《工业通信与网络技术》补考试题-答案 5

院系院系学号姓名…………密………………封………………线………………… 第8页（共9页） 第7页（共9页）哈尔滨工业大学2018学年春工业通信与网络技术试题B题号一二三四五六七八九十总分得分阅卷人院系院系学号姓名……………密………封………线………………… 第1页（共9页）本题得分一、简答题（共56分）1、按照国际标准IEC61158给出现场总线的定义。（本题4分）答：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。2、多种国际标准现场总线并存的原因是什么？（本题6分）答：①各大公司为了从自己专用的技术中取得更多、更大的利润，并不迫切希望现场总线早日问世；②他们不得不开发打破垄断、全面开放的现场总线，与其自身利益相矛盾，是无奈之举；③一旦国际标准与其技术产品不符，就投反对票；④一些小国在技术、经济上依附于大国，投票中摇摆，不能自主；⑤IEC是多极化组织，代表分别来自各大国及各大公司，斗争的复杂性反复性不可避免；⑥技术上，没有一种现场总线对所有领域都是最好的。3、简述服务与协议的关系。（本题6分）答：服务与协议是两个完全不同的概念。服务是底层的协议向上层协议提供的一组原语（操作），尽管服务定义了该层能够代表他的上层完成的操作，但丝毫也未涉及这些操作是如何完成的。服务定义了两层之间的接口，上层是服务用户，下层是服务提供者。协议是定义同层对等实体之间交换的帧、报文、分组的格式及意义的一组规则，实体可以任意改变他们的协议。这样，服务和协议就被完全分离开来。或（服务通过协议完成，协议通过服务体现；服务代表功能、能力，协议代表标准化；用户只能见到服务；协议控制同层实体间的通信，服务由下层向上层提供。4、比较OSI参考模型与TCP／IP参考模型，给出其异同点？（本题8分）答：共同点：都以协议栈概念为基础，并且协议栈中的协议彼此相互独立。两个模型中各个层的功能也大致相似。传输层之上的各层都是传输层服务的用户，并且是面向应用的。不同点：（1）OSI模型的核心是如下3个概念：1）服务；2）接口；3）协议。TCP/IP参考模型最初没有明确区分服务、接口和协议。（2）OSI模型中的协议比TCP／IP参考模型的协议具有更好的隐藏性，在技术发生变化时能相对比较容易地替换掉。最初把协议分层的主要目的之一就是能做这样的替换。（3）OSI参考模型产生在协议发明之前。这意味着该模型没有偏向于任何特定的协议，因此非常通用。不利的方面是设计者在协议方面没有太多的经验，因此不知道该把哪些功能放到哪一层最好。TCP／IP却正好相反。首先出现的是协议，模型实际上是对已有协议的描述。不会出现协议不能匹配模型的情况。唯一的问题是该模型不适合于任何其它协议栈。（4）OSI模型有7层，而TCP/IP模型只有4层。（5）OSI模型在网络层支持无连接和面向连接的通信，但在传输层仅有面向连接的通信。（6）TCP／IP模型在网络层仅有一种通信模式（无连接），但在传输层支持两种模式，给了用户选择的机会。5、数字传输的优势有哪些？（本题5分）答：①数字技术：LSI/VLSI技术使得数字电路体积和价格都在不断降低。②数据完整性：远距离传输，线路质量要求不高，转发器的功劳。③容量利用率：经济的高带宽传输链路，数字技术的高级复用技术，有效利用其容量。④安全和保密：加密技术是现成的。⑤综合性：能类似地处理模拟与数字数据。6、HDLC帧由6个字段组成，按先后顺序列出这6个字段，并简单说明前两个字段的主要作用。（本题5分）答：HDLC帧组成：标志、地址、控制、信息、FCS、标志。标志字段以独特的01111110模式在帧的两端起定界作用。地址字段标识出了传输该帧或者是准备接收这个帧的从站。7、列出CAN总线的4种帧类型，给出标准格式数据帧的具体组成，并指出标准格式数据帧不计填充位时最少和最多各有多少位？（本题9分）答：CAN有4种帧类型，分别为数据帧、远程帧、错误帧与超载帧。数据帧组成如下图所示：帧间空间帧间空间帧间空间数据帧或超载帧帧起始仲裁场控制场数据场CRC场帧结束ACK场标准数据帧不计填充位，最少44位，最多108位。8、阐述以太网标准IEEE802.3采用的二进制指数退避的１坚持算法的基本原理，并分析其优缺点。（本题7分）答：IEEE802.3采用的二进制指数退避的１坚持算法的基本原理：当站点连续多次遇到冲突时，它仍然不断地试图进行重发。在前10次重传过程中，每次重传的随机时延平均值会加倍。然后再做6次尝试，此时的平均时延值保持不变。在16次不成功的尝试后，站点放弃传输并报告有差错发生。优点：在拥塞程度不断严重的情况下，逐渐增大退避量就可以减小冲突发生的概率。缺点：后进先出，没有或几乎没有发生过冲突的站点要比已经等了很长时间的站点有更多的机会先传输。9、简述千兆位以太网与百兆位以太网相比，在基本CSMA/CD机制上主要做了哪些技术改进？（本题6分）答：载波扩充：在短MAC帧的末尾附加了一组特殊符号，使每个数据块长度从10Mbps及100Mbps的最小512位时间提高到至少4096位=512字节时间，从而使发送相应帧长度所需的时间超过1Gbps下的传播时延。帧突发：允许发送方将多个待发送的（短）帧级连在一起，直至达到最大限度，一次发送出去。本题得分二、用双极性AMI信号编码机制对二进制序列01001100011进行信号编码，请画出编码后的信号波形，限定二进制序列之前的比特1对应的是负电平。（本题6分）答：本题得分三、计算题（共30分）1、给定报文D=1010001101（10位），预定比特序列（预定的除数）P=110101（6位），请采用摸2运算计算该报文对应的CRC帧检验序列R（5位）。（本题8分）答：2、已知CAN网络使用的独立CAN控制器SJA1000的晶振频率为8MHz，若总线定时寄存器BTR0=11Hex，BTR1=AAHex，则CAN网络的通信速率是多少？设CAN网络中标准格式的数据帧包含5个字节有效数据，则其最小CAN中断时间是多少？（相关表格参见附页）（本题13分）答：tCLK=1/fXTAL=1/8M=1/8微秒因BTR0=11Hex，则==9/2微秒因BTR1=AAHex，则==CAN网络的位时间：微妙CAN网络的通信速率：14.8kbps最小CAN中断时间：微妙3、设Modbus总线采用RTU模式进行报文传输，每个报文帧内包含10个字节数据，报文帧的帧内两个字符（子帧）之间的时间间隔为8个位时间，报文帧的帧与帧之间的时间间隔为5个字符（子帧）时间，位速率为19200bps，求连续发送两个RTU报文帧时两次发送的起始时刻之间的时间间隔。（本题9分）解：RTU模式下每个字符（子帧）包含的位数：11位RTU模式下每个RTU报文帧包含的字符（子帧）个数：1+1+10+2=14RTU模式下每个RTU报文帧包含的位数：258帧与帧之间的时间间隔位数：55位时间：s所求的时间间隔：16.3（ms）本题得分四、在一个DeviceNe现场总线系统中，MACID值为1的主站分别与MACID值为4、8、16的从站建立了预定义主/从连接组关系，这三个从站和主站之间采用位选通数据触发方式进行数据的生产/消费。请写出主站发给从站的位选通命令报文和每一个从站的位选通响应报文对应的CID，要求同时给出CID的十六进制和二进制表达形式。（相关表格参见附页）（本题8分）答：主站的位选通命令报文CID：0x408，100000010004号从站的位选通响应报文CID：0x384，011100001008号从站的位选通响应报文CID：0x388，0111000100016号从站的位选通响应报文CID：0x390，01110010000附页：标识符位标识用途16进制范围1098765432100组1报文ID源MACID组1报文000-3ff01101源MACID从站的I/OCOS或周期报文01110源MACID从站的位选通响应报文01111源MACID从站的I/O轮询响应或COS/周期应答报文10MACID组2报文ID组2报文400-5ff10源MACID000主站的I/O位选通命令报文110源MACID001保留给主站使用-使用为TBD0目的MACID010主站的COS或周期应答报文10源MACID011从站的显式/未连接响应报文10目的MACID100主站的显式请求报文10目的MACID101主站的I/O轮询/COS/周期报文10目的MACID110仅限组2未连接显式请求报文（保留）10目的MACID111重复MACID检验报文图1预定义主/从连接组标识符区定义BIT