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
课程教育研究 Ｃｏｕｒｓｅ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ２０１３年４月 下旬刊 综述・专著
意他们的行为，不对他们说过激的话，用心去了解他们，去懂
他们，跟他们做好朋友，而不只是以老师自居，去开导他们，让
他们知道什么叫做责任，明白做任何事情是要承担责任的，懂
得三思而后行。因此家长经常跟我沟通：”为什么孩子总说妈
妈没有老师好？”其实他们肯听我的话是因为觉得我了解他们
尊重他们。有时候某个学生做错了什么事情我们可以反问他，
比如他做了一件错事，我们可以问他：我有个朋友他认识个人
做了……样的事情，我们很不理解，你说他是怎么想的？”跟他
探讨别人所作所为的对错，然后再让他醒悟自己的过错。
精诚所至，金石为开。我对孩子们的关心、关怀和关爱化
成了打开该生心灵之门的金钥匙。通过以心换心，以情换情，
以人格塑造人格，逐渐地孩子们懂事了，他们不再与老师家长
抗衡，他们开始理解家长并懂得”苦口婆心”的爱，懂得从父母
的”唠叨”声中感受无尽的爱。
平时课间。我都是和学生们一起聊天，一起玩耍。看到学
生谈论明星趣事，我也会参与讨论，在开心的谈论中引导他们
树立正确追星意识等。这样，孩子们很自然地跟我亲近起来。
再一次单元作文中，我给学生留下题目：《我也追星》，文中他
们都提到了自己喜爱的明星，令人欣慰的是孩子们基本能以
质朴的语言叙述明星的奋斗历程，并且能正确追星而不是盲
目崇拜，达到了我的教育教学目标。另外我还采用赏识与鞭策
并重的方法来激励孩子们在学习以及参与其他学校活动的积
极性，当某个学生上课多嘴，我从不拖后处理，而是”罚立决”，
但随后我一定观察他是否改进，哪怕有一点儿改进我会立刻
表扬他，让他觉得自己不是很差，积极赶上自己的学习；当我
知道某个学生迷恋网络，我不会很生硬的讲解上网的危害，而
是给他布置一些网络设计任务，这样他会很乐于接受，并在完
成任务同时觉得自己原先做的事情那样无聊和无知，同时明
网络体系结构与网络协议
《易经》说:“天地万物 , 阴阳五行 , 相生相克 , 周而复始 , 皆有规律可循”。为
了使世间各种事情有条不紊、 规律的朝着人们所期待的方向行进, 我们总是喜欢 发现规律、总结规律、创造规定、利用规律。如此一来,当前人在考虑计算机网 络的通信与资源交互时,必然要创造出统一遵守的计算机通信与资源交互的规 定,以方便人们使用计算机进行有条不紊的大规模的数据、资源交换。
如此,人们就制定了大量的标准,这些标准规定了计算机网络通信与数据 交换所需的共同遵守的条规, 这些标准就是协议。 大量的各种各样的协议共同构 成了一套完整的体系。 由于大量的协议体系过于复杂, 于是人为的将这套协议体 系划分为几个层次, 这样一来, 大量的协议就容易分门别类的化整为零, 将协议 一层一层的实现。由计算机互联通信所需的功能,,划分成定义明确的层次,规 定了同层次进程通信的协议和相邻层之间的接口服务 (接口可理解为下层与上层 交互的门户,下层通过接口向上层提供特定的服务。这些层、同层进程通信的 协议及相邻层接口统称为网络体系结构。
在学习网络体系结构和协议时,不免要和 RFC 打交道。 RFC 是 tcp/ip协议族
的标准文档,里面写有 4000多个协议的定义。在那么多的协议中, tcp 、 ip 协议 可以说是互联网最基本的两个通信协议, tcp/ip的五层分层原理应用十分常见。 这五层,从上往下依次是:应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。它 们之间的通信服务类型可分为面向连接服务和无连接服务, 混合上确认机制, 共 有四种服务类型。 分别是面向连接确认服务、 无连接确认服务、 面向连接不确认 服务和无连接不确认服务。 根据通信要求, 权衡效率与可靠性后, 可选择合适的 通信服务类型。
在最高层应用层里,有 FTP 协议、 Telnet 协议、 HTTP 协议、 DNS 协议等等。 在传输层中,有著名的 TCP 和 UDP 协议。
网络体系结构
网络体系结构，简称网络架构，指的是互联网整体架构的逻辑架构、物理架构和协议架构，它决定了互联网的功能、性能、可靠性和安全性，同时也为互联网的拓展和发展提供了基础支持。
一、逻辑架构
网络逻辑架构是指网络系统中各个部分的功能和互相之间的关系。它是网络系统最基本的部分，以分层的方式进行组织，从上至下分别是：应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。
1. 应用层
应用层是网络体系结构中最靠近用户的一层，它主要负责处理和管理用户与网络之间的信息交互。在这一层上，包括了很多常见的协议，如HTTP、FTP、SMTP等。
2. 传输层
传输层主要负责网络数据的传输和速率的控制，它负责把数据分成若干个数据包，并负责传输和接收。这一层也包括了两个主要的协议：TCP和UDP。
3. 网络层
网络层主要负责寻找最佳的路径，实现不同网络之间的数据传输，强调数据包在网络中的传输。在这一层上最常见的协议是IP协议。
4. 数据链路层
数据链路层位于物理层和网络层之间，主要负责将网络层传过来的数据包转换成适合物理层传输的数据包。最常见的协议是以太网协议。
5. 物理层
物理层负责传输和接收网络中的数据以及硬件的控制。它决定了数据的传输速率、数据的格式和传输媒介等。最常见的传输媒介是有线和无线两种。
二、物理架构
网络物理架构是指网络系统中各个设备之间的连接方式和传输媒介等硬件设备的布局、位置和组成。 物理架构包括以下几种架构方式：
1. 局域网（LAN）
局域网是指在一个较小范围内的计算机网络，其覆盖范围通常在一个建筑物或者一个校园内。局域网的传输速率非常快，最常常用的网线是双绞线。
2. 城域网（MAN）
城域网是指在一个城市或者地理范围比较大的区域内的计算机网络。城域网常用的传输媒介是光纤。
3. 广域网（WAN）
广域网是指在一个大范围的区域内的计算机网络，它由多个局域网和城域网组成。广域网的传输媒介是电话线路或者无线电波。
