈架构

CoAP 的协议栈分四层。我画了一张图，你一看就明白。

从上往下看：

• 应用层：咱们写的 CoAP 客户端/服务器代码就在这层。处理请求、构造响应、资源发现。
• 安全层（DTLS）：这是这门课的核心。DTLS 在 UDP 上实现了类似 TLS 的安全功能。握手、加密、认证都在这一层完成。
• 传输层（UDP）：CoAP 默认端口 5683（非安全），5684（DTLS 安全）。记住这两个端口，配置防火墙时用得上。
• 网络层（IPv6 / 6LoWPAN）：CoAP 原生支持 IPv6。在低功耗无线网络里，6LoWPAN 负责把 IPv6 包压缩到 IEEE 802.15.4 帧里。