CoAP | 物联网中的RESTful架构实现

1. HTTP—RESTful架构的实现

说起HTTP，相信大家都不陌生，HTTP全称 Hyper Text Transfer Protocol，即超文本传输协议。

平常我们访问网站http://www.baidu.com/index.html，其实就是使用HTTP协议，获取（GET）互联网上的www.baidu.com/index.html的这个文件内容，在浏览器中显示：

在广泛使用的HTTP之后，还有一个巧妙的REST架构却鲜为人知~

REST全称是Representational State Transfer，中文意思是表现层状态转移，REST指的是一组架构约束条件和原则，如果一个架构符合REST的约束条件和原则，我们就称它为RESTful架构。

REST架构与HTTP之间并不能画上等号，但是目前HTTP是一个REST架构相关的实例， 所以通常描述的REST就是通过HTTP实现的REST。

2. 对RESTful架构的理解

以下对RESTful的理解来自阮一峰的博客：理解RESTful架构。

REST这个词，是Roy Thomas Fielding在他2000年的博士论文中提出的，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。

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。

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。

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。

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"。

用一句话概括就是：

URL用来定位资源(表现层)，HTTP动词 (GET、POST、PUT、DELETE) 用来描述对该资源的操作。

3. 物联网中的REST架构实现 — CoAP

为什么要在物联网中实现REST架构，原因有下：

• ①不用保持长连接

在物联网设备中，有些设备不需要保持一直在线，使用MQTT协议造成资源的大量浪费，
比如智能水表，智慧运输，只需要每隔一定时间将数据上报即可，所以保持一直在线没有必要；

• ② 幂等性

由于嵌入式设备的特殊性，经常容易造成断网、重启等状况，所以要保证服务器的资源无论被操作多少次之后都是一样的，不会被改变（指异常改变）；

• ③ 轻量级

嵌入式设备中存储资源和带宽都是受限的，所以协议的数据包一定要紧凑，节省，高效；

• ④ 裁剪性强

物联网设备上报数据和下发命令在出厂后可能要进行升级，协议要能方便的扩展指令或者删减指令，在REST架构中，这一点完全可以通过设计合适的URI解决。

综合以上需求，CoAP协议诞生了，Constrained Application Protocol，即受限制的应用协议，上面这些需求，也正是CoAP的特点，在CoAP协议中：

• 使用请求/响应的通信机制（不保持长连接）；
• 使用UDP来传输数据报文（减小报文长度）；
• 通过URI来唯一确定云端资源；
• 通过PUT/POST/GET/DELETE方法对云端资源进行操作；

最后举一个生动形象的例子，比如要使用CoAP协议上报温度数据的设计可以是：

设备发起请求，使用PUT方法向URI<服务器地址>:5683/data/temperature处的资源上传数据30，表示当前上报温度值30，然后等待服务端的回应即可。