第三章
计算机
网络体系结构与网络协议
3.1 网络体系结构
3.1.1 概述
使相互通信的两个可能不同厂家、不同结构的计算机系统高
度协调地交换数据，通信双方必须在有关信息内容、格式和传输
顺序等方面遵守一些事先约定好的规则，如通信过程的同步方
式、数据格式、编码方式等。这些为进行网络中数据交换而制定
的规则、标准与约定，称为网络协议。
考察一个实际社会中的邮政系统的结构、运行过程。
以下是邮政系统结构以及信件发送与接收过程的示意图。
通信者活动通信者活动
邮局服务业务
邮局转送业务邮局服务业务
邮局转送业务
运输部门的邮件运输业务书写信件贴邮票送邮箱
收集信件盖邮戳信件分拣
信件打包
送运输部门阅读信件
信件投递
信件分拣
分发邮件
邮件拆包发信者收信者
路由选择
运输转送邮局
接收邮包3.1.2 网络体系结构的基本概念
1. 协议（protocol）
（1）语义：构成协议的协议元素的含义。协议元素是指需要发出
何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应。协议是一种通信规约。不遵循双方事先约定好的规则与规
定，就要出错。计算机网络也是如此，网络中大量计算机之间要
有条不紊地交换数据，就必须制定一系列的通信协议。
一个网络协议主要由三个要素组成：
（2）语法：数据或控制信息的数据结构形式或格式
（3）时序：对事件实现顺序的详细说明2. 层次（layer）
层次是人们对复杂问题处理的基本方法。
（1）将总体要实现的很多功能分配在不同的层次中，每个层
次要完成的服务及服务实现的过程都有明确的规定
（2）不同的系统分成相同的层次
（3）不同系统的同等层具有相同的功能
（4）高层使用低层提供的服务时，并不需要知道低层服务的
具体实现方法
计算机网络系统的设计采用结构化的方法，把计算机网络系
统的功能分解为多个子功能，相应地协议也分为若干层，每层实现一个子功能。层次结构体现出对复杂问题采取“分而治之”的模
块化方法，它可以大大降低复杂问题处理的难度。3. 接口（interface）
接口是同一节点内相邻层之间交换信息的连接点。低层向高
计算机网络 网络体系结构的基本概念
计算机网络体系结构是指整个网络系统的逻辑结构和功能分配，定义和描述了计算机与通信设备之间互连的标准和规范集合。遵循这些标准和规范能够方便地实现计算机与通信设备之间的通信，下面我们介绍下网络体系结构中的一些基本概念。
1．实体
实体是指具有发送和接收信息功能的通信设备、计算机和应用程序。例如，应用程序、数据库管理系统、电子邮件服务器和计算机都属于实体。计算机网络中不同系统的实体之间能够相互通信，并且每个系统可以包含一个或者多个实体。
2．协议
协议是为网络中通信双方进行数据交换，而建立的一种双方都能够识别和理解的规则或标准。协议主要有以下三部分组成：
语法 是指数据和控制信息的结构或格式，即对通信双采用的数据格式、编码方法等进行定义。例如，报文内容的顺序、格式等。
语义 是对通信双方发出请求、执行动作，以及对方应答所做出的解释。例如，解释报文有几部分组成，哪些部分是用于控制数据，哪些部分是真正的数据内容。
时序 是对事件实现顺序的详细说明。例如，传输数据时采用同步传输，还是采用异步传输，都要靠时序来实现。
3．网络体系结构
网络体系结构是层和协议的集合。它描述了实现不同计算机系统之间互连和通信的方法和机构。由于计算机网络是一个涉及通信系统和计算机系统的综合系统，为降低其设计和实现的难度，通常采用结构化设计方法，将计算机网络需要实现的功能划分成若干功能模块，形成层次分明的网络体系结构。
网络体系结构采用分层体系结构的优点主要体现在以下几个方面：
各层之间相互独立
灵活性好
易于实现和维护
有利于促进标准化
在每一对相邻层之间都有一个预先定义明确的界面，即接口。接口定义了下层向上层提供的原语操作和服务。如果网络中每一层都能完成一组有定义明确的功能，相邻层之间有一个定义清晰的接口，不仅能够减少层与层之间必须要传送的信息数量，还能够很方便的更改某一层功能的实现方法，有利于新通信技术和通信材料的使用。例如，在计算机网络中，使用红外线来代替现有电话线传输介质，不影响计算机之间的信息交换。
1 计算机网络体系结构
清点人数，组织教学。
复习：
计算机网络的定义及系统的组成和功能
授新：
一、计算机网络体系结构的基本概念
1.网络协议
在计算机网络中用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的一套规则、标准或约定称为网络协议，简称协议。协议组成的三个要素是语法、语义和时序。
语法规定了进行网络通信时，数据的传输和存储格式，以及通信中需要哪些控制信息，它解决了怎么讲的问题。
语义规定了控制信息的具体内容，以及发送主机或接收主机所要完成的工作，它主要解决“讲什么”的问题。
时序规定计算机操作的执行顺序，以及通信过程中的速度匹配，主要解决“顺序和速度”问题。
2．数据封装
一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据必须要先打包，打包的过程称为封装，如图10-10所示，封装就是在用户数据前面加上网络协议规定的头部和尾部，这些头信息包括数据包发送主机的源地址、数据接收主机的目的地址、数据包采用的协议类型、数据包大小、数据包的序号、数据包的纠错信息等内容。而且，在网络通信中，数据往往是多层次的封装的。
3．网络协议的分层 2 为了减少网络协议的复杂性，技术专家们把网络通信问题划分为许多小问题，然后为每一个问题设计一个通信协议。这样使得每一个协议的设计、分析、编码和测试都比较容易。协议分层就是按照信息的流动过程，将网络的整体功能划分为多个不同的功能层。每一层都建立在它的下层之上，每一层的目的都是向它的上一层提供一定的服务。
4．分层原则
层次结构虽然有它的优点，但是如果划分的不合理，反而会带来许多负面影响。通常要遵循如下一些原则：
网络协议层次的数量不能过多，真正需要的时候才能划分一个层次。
网络协议层次的数量也不能过少，层次的数量应该保证能
从逻辑上将功能分开，不同的功能不要放在同一层。
功能类似的服务应当放在同一层。
在技术经常变化的地方可以适当增加层次。
层次边界的选择要合理，用于信号控制的额外信息流量要尽量少。
计算机网络体系结构
一、什么计算机网络体系结构？
计算机网络体系结构是对计算机网络所实现的所有功能的抽象，是指计算机网络节点之间相互通信的层次划分以及各个层次中的协议与层次之间接口的集合。不同的计算机网络具有不同的体系结构，因而拥有的协议层的数量，层名称，内容，功能和各层之间接口都不同。采用相同网络体系结构组建的网络互称为同构网络。采用不同的网络体系结构组建的网络称为异构网络。相同的网络体系结构的计算机网络虽然具体的实现方法可能不同，但系统够架构等方面都必须遵循体系结构的同意要求，因此同构网络之间的互联就比较容易实现。采用不同体系结构实现的异构网络之间各方面的差距较大，要实现互连比较困难。
二、两种网络体系结构模型及其划分
1．OSI/RM模型:
OSI/RM——Open System Interconnection/Reference Model即开放系统互连参考模型，定义了用来实现异构计算机的标准网络体系结构。OSI/RM网络体系结构比较复杂，实用性不强，但其表达的分层概念非常的清晰。它定义了七个层次的网络通信体系，分别为：应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层，物理层，并为每层定义了详细的服务功能，但没有规定这些功能的实现方法。OSI/RM的下三层功能由资源子网和通信子网共同实现，而高四层的功能由资源子网实现，传输层是整个系统的核心层和中心层，起到承上启下的作用，是连接有通信子网和资源子网的关键层面。通信双方之间的通信交互过程发生在对应的同等层次上。同一节点各层次之间的数据传递与交互仅发生在相邻的两个层次之间，通信双方之间的数据传输与交换实际仅发生在双方最底层的物理层之间，物理层通信信道连接在一起，物理层以上的各层次之间发生连接的数据交换并以此开展通信交互。数据在通信子网中的中间节点处理时最多涉及到通信子网的底三层，与资源子网的高四层没有关系。下层通过接口向其相邻的上层提供必要的功能服务，上层通过接口向其相邻下层调用相关的服务，以实现自身的功能。通信双方交换的数据来自各自的通信进程即网络应用程序，最终的数据传输由物理层发出相应的比特流信号通过传输介质传输。当参与通信的两节点在同一物理层网络层时，信源发出的数据通过OSI环境可直接投递给信箱。当参与通信的两节点位于不同的物理网络时，信源发的数据需要通过互连的物理网络的中间节点的不断转发而间接投递给信箱，中间节点涉及通信子网的功能。对等层次协议之间的通信建立在某种形式数据连接通路的基础上实现的。对于有些协议层次是物理形式的，有些协议是逻辑形式的，有些协议层次是抽象概念。
