پروتکل برنامه‌های محدودشده

پروتکل برنامه‌های محدودشده (به انگلیسی: Constrained Application Protocol) یا به اختصار (CoAP) یک پروتکل نرم‌افزاری اینترنتی ویژه است که در RFC 7252 به‌طور دقیق تعریف شده؛ که قادر می‌سازد تعدادی دستگاه محدود را که در شبکه node نامیده می‌شوند به شبکه وسیع تری دست پیدا کنند که همگی از یک پروتکل استفاده می‌کنند. CoAP برای استفاده بین دستگاه‌ها در یک شبکه محدود، (به عنوان مثال شبکه‌های کم مصرف، شبکه‌های با اتلاف بالا) بین دستگاه‌ها و nodeهای اصلی در اینترنت، بین دستگاه‌ها در شبکه‌های محدود مختلف که به اینترنت متصل هستند، طراحی شده‌است.CoAP از طریق مکانیسم‌های دیگر مانند اس‌ام‌اس در موبایل، شبکه‌های مخابراتی و… نیز استفاده می‌شود.

CoAP یک پروتکل سرویس لایه است که برای استفاده از منابع محدود و دستگاه‌های اینترنتی در نظر گرفته شده‌است، مانند حسگر بی‌سیم شبکه. CoAP به گونه ای طراحی شده‌است به راحتی به HTTP ترجمه می‌شود. تا به سادگی وب سایت‌ها قرار گیرد، در عین حال با توجه به نیازهای تخصصی را پاسخ گو است که از قبیل :پشتیبانی از چندپخشی، کم بودن تداخلات و سادگی. چندبخشی بودن، تداخلات کم و سادگی، برای اینترنت اشیاء (IoT) و ارتباط ماشین به ماشین (M2M) بسیار مهم هستند چرا که تمایل به تعبیه عمیق در دستگاهایی با تغذیه و حافظه بسیار کمتر از دستگاه سنتی اینترنتی را دارند؛ بنابراین بهره‌وری بسیار مهم است. CoAP می‌تواند بر روی اکثر دستگاه‌هایی که پشتیبانی از بی‌سیم یا بی‌سیم آنالوگ اجرا شود.

(Internet Engineering Task Force (IETF محیط‌های کاری (RESTful (Representational state transfer توسط گروه (CoRE) انجام داده‌است عمده این استانداردسازی کار برای این پروتکل است. به منظور ایجاد پروتکل مناسب برای IoT و M2M برنامه‌های مختلف ویژگی‌های جدید اضافه شده‌اند. هسته اصلی این پروتکل، در RFC 7252 مشخص شده؛ الحاقات مهمی و در مراحل مختلف استانداردسازی این روند هستند.

ویژگی‌ها

nodeها اغلب دارای میکروکنترلر ۸ بیتی با مقدار کمی از ROM و RAM هستند در حالی که شبکه‌های محدود مانند IPv6 بیش Low-Power Wireless Personal Area Networks (6LoWPANs) اغلب بسته با نرخ خطای بالا هستند. این پروتکل برای طراحی ماشین به ماشین (M2M) و برنامه‌های کاربردی مانند انرژی هوشمند و اتوماسیون ساختمان طراحی شده‌است. [۱]

گروهCoAP , CoRE را با ویژگی‌های زیر طراحی کردند:

• Overhead and parsing complexity.
• URI and content-type support.
• Support for the discovery of resources provided by known CoAP services.
• Simple subscription for a resource, and resulting push notifications.
• Simple caching based on max-age.

طراحی CoAP با HTTP نیز تعریف شده، که اجازه می‌دهد پروکسی ای ساخته شود تا دسترسی به منابع CoAP از طریق HTTP را در یک راه ممکن سازد.

با معرفی ای از CoAP، شبکه کاملی از پروتکل قابل دسترس عموم قرار گرفت تا بتوان با استانداردهای مناسب دستگاه‌ها محدود کرد و محیط‌هایی را قابل دسترس کند.

از دیدگاه معماری، CoAP server در آخرین node نصب خواهد شد، که می‌تواند یک سنسور باشد. از سوی دیگر این CoAP client باید بر بر روی کنترلر نصب شده باشد، که چندین node پایانی را مدیریت کند.

Message formats

CoAP از دو نوع پیام استفاده می‌کند: درخواست و پاسخ(requests and responses)، با استفاده از یک روش ساده باینری با یک هِدر مشخص. هدر پایه ممکن است با گزینه‌هایی نوع-ارزش فرمت بهینه شده باشد.CoAP به‌طور پیش فرض محدود به UDP و به صورت اختیاری به DTLS ارتقا میابد تا سطح بالایی از ارتباطات ایمن را فراهم کند.

هر بایت بعد از این هدرها در این بسته حاوی پیام بدنه (پیام اصلی) است. طول پیام بدنه توسط نمودار داده‌ها تعیین می‌شود. زمانی که به UDPمحدود می‌شود، کل پیام باید نمودار داده(datagram) قرار داده شود. هنگامی که از 6LoWPAN استفاده می‌شود، همان‌طور که در RFC 4944 تعریف شده، پیام‌ها باید در یک قاب IEEE 802.15.4 قرار گیرند تا تقسیم‌بندی بسته‌ها را به حداقل برسانند.

CoAP Request/Response Code

بایت
۰	۱	۲	۳	۴	۵	۶	۷
کلاس			کد

و در اسناد و مدارک است که معمولاً مورد اشاره در این قالب `<class>`. `<کد>`

CoAP Registed Codes

شما می‌توانید تمام آخرین CoAP ثبت نام کد: https://www.iana.org/assignments/core-parameters/core-parameters.xhtml#codes

* Method: 0.XX

 - 0: EMPTY

 - 1: GET

 - 2: POST

 - 3: PUT

 - 4: DELETE

 - 5: FETCH

 - 6: PATCH

 - 7: iPATCH

* Success: 2.XX

 - 1: Created

 - 2: Deleted

 - 3: Valid

 - 4: Changed

 - 5: Content

 - 31: Continue

* Client Error: 4.XX

 - 0: Bad Request

 - 1: Unauthorized

 - 2: Bad Option

 - 3: Forbidden

 - 4: Not Found

 - 5: Method Not Allowed

 - 6: Not Acceptable

 - 8: Request Entity Incomplete

 - 9: Conflict

 - 12: Precondition Failed

 - 13: Request Entity Too Large

 - 15: Unsupported Content-Format

* Server Error: 5.XX

 - 0: Internal Server Error

 - 1: Not Implemented

 - 2: Bad Gateway

 - 3: Service Unavailable

 - 4: Gateway Timeout

 - 5: Proxying Not Supported

* Signaling Codes: 7.XX

 - 0: Unassigned

 - 1: CSM

 - 2: Ping

 - 3: Pong

 - 4: Release

 - 5: Abort

CoAP ساختار پیام

CoAP ساختار پیام

بایت								بایت								بایت								بایت
۰	۱	۲	۳	۴	۵	۶	۷	۰	۱	۲	۳	۴	۵	۶	۷	۰	۱	۲	۳	۴	۵	۶	۷	۰	۱	۲	۳	۴	۵	۶	۷
VER		نوع		TKL (Token ظهر)				CoAP درخواست/کد پاسخ								پیام شناسه
رمز (در صورت وجود در TKL بایت) (حداکثر ۸ بایت)
گزینه (اگر در دسترس است) (گزینه شماره: https://www.iana.org/assignments/core-parameters/core-parameters.xhtml#option-numbers)
۱	۱	۱	۱	۱	۱	۱	۱	حمل بار (اگر در دسترس است)

این CoAP هدر ثابت است ۴ بایت. این اجازه می‌دهد تا برای کوچکترین CoAP پیام به ۴ بایت طول دارد اگر حذف رمز و گزینه‌های حمل بار.

شما به راحتی می‌توانید استخراج اطلاعات از هدر ثابت در C از طریق این ماکروها:

#define COAP_HEADER_VERSION(data) ( (0xC0 & data[0])>>6 )
#define COAP_HEADER_TYPE(data) ( (0x30 & data[0])>>4 )
#define COAP_HEADER_TKL(data) ( (0x0F & data[0])>>0 )
#define COAP_HEADER_CLASS(data) ( ((data[1]>>5)&0x07) )
#define COAP_HEADER_CODE(data) ( ((data[1]>>0)&0x1F) )
#define COAP_HEADER_MID(data) ( (data[2]<<8)|(data[3]) )

پیاده‌سازی‌ها

نام	زبان برنامه نویسی	Implemented CoAP version	Client/Server	Implemented CoAP features	License	Link
aiocoap	Python 3	RFC 7252	Client + Server	Blockwise Transfers, Observe (partial)	MIT	https://pypi.python.org/pypi/aiocoap
Californium	Java	RFC 7252	Client + Server	Observe, Blockwise Transfers, DTLS	EPL+EDL	https://web.archive.org/web/20181207034534/http://www.eclipse.org/californium/
cantcoap	C++/C	RFC 7252	Client + Server	BSD	https://github.com/staropram/cantcoap
Canopus	Go	RFC 7252	Client + Server	Core	Apache License 2.0	https://github.com/zubairhamed/canopus
CoAP implementation for Go	Go	RFC 7252	Client + Server	Core + Draft Subscribe	MIT	https://github.com/dustin/go-coap
CoAP.NET	C#	RFC 7252, coap-13, coap-08, coap-03	Client + Server	Core, Observe, Blockwise Transfers	3-clause BSD	https://github.com/smeshlink/CoAP.NET
CoAPSharp	C#, .NET	RFC 7252	Client + Server	Core, Observe, Block, RD	LGPL	http://www.coapsharp.com
CoAPthon	Python	RFC 7252	Client + Server + Forward Proxy + Reverse Proxy	Observe, Multicast server discovery, CoRE Link Format parsing, Block-wise	MIT	https://github.com/Tanganelli/CoAPthon
Copper	JavaScript (Browser Plugin)	RFC 7252	Client	Observe, Blockwise Transfers	3-clause BSD	https://github.com/mkovatsc/Copper https://addons.mozilla.org/firefox/addon/copper-270430/
eCoAP	C	RFC 7252	Client + Server	Core	MIT	https://gitlab.com/jobol/ecoap
Erbium for Contiki	C	RFC 7252	Client + Server	Observe, Blockwise Transfers	3-clause BSD	http://www.contiki-os.org/ (er-rest-example)
iCoAP	Objective-C	RFC 7252	Client	Core, Observe, Blockwise Transfers	MIT	https://github.com/stuffrabbit/iCoAP
jCoAP	Java	RFC 7252	Client + Server	Observe, Blockwise Transfers	Apache License 2.0	https://code.google.com/p/jcoap/
libcoap	C	RFC 7252	Client + Server	Observe, Blockwise Transfers, DTLS	BSD/GPL	https://github.com/obgm/libcoap
LibNyoci	C	RFC 7252	Client + Server	Core, Observe, Block, DTLS	MIT	https://github.com/darconeous/libnyoci
lobaro-coap	C	RFC 7252	Client + Server	Observe, Blockwise Transfers	MIT	http://www.lobaro.com/lobaro-coap
microcoap	C	RFC 7252	Client + Server	MIT	https://github.com/1248/microcoap
nCoap	Java	RFC 7252	Client + Server	Observe, Blockwise Transfers, CoRE Link Format, Endpoint-ID-Draft	BSD	https://github.com/okleine/nCoAP
node-coap	Javascript	RFC 7252	Client + Server	Core, Observe, Block	MIT	https://github.com/mcollina/node-coap
Ruby coap	Ruby	RFC 7252	Client + Server (david)	Core, Observe, Block, RD	MIT, GPL	https://github.com/nning/coap%7B%7Bسخ}}https://github.com/nning/david
Sensinode C Device Library	C	RFC 7252	Client + Server	Core, Observe, Block, RD	Commercial	https://silver.arm.com/browse/SEN00
Sensinode Java Device Library	Java SE	RFC 7252	Client + Server	Core, Observe, Block, RD	Commercial	https://silver.arm.com/browse/SEN00
Sensinode NanoService Platform	Java SE	RFC 7252	Cloud Server	Core, Observe, Block, RD	Commercial	https://silver.arm.com/browse/SEN00
SwiftCoAP	Swift	RFC 7252	Client + Server	Core, Observe, Blockwise Transfers	MIT	https://github.com/stuffrabbit/SwiftCoAP
TinyOS CoapBlip	nesC/C	coap-13	Client + Server	Observe, Blockwise Transfers	BSD	https://web.archive.org/web/20130312140509/http://docs.tinyos.net/tinywiki/index.php/CoAP
txThings	Python (Twisted)	RFC 7252	Client + Server	Blockwise Transfers, Observe (partial)	MIT	https://github.com/mwasilak/txThings/
FreeCoAP	C	RFC 7252	Client + Server + HTTP/CoAP Proxy	Core, DTLS, Blockwise Transfers	BSD	https://github.com/keith-cullen/FreeCoAP
coap-rs	Rust	RFC 7252	Client + Server	MIT	https://github.com/Covertness/coap-rs
YaCoAP	C	MIT	https://github.com/RIOT-Makers/YaCoAP

Proxy implementations

• Squid 3.1.9 with transparent HTTP-CoAP mapping module http://telecom.dei.unipd.it/pages/read/90/
• jcoap Proxy https://code.google.com/p/jcoap/
• Californium cf-proxy https://github.com/mkovatsc/Californium
• CoAPthon https://github.com/Tanganelli/CoAPthon
• FreeCoAP https://github.com/keith-cullen/FreeCoAP

جستارهای وابسته

• Internet of Things
• OMA Lightweight M2M
• Web of Things