• 目录 概述 协议内容 CoAP协议的四种报文类型 请求方法 协议特点 响应码 ... CoAP是受限制的应用协议(constrained applicationprotocol)的简称。随着最近几年物联网技术的发展,越来越多的设...

    目录

    概述

    协议内容

    CoAP协议的四种报文类型

    请求方法

    协议特点

    响应码

    媒体类型

    Option部分详解

    HTTP、CoAP、MQTT

    示例(该示例来自于RFC7252)


    本文内容大部分摘抄自网络和书籍 

    概述

            CoAP是受限制的应用协议(constrained applicationprotocol)的简称。随着最近几年物联网技术的发展,越来越多的设备接入到互联网。据预测将来会有更多的设备需要相互链接,而这些设备的数量将远超人类的总和。在这种大背景下,物联网IoT和M2M技术应运而生。虽然对人们而言,接入互联网显得非常方便,但是对于那些低功耗受限制设备而言接入互联网却异常困难。由于通常物联网设备都是资源限制型的,有限的CPU能力,有限RAM,有限的flash,有限的网络带宽, 针对此类特殊场景,COAP协议借鉴了HTTP协议机制并简化了协议包格式,所以也属于TCP/IP协议族的一员。它重新设计了HTTP的部分功能以适应设备的约束条件。CoAP和HTTP一样均使用请求/响应工作模式。CoAP是一种应用层协议,它运行于UDP之上而不像HTTP那样运行在TCP之上。

    协议内容

           和其他TCP IP协议簇中的协议一样,CoAP协议总是以“头”的形式出现在负载之前,而负载和CoAP头之间使用单字节0xFF分离。学习CoAP协议最好的方法便是结合RFC文档,详细分析CoAP协议报文格式的每一部分,便是CoAP协议报文结构示意图。

     

    【Ver】: 版本编号,指示CoAP协议的版本号。版本编号占2位,取值为01B。

    【T】:报文类型,CoAP协议定了4种不同形式的报文,CON报文,NON报文,ACK报文和RST报文。

    【TKL】:CoAP标识符长度。CoAP协议中具有两种功能相似的标识符,一种为Message ID(报文编号),一种为Token(标识符)。其中每个报文均包含消息编号,但是标识符对于报文来说是非必须的。

    【Code】:功能码/响应码。Code在CoAP请求报文和响应报文中具有不同的表现形式,Code占一个字节,它被分成了两部分,前3位一部分,后5位一部分,为了方便描述它被写成了c.dd结构。其中0.XX表示CoAP请求的某种方法,而2.XX、4.XX或5.XX则表示CoAP响应的某种具体表现。

    【Message ID】:报文编号

    【Token】:标识符具体内容,通过TKL指定Token长度。

    【Option】:报文选项,通过报文选项可设定CoAP主机,CoAP URI,CoAP请求参数和负载媒体类型等等。

    【1111 1111B】:CoAP报文和具体负载之间的分隔符。

     

    CoAP协议的四种报文类型

    CoAP采用和HTTP协议相同的请求响应工作模式。CoAP协议共有4中不同的消息类型。

    CON——需要被确认的请求,如果CON请求被发送,那么对方必须做出响应。

    NON——不需要被确认的请求,如果NON请求被发送,那么对方不必做出回应。

    ACK——应答消息,如果接受到CON消息的响应。

    RST——复位消息,当接收者接受到的消息包含一个错误,接受者解析消息或者不再关心发送者发送的内容,那么复位消息将会被发送。

    请求方法

    0.01 GET:获取资源

    0.02 POST:创建资源

    0.03 PUT:更新资源

    0.04 DELETE:删除资源

    协议特点

    • 基于消息模型
    • 请求/响应模型
    • 双向通信
    • 轻量、低功耗
    • 支持可靠传输
    • 支持IP多播
    • 非长连接通信,支持受限设备
    • 支持观察模式
    • 支持异步通信

    响应码

    1、 Success 2.xx

    这一类型的状态码,代表请求已成功被服务器接收、理解、并接受。

    • 2.01 Created
    • 2.02 Deleted
    • 2.03 Valid
    • 2.04 Changed
    • 2.05 Content

    2、 Client Error 4.xx

    这类的状态码代表了客户端看起来可能发生了错误,妨碍了服务器的处理。

    • 4.00 Bad Request
    • 4.01 Unauthorized
    • 4.02 Bad Option
    • 4.03 Forbidden
    • 4.04 Not Found
    • 4.05 Method Not Allowed
    • 4.06 Not Acceptable
    • 4.12 Precondition Failed
    • 4.13 Request Entity Too Large
    • 4.15 Unsupported Content-Format

    3、 Server Error 5.xx

    这类状态码代表了服务器在处理请求的过程中有错误或者异常状态发生,也有可能是服务器的软硬件资源无法完成对请求的处理。

    • 5.00 Internal Server Error
    • 5.01 Not Implemented
    • 5.02 Bad Gateway
    • 5.03 Service Unavailable

    媒体类型

    【text/plain】 编号为0,表示负载为字符串形式,默认为UTF8编码。

    【application/link-format】编号为40,CoAP资源发现协议中追加定义,该媒体类型为CoAP协议特有。

    【application/xml】编号为41,表示负载类型为XML格式。

    【application/octet-stream】编号为42,表示负载类型为二进制格式。

    【application/exi】编号为47,表示负载类型为“精简XML”格式。

    【applicaiton/cbor】编号为50,可以理解为二进制JSON格式。


    Option部分详解

    CoAP支持多个Option,CoAP的Option的表示方法比较特殊,采用增量的方式描述,细节可参考RFC7252 #3.1

     

    CoAP部分Option定义

    一般情况下Option部分包含Option Delta、Option Length和Option Value三部分。

    【Option Delta】表示Option的增量,当前的Option的具体编号等于之前所有Option Delta的总和。

    【Option Length】表示Option Value的具体长度。

    【Option Value】表示Option具体内容

    CoAP中所有的Option都采用编号的方式,这些Option及编号的定义如下图所示。

    Option编号内容

     

    在这些option中,Uri-Host、Uri-Port、Uri-Path和Uri-Query等和资源“位置”和参数有关。

    【3】Uri-Host:CoAP主机名称,例如iot.eclipse.org

    【7】Uri-Port:CoAP端口号,默认为5683

    【11】Uri-Path:资源路由或路径,例如\temperature。资源路径采用UTF8字符串形式,长度不计第一个"\"。

    【15】Uri-Query:访问资源参数,例如?value1=1&value2=2,参数与参数之间使用“&”分隔,Uri-Query和Uri-Path之间采用“?”分隔。

    在这些option中,Content-Format和Accept用于表示CoAP负载的媒体格式

    【12】Content-Format:指定CoAP复杂媒体类型,媒体类型采用整数描述,例如application/json对应整数50,application/octet-stream对应整数40。

    【17】Accept: 指定CoAP响应复杂中的媒体类型,媒体类型的定义和Content-Format相同。

    CoAP协议中支持多个Option,例如

    第一个Option Delta=11,表示该Option表示Uri-Path(11)

    第二个Option Delta=1,表示该Option=1+11,表示Content-Format(12)

    第三个Option Delta=3,表示该Option=3+1+11,表示Uri-Query(15)

    CoAP采用这样的方式表示多个Option,而每种Option都可以在HTTP协议中找到对应项。

    HTTP、CoAP、MQTT

    CoAP协议的设计参考了HTTP,CoAP和MQTT都是行之有效的物联网协议,以下为它们之间的异同。

    HTTP和CoAP

    • HTTP代表超文本传输协议,CoAP代表约束应用协议;
    • HTTP协议的传输层采用了TCP,CoAP协议的传输层使用UDP;
    • CoAP协议是HTTP协议的简化版;
    • CoAP协议和HTTP协议一样使用请求/响应模型,拥有相同的方法;
    • CoAP开销更低,并支持多播;
    • CoAP专为资源构成应用而设计,如:IoT/WSN/M2M等...

    CoAP和MQTT

    • MQTT协议使用发布/订阅模型,CoAP协议使用请求/响应模型;
    • MQTT是长连接,CoAP协议是无连接;
    • MQTT通过中间代理传递消息的多对多协议,CoAP协议是Server和Client之间消息传递的单对单协议;
    • MQTT不支持带有类型或者其它帮助Clients理解的标签消息,CoAP内置内容协商和发现支持,允许设备彼此窥测以找到交换数据的方式。

    示例(该示例来自于RFC7252)

    【流程描述】

    CoAP客户端通过GET方法从Server端获得温度传感器数据,CoAP URI如下

    coap://www.server.com/temperautre

    CoAP请求采用CON报文,Server接收到CON报文必须返回一个ACK报文。CoAP请求采用0.01 GET方法,若操作成功CoAP Server返回2.05 Content,相当于HTTP 200 OK。请求和响应的MID必须完全相同,此处为0x7d34。请求响应中的Token域为空。CoAP请求中包含Option,该Option的类型为Uri-Path,那么Option Delta的值为0+11=11,Option Value的值为字符串形式的“temperature”。CoAP返回中包含温度数据,使用字符串形式描述,具体值为"22.3"。

    CoAP 请求响应流程

     

    【格式描述】

    CoAP请求响应具体格式

     

    协议不是太复杂,做做个记录。

     

     

     

     

     

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  • 物联网大致可以分成:感知层、网络层、平台层和应用层。 1、感知层——感知信息作为物联网的核心,承担感知信息作用的传感器,一直是工业领域和信息技术领域发展的重点,传感器不仅感知信号、标识物体,还具有处理...

     

    物联网大致可以分成:感知层、网络层、平台层和应用层。

    1、感知层——感知信息
    作为物联网的核心,承担感知信息作用的传感器,一直是工业领域和信息技术领域发展的重点,传感器不仅感知信号、标识物体,还具有处理控制功能。感知层由各种百传感器以及传感器网关构成,包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、度RFID标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。感知层的知作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢,它是物联网识别物体、采集信息的来源,其主要功能是识道别物体,采集信息。
    2、网络层——传输信息
    传感器感知到基础设施和物品信息后,需要通过网络传输到后台进行处理。
    目前,传输信息应用的网络先进技术包括第6版互联网协议(IPv6)、新型无线通信网(3G、4G、ZIGBEE、WIFI、LoRa和NB-IoT等)、自组网技术等,正在向更快的传输速度、更宽的传输带宽、更高的频谱利用率、更智能化的接入和网络管理发展。
    3、平台层——阿里云物联网平台

    ​提供安全可靠的设备连接通信能力,支持设备数据采集上云,规则引擎流转数据和云端数据下发设备端。此外,也提供方便快捷的设备管理能力,支持物模型定义,数据结构化存储,和远程调试、监控、运维。

    4、应用层——处理信息
    物联网概念下的信息处理技术有分布式协同处理、云计算、群集智能等。
    信息处理的目的是应用,交通物联网的信息处理是为了分析大量数据,挖掘对百姓出行和交通管理有用的信息。此外,还需要建立信息处理和发送机制体制,保证信息发送到需要的人手中。比如,把宏观的路网信息发送给管理决策人员,把局部道路通行情况发送给公众,把某条具体路段的事故信息发送给正行驶在上面的车辆,智能家居,智慧交通,环境监测等。

     

    ​二、我 们可以直观看到物联网的分层架构,其与智慧小屋里相对应的关系为:感知层 主要是负责通过传感器设备来识别和收集信息,我们搭建了通过 Arduino 采集 不同接口形式的传感数据的实例来学习感知层的构架; 网络层负责安全的把这 些信息进行传输,我们通过 AT 指令,将数据通过 WiFi 传送到物联网平台端。 平台层负责数据的鉴权、接入和转发,我们以阿里云为例,讲述了接入云平台 需要的鉴权方式、MQTT 协议。应用层负责结合具体的应用需求,利用 IoT Studio 这些先进的可视化工具,将建立服务编排,详细讲解了如何创立直观的 Web 显示、调度和控制的页面,并可方便地编制出手机控制的 APP,通过实例让 大家能快速掌握构架物联网系统原型的能力,并在云平台上对数据进行计算、 处理、挖掘,来实现智能化的物联网应用。

     

    包含的传感器件有以下的部件:室内温湿度传感 器、室外温湿度传感器、PM2.5 传感器(使用 CO2 传感器替代)、可燃气体传 感器、土壤湿度传感器、光敏传感器,包含的执行模块有:空调、换气扇、水 泵、可调光以及调色的 LED 灯。传感信号是输入信号,由 Arduino 模块进行采 集,数据采集后,由无线模块进行传输,在小屋实例中,我们采用了 WiFi 通过 AP 进行传输的方式,通过公网传送到云平台端,实现数据的转发、处理等。云 端将控制信号发回给设备端执行。通过智慧小屋功能完整的演示,我们将传感 器和执行机构之间的逻辑关系关联起来。

     

     

     

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  • 物联网产业具有产业链长、涉及多个产业群的特点,其应用范围几乎覆盖了各行各业,在其发展的同时还将带动传感器、微电子、视频识别等一系列产业的同步发展,带来巨大的产业集群生产效益。6月2日在上海开幕的2010中国...
  • 课程1、 物联网产业与技术导论 使用电子工业出版社《物联网:技术、应用、标准、安全与商业模式》等等教材。 在学完高等数学,物理,化学,通信原理,数字电路,计算机原理,程序设计原理等课程后开设本课程,全面...

    课程1、 物联网产业与技术导论 使用电子工业出版社《物联网:技术、应用、标准、安全与商业模式》等等教材。 在学完高等数学,物理,化学,通信原理,数字电路,计算机原理,程序设计原理等课程后开设本课程,全面了解物联网之RFID、M2M、传感网、两化融合等技术与应用。

    课程2、C语言程序设计 使用清华大学出版社《C语言程序设计》等教材。 物联网涉及底层编程,C语言为必修课,同时需要了解OSGi,OPC,Silverlight等技术标准

    课程3、Java程序设计 ,使用 机械工业出版社《Java语言程序设计教程》等教材。 物联网应用层,服务器端集成技术,开放Java技术也是必修课,同时需要了解Eclipse,SWT, Flash, HTML5,SaaS等技术

    课程4、无线传感网络概论,使用 无线龙通讯科技出版社《现代无线传感器网络概论》、北京航空航天大学出版社《短距离无线通讯入门与实战》等教材。 学习各种无线RF通讯技术与标准,Zigbee, 蓝牙,WiFi,GPRS,CDMA,3G, 4G, 5G等等

    课程5、 TCP/IP网络与协议 ,《TCP/IP网络与协议》,清华大学出版社,等教材。 TCP/IP以及OSI网络分层协议标准是所有有线和无线网络协议的基础,Socket编程技术也是基础技能,为必修课

    课程6、嵌入式系统技, 《嵌入式系统技术教程》,人民邮电出版社等教材。 嵌入式系统是物联网感知层和通讯层重要技术,为必修课

    课程7、传感器技术概论 , 《传感器技术》,中国计量出版社,等教材。 物联网专业学生需要对传感器技术与发展,尤其是在应用中如何选用有所了解,但不一定需要了解传感器的设计与生产,对相关的材料科学,生物技术等有深入了解

    课程8、RFID技术概论 ,《射频识别(RFID)技术原理与应用》,机械工业出版社,等教材。 RFID作为物联网主要技术之一,需要了解,它本身(与智能卡技术融合)可以是一个细分专业或行业,也可以是研究生专业选题方向。

    课程9、工业信息化及现场总线技术 ,《现场总线技术及应用教程》,机械工业出版社,等教材。 工业信息化也是物联网主要应用领域,需要了解,它本身也可以是一个细分专业或行业,也可作为研究生专业选题方向。

    课程10、M2M技术概论 , 《M2M: The Wireless Revolution》,TSTC Publishing,等教材。 本书是美国“Texas State Techinical College”推出的M2M专业教材,在美国首次提出了M2M专业教学大纲,M2M也是物联网主要领域,需要了解,建议直接用英文授课。

    课程11、物联网软件、标准、与中间件技术 ,《中间件技术原理与应用》,清华大学出版社,《物联网:技术、应用、标准、安全与商业模式》,电子工业出版社,等教材。 物联网产业发展的关键在于应用,软件是灵魂,中间件是产业化的基石,需要学习和了解,尤其是对毕业后有志于物联网技术发展的学生

    转载于:https://www.cnblogs.com/zjfjava/p/6344849.html

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  • 物联网层次结构分为三层,自下向上依次是:感知层、网络层、应用层。感知层位于物联网三层结构中的最底层,其功能为“感知”,即通过传感网络获取环境信息。感知层是物联网的核心,是信息采集的关键部分。 感知层...

    物联网层次结构分为三层,自下向上依次是:感知层、网络层、应用层。感知层位于物联网三层结构中的最底层,其功能为“感知”,即通过传感网络获取环境信息。感知层是物联网的核心,是信息采集的关键部分。

    感知层包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、M2M终端、传感器网关等,主要功能是识别物体、采集信息,与人体结构中皮肤和五官的作用类似。

    对我们人类而言,是使用五官和皮肤,通过视觉、味觉、嗅觉、听觉和触觉感知外部世界。而感知层就是物联网的五官和皮肤,用于识别外界物体和采集信息。感知层解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题。它首先通过传感器、数码相机等设备,采集外部物理世界的数据,然后通过RFID、条码、工业现场总线、蓝牙、红外等短距离传输技术传递数据。感知层所需要的关键技术包括检测技术、短距离无线通信技术等。

    感知层由基本的感应器件(例如RFID标签和读写器、各类传感器、摄像头、GPS、二维码标签和识读器等基本标识和传感器件组成)以及感应器组成的网络(例如RFID网络、传感器网络等)两大部分组成。该层的核心技术包括射频识别技术、新兴传感技术、无线网络组网技术、现场总线控制技术(FCS)等,涉及的核心产品包括传感器、电子标签、传感器节点、无线路由器、无线网关等。
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    一些感知层常见的关键技术如下:

    传感器技术

    传感器是物联网中获得信息的主要设备,它最大作用是帮助人们完成对物品的自动检测和自动控制。目前,传感器的相关技术已经相对成熟,常见的传感器包括温度、湿度、压力、光电传感器等,它被应用于多个领域,比如地质勘探、智慧农业、医疗诊断、商品质检、交通安全、文物保护、机械工程等。作为一种检测装置,传感器会先感知外界信息,然后将这些信息通过特定规则转换为电信号,最后由传感网传输到计算机上,供人们或人工智能分析和利用。

    传感器的物理组成包括敏感元件、转换元件以及电子线路三部分。敏感元件可以直接感受对应的物品,转换元件也叫传感元件,主要作用是将其他形式的数据信号转换为电信号;电子线路作为转换电路可以调节信号,将电信号转换为可供人和计算机处理、管理的有用电信号。
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    射频识别技术

    射频识别(RFID,Radio Frequency Identification),又称为电子标签技术,该技术是无线非接触式的自动识别技术。可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据。它主要用来为物联网中的各物品建立唯一的身份标示。

    物联网中的感知层通常都要建立一个射频识别系统,该识别系统由电子标签、读写器以及中央信息系统三部分组成。其中,电子标签一般安装在物品的表面或者内嵌在物品内层,标签内存储着物品的基本信息,以便于被物联网设备识别;读写器有三个作用,一是读取电子标签中有关待识别物品的信息,二是修改电子标签中待识别物品的信息,三是将所获取的物品信息传输到中央信息系统中进行处理;中央信息系统的作用是分析和管理读写器从电子标签中读取的数据信息。
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    二维码技术

    二维码(2-dimensional bar code)又称二维条码、二维条形码,是一种信息识别技术。二维码通过黑白相间的图形记录信息,这些黑白相间的图形是按照特定的规律分布在二维平面上,图形与计算机中的二进制数相对应,人们通过对应的光电识别设备就能将二维码输入计算机进行数据的识别和处理。

    二维码有两类,第一类是堆叠式/行排式二维码,另一类是矩阵式二维码。堆叠式/行排式二维码与矩阵式二维码在形态上有所区别,前者是由一维码堆叠而成,后者是以矩阵的形式组成。两者虽然在形态上有所不同,但都采用了共同的原理:每一个二维码都有特定的字符集,都有相应宽度的“黑条”和“空白”来代替不同的字符,都有校验码等。
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    蓝牙技术

    蓝牙技术是典型的短距离无线通讯技术,在物联网感知层得到了广泛应用,是物联网感知层重要的短距离信息传输技术之一。蓝牙技术既可在移动设备之间配对使用,也可在固定设备之间配对使用,还可在固定和移动设备之间配对使用。该技术将计算机技术与通信技术相结合,解决了在无电线、无电缆的情况下进行短距离信息传输的问题。

    蓝牙集合了时分多址、高频跳段等多种先进技术,既能实现点对点的信息交流,又能实现点对多点的信息交流。蓝牙在技术标准化方面已经相对成熟,相关的国际标准已经出台,例如,其传输频段就采用了国际统一标准2.4GHz频段。另外,该频段之外还有间隔为1MHz的特殊频段。蓝牙设备在使用不同功率时,通信的距离有所不同,若功率为0dBm和20dBm,对应的通信距离分别是10m和100m。
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    ZigBee技术

    ZigBee指的是IEEE802.15.4协议,它与蓝牙技术一样,也是一种短距离无限通信技术。根据这种技术的相关特性来看,它介于蓝牙技术和无线标记技术之间,因此,它与蓝牙技术并不等同。

    ZigBee传输信息的距离较短、功率较低,因此,日常生活中的一些小型电子设备之间多采用这种低功耗的通信技术。与蓝牙技术相同,ZigBee所采用的公共无线频段也是2.4GHz,同时也采用了跳频、分组等技术。但ZigBee的可使用频段只有三个,分别是2.4GHz(公共无线频段)、868MHz(欧洲使用频段)、915MHz(美国使用频段)。ZigBee的基本速率是250Kbit/s,低于蓝牙的速率,但比蓝牙成本低,也更简单。ZigBee的速率与传输距离并不成正比,当传输距离扩大到134m时,其速率只有28Kbit/s,不过,值得一提的是,ZigBee处于该速率时的传输可靠性会变得更高。采用ZigBee技术的应用系统可以实现几百个网络节点相连,最高可达254个之多。这些特性决定了ZigBee技术能够在一些特定领域比蓝牙技术表现得更好,这些特定领域包括消费精密仪器、消费电子、家居自动化等。然而,ZigBee只能完成短距离、小量级的数据流量传输,这是因为它的速率较低且通信范围较小。

    ZigBee元件可以嵌入多种电子设备,并能实现对这些电子设备的短距离信息传输和自动化控制。
    在这里插入图片描述

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  • 第一部分 1、单选题: 物联网体系结构划分为四层,传输层在第( )层。 选项: A:三 B:二 C:四 D:一 答案: 【二】 ...应用层相当于人的神经中枢和大脑,负责传递和处理感知层获取的信息。 选项: A:对 B:错...

    第一部分

    1、单选题:
    物联网体系结构划分为四层,传输层在第( )层。
    选项:
    A:三
    B:二
    C:四
    D:一
    答案: 【二】

    2、单选题:
    利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息,指的是( )。

    选项:
    A:可靠传递
    B:全面感知
    C:互联网
    D:智能处理
    答案: 【全面感知】

    3、判断题:
    应用层相当于人的神经中枢和大脑,负责传递和处理感知层获取的信息。
    选项:
    A:对
    B:错
    答案: 【错】

    4、判断题:
    机器对机器的通信就是物联网。
    选项:
    A:对
    B:错
    答案: 【错】

    5、判断题:
    本门课程涉及的感应器平台是Arduino和树莓派。
    选项:
    A:对
    B:错
    答案: 【错】

    第二部分

    1、判断题:
    树莓派操作系统是基于linux。
    选项:
    A:对
    B:错
    答案: 【对】

    2、单选题:
    linux操作系统的基本原则是一切皆( )。
    选项:
    A:文件
    B:程序
    答案: 【文件】

    3、判断题:
    远程登陆树莓派的应用程序是putty。
    选项:
    A:错
    B:对
    答案: 【对】

    4、单选题:
    ls命令是用于( )。
    选项:
    A:判断用户所在目录
    B:列出文件和目录的内容
    答案: 【列出文件和目录的内容】

    5、单选题:
    touch命令是用于( )。
    选项:
    A:列出文件和目录的内容
    B:创建空文件或文件时间戳修改
    答案: 【创建空文件或文件时间戳修改】

    展开全文
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