CoAP（コアープ）
英語表記: CoAP (Constrained Application Protocol)
概要
CoAP（コアープ）は、メモリや処理能力、そして電力といったリソースが極めて限られた組み込み機器やIoTデバイスが、効率的にインターネットと通信するために設計された軽量なアプリケーション層プロトコルです。私たちが普段Webサイトの閲覧に使うHTTP（HyperText Transfer Protocol）と同じく「リソース指向」（RESTful）の構造を持ちますが、通信のオーバーヘッドを極限まで削減しているのが最大の特徴です。このプロトコルは、まさに「組み込み機器（IoTデバイス, マイコン）」が「インターネット接続」を行う際の、負担の少ない専用の通信手段として開発されました。
詳細解説
CoAPが、この「組み込み機器」のカテゴリでなぜ重要なのかを理解するには、従来のHTTPとの違いを知る必要があります。HTTPは非常に強力ですが、そのプロトコル構造や基盤となるTCP（Transmission Control Protocol）の接続確立プロセスは、小さなデバイスにとっては重すぎます。電池で数年間稼働させたいセンサーデバイスにとって、HTTPの複雑なヘッダー処理や接続維持は、致命的な電力消費につながってしまうのです。
軽量化の仕組み：UDPの採用
CoAPの最も革新的な点は、信頼性の高いTCPではなく、軽量でコネクションレスなUDP（User Datagram Protocol）を主にトランスポート層として利用していることです。
UDPはパケットの到達保証を行わないため、通常は信頼性が低いとされますが、CoAPはアプリケーション層で独自の信頼性確保メカニズムを実装しています。具体的には、「確認可能（Confirmable）」メッセージと「非確認可能（Non-confirmable）」メッセージを定義し、確認可能メッセージに対しては必ず受信側から「確認応答（ACK）」を返す仕組みを持っています。これにより、軽量性を保ちつつ、データの確実な配送を実現しています。これは非常に賢い設計だと思います。
メッセージ構造とRESTfulアーキテクチャ
CoAPは、HTTPと同じく、デバイス上のデータや機能を「リソース」として扱い、GET（取得）、POST（作成）、PUT（更新）、DELETE（削除）といった標準的なメソッドを使用して操作します。この点で、Webの技術者が馴染みやすい構造を維持しています。
しかし、メッセージ構造はHTTPと比べ物にならないほどシンプルです。
- ヘッダーの最小化: CoAPの基本ヘッダーはわずか4バイトです。HTTPでは数十バイト以上のヘッダーが必要であることを考えると、データ送信の効率が飛躍的に向上します。これは、特に通信帯域が狭い環境や、頻繁に少量のデータを送る「インターネット接続」のシーンで大きなメリットとなります。
- オブザーブ（Observe）機能: CoAPには、クライアントが特定のリソースを「監視」できる機能があります。一度リクエストを送るだけで、リソースの値が変化した際に、サーバー（IoTデバイス）側から自動的に通知が送られてきます。クライアントが頻繁に「データは変わったか？」と問い合わせる（ポーリング）必要がなくなるため、デバイス側もクライアント側も通信回数を減らすことができ、電力効率が向上します。
このようにCoAPは、組み込み機器がインターネットに接続し、データをやり取りする際の物理的・リソース的な制約を徹底的に考慮して設計された、まさに最適解の一つと言えるプロトコルなのです。
具体例・活用シーン
CoAPは、特に省電力性と効率的なデータ収集が求められる様々なIoT分野で活用されています。
- スマートシティの環境センサー:
街中に設置された多数の気温、湿度、PM2.5などの環境センサーが、電池駆動で長期間動作する場合、CoAPを用いて軽量なデータ送信を行います。センサーが取得したわずかなデータを、最小の電力でクラウド上のサーバーに「インターネット接続」させることが可能です。 - 産業用IoT（IIoT）の遠隔監視:
工場やプラント内の機器に搭載されたマイコンが、設備の稼働状況や異常値をリアルタイムで監視し、ゲートウェイ経由でクラウドに送信します。CoAPは応答時間が短く、効率的なため、データの遅延を許容しにくい産業用途にも適しています。 -
比喩：軽量な伝書鳩サービスとリムジン便の比較
私たちが日常利用するHTTP通信は、非常に丁寧で豪華な「リムジン便」のようなものです。大きな荷物（データ）を運ぶのに最適で、ドライバー（TCP）が道順や安全を厳密にチェックしてくれます。しかし、小さなメモ（数バイトのセンサーデータ）を送るためだけにリムジンを呼ぶのは、コスト（電力とオーバーヘッド）が高すぎます。一方、CoAPは、情報を最小限のメモに書き、訓練された「伝書鳩」（UDP）に託して運ぶサービスのようなものです。伝書鳩は高速で、必要なデータだけを運びます。万が一、途中で鳩が迷子になった場合（パケットロス）でも、「確認応答」の仕組みによって、送り主はすぐに別の鳩を送り直すことができます。CoAPは、小さな組み込み機器が、大きな負担なく確実に情報をインターネット（大都市）に届けるための、専用の高速・低燃費な配送システムだと考えると、その存在意義がよく理解できるのではないでしょうか。
資格試験向けチェックポイント
CoAPは、基本情報技術者試験や応用情報技術者試験において、IoTやネットワーク技術の知識を問う文脈で出題されることがあります。特に「組み込み機器（IoTデバイス）」の分野における「通信とネットワーク」の効率化技術として、以下のポイントは必ず押さえておきましょう。
- トランスポート層の選択（最重要項目）: CoAPが主にUDP（User Datagram Protocol）を利用するプロトコルであることを覚えてください。HTTPがTCPを利用するのに対し、CoAPがUDPを選択するのは、接続確立の手間やオーバーヘッドを減らし、軽量性を実現するためです。
- アーキテクチャ: HTTPと同様にRESTfulなリソース指向を採用しています。GET, POST, PUT, DELETEといったHTTPメソッドに対応するCoAPメソッドが存在します。
- 適用範囲: リソース制約の厳しい組み込み機器やIoTデバイス向けに設計されたプロトコルです。
- 信頼性の確保: UDPベースでありながら、独自の確認応答（ACK）メカニズムによって信頼性を担保しています。
- セキュリティ対策: CoAP通信を暗号化するために、UDPベースのセキュリティプロトコルであるDTLS (Datagram Transport Layer Security)が利用されます。CoAPがセキュリティを考慮していない、という選択肢は誤りであることが多いので注意が必要です。
- 対抗技術: IoTの軽量プロトコルとして、CoAPと並んでMQTT（メッセージキューイング・テレメトリー・トランスポート）が頻出します。CoAPがRequest/Responseモデルなのに対し、MQTTはPublish/Subscribeモデルであるという違いを明確にしておくと、応用的な問題にも対応できます。
