3.1　计算机网络体系结构及协议概念

学习任务

（1）掌握协议的三要素。

（2）掌握计算机网络体系结构。

通过前面的学习，我们对数据通信有了一些了解。但事实上，仅仅有了数据通信，网络仍不能正常运行，还必须依靠网络协议。例如，如何进行数据封装和拆封，网络寻址等一系列问题，都需要通过协议来实现。而这些复杂的网络协议，采用分层结构设计思想，不但相互独立、灵活性好，而且便于实现。

3.1.1　网络协议

知识点

（1）协议。

（2）国际标准化组织：ISO、IEEE、IETF、ITU。

网络协议（Network Protocol）简称协议，是指诸如计算机、交换机、路由器等网络设备为了实现通信而必须遵从的、事先定义好的一系列规则、标准和约定。任何一个协议都需要解决三方面的问题，才算比较完整地构成了数据通信的语言。因此，语法、语义和时序又称为协议的三要素。

（1）语法（如何讲）。语法规定了进行通信的数据与控制信息的结构和格式，即对通信双方采用的数据格式、控制信息结构等进行定义。例如，报文中的内容的组织形式等。

（2）语义（讲什么）。语义主要解决通信中对报文每个部分的含义解释问题。例如，对发出的请求、执行的动作及对方应答等作出解释。

（3）时序（讲话次序）。时序用于解决何时进行通信，通信的先后顺序及适配速率等问题。

实例

网络协议是计算机网络通信不可缺少的组成部分。经常使用的网络通信协议有HTTP（Hyper Text Transfer Protocol，超文本传输协议）、FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）、TCP（Transfer Control Protocol，传输控制协议）、IP（Internet Protocol，网际互联协议）、IEEE 802.3（以太网协议）等。

专门整理、研究、制定和发布开放性标准化协议的组织称为标准机构，如表3-1所示。

提示

在网络通信领域中，“协议”“标准”“规范”等这些词是经常混用的。譬如，IEEE 802.3协议、IEEE 802.3标准、IEEE 802.3协议规范、IEEE 802.3协议标准、IEEE 802.3标准协议、IEEE 802.3标准规范、IEEE 802.3技术规范等，说的都是一回事。

课堂同步

单选题：下列关于网络协议描述中，错误的是（　　）。

A.为网络数据交换制定的规程和标准

B.由语法、语义和时序三个要素组成

C.采用层次模型结构

D.语法是对通信事件实现顺序的详细说明

3.1.2　计算机网络体系结构

知识点

（1）分层模型。

（2）计算机网络体系结构。

计算机网络为人们提供了丰富的功能，是一个非常复杂的网络系统。为了减少计算机网络的复杂程度，通常人们采用“分而治之”的思路来解决问题，也就是将复杂的系统划分为若干个容易处理的子系统，通过分析和设计各个子系统，最终实现整个系统的功能。这种思想应用在计算机网络中，就是层次模型。

计算机网络体系结构通常指网络的层次结构及其协议的集合。体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。实现是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。具体来说，分层的网络体系结构将计算机网络通信过程抽象为若干个有明确定义且易管理的层次，每层的功能及其提供的服务是明确的，每一层都使用下一层提供的服务，为上一层提供服务，各层次之间相互独立。使用层次结构的优点有：

（1）各层功能简单，便于实现与维护。把网络通信系统分解为若干个容易解决的子系统，降低了整个系统的复杂性，易于实现和维护；

（2）各层相对独立。每层不需要了解上层和下层的具体内容，只需要通过层间的接口了解其服务。只要层间接口不变，那么任何一层的变化都不会影响其上下层；

（3）各层关联不大，相对灵活。每一层都聚焦自己所在层的主要功能，不至于使问题发散，有助于制定相应的协议和标准。某一层协议的增加、减少、更新或变化，不至于影响其他层面协议的工作；

（4）更易于标准化，可以使用不同厂商的产品；

（5）更易于学习和理解。对学习和研究网络的人员来说，分层模型可以使整个网络工作机制及众多的网络协议之间的关系更加清楚明晰，易于学习和理解。

但是，有些功能会在不同的层次中重复出现，因而产生了额外开销。

提示

（1）体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。网络体系结构是计算机网络的一种抽象的、层次化的功能模型，不涉及具体的实现细节。网络体系结构仅告诉网络工作者应“做什么”。

（2）第一个网络体系结构是IBM公司1974年提出的SNA（System Network Architecture），是早期最著名的网络体系结构。

课堂同步

单选题：通常将网络层次结构和各层协议统称为（　　）。

A.网络拓扑结构　　B.网络体系结构

C.协议集　　D.网络工程