① 何谓计算机网络的体系结构与网络协议
计算机协议及体系结构网络协议与层次结构
1.2.1网络体系结构
1.网络协议
通过通信信道和网络设备互联起来的不同地理位置的多个计算机系统,要使其能协同工作实现信息交换和资源共享,它们之间必须具有共同的语言。交流什么、怎样交流及何时交流,都必须遵循某种互相都能接受的规则。
网络协议(Protocol)是为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集
合。准确地说,它是对同等实体之间通信而制定的有关规则和约定的集合;
网络协议的三个要素: 、
l)语义(Semarlties)涉及用于协调与差错处理的控制信息。
2)语法(Syntax)涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。
3)定时(Timing)涉及速度匹配和定序等。
2.网络的体系结构及其划分所遵循的原则计算机网络系统是一个十分复杂的系统。将一个复杂系统分解为若干个容
易处理的子系统。分层就是系统分解的最好方法之一。
在图1-4所示的一般分层结构中,n层是n-l层的用户,又是n+l层的服务提供者。n+1层虽然只直接使用了n层提供的服务,实际上它通过n层还间接地使用了n-1层以及以下所有各层的服务。、
层次结构的好处在于使每一层实现一种相对独立的功能。分层结构还有利于交流、理解和标准化。
所谓网络的层次模型就是计算机网络各层次及其协议的 集合。层次结构一般以垂直分层模型来表示, 层次结构的要点:
1)除了在物理媒体上进行的是实通信之外,其余各 对等实体间进行的都是虚通信。
2)对等层的虚通信必须遵循该层的协议。
3)n层的虚通信是通过n/n-l层间接口处n-l层提供的服务以及n-1层的通信(通常也
是虚通信)来实现的。
1.2.2网络体系结构
网络体系结构最常用的分为两种:
OSI七层结构和TCP/IP(TramferControlProtocol/InternetProtocol,传输控制协议/网际协议)四层结构。TCP/IP协议是Internet的核心协议。
1.OSI/RM基本参考模型
开放系统互联(OpenSystemIntercomectim)基本参考模型是由国际标准化组织(ISO)
制定的标准化开放式计算机网络层次结构模型,又称ISO/OSI参考模型。"开放"这个词表示能使任何两个遵守参考模型和有关标准的系统可以进行互联。
OSI/RM包括了体系结构、服务定义和协议规范三级抽象。OSI的体系结构定义了一个七层模型,用以进行进程间的通信,并作为一个框架来协调各层标准的制定gOSI的服务定义描述了各层所提供的服务,以及层与层之间的抽象接口和交互用的服务原语:OSI各层的协议规范,精确地定义了应当发送何种控制信息及何种过程来解释该控制信息。
OSI/RM的七层参考模型结构包括:从下至上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层,
会话层、表示层和应用层。
2.Internet层次模型
Internet网络结构以TCP/IP协议层次模型为核心,
共分四层结构:应用层、传输层、网际层和网络接口层。TCP/IP的体系结构与ISO的OSI七层参考模型的对应关系如图1-6所示。TCP/IP是Internet的核心,利用TCP/IP协议可以方便地实现各种网络的平滑、无缝连接。在TCP/IP四层模型中,作为最高层的应用层相当于OSI的5~7层,该层中包括了所有的高层协议,如常见的文件传输协议FTP(文件传输协议)、电子邮件SMTP,（简单邮件传送协议)、域名系统DNS(域名服务)、网络管理协议SNMP、访问WWW的超文本传输协议HTTP、远程终端访问协议TELNET等。
TCP/IP的次高层为传输层,相当于OSI的传输层,该层负责在源主机和目的主机之间提供端到端的数据传输服务。这一层上主要定义了两个协议:面向连接的传输控制协议TCP和无连接的用户数据报协议UDP(UserDatagramProtocol)。
TCP/IP的第二层相当于OSI的网络层,该层负责将报文(数据包)独立地从信源传送到信宿,主要解决路由选择、阻塞控制级网际互联问题。这一层上定义了网际协议(InternetProtocol,IP协议)、地址转换协议ARP(AddressResolutionProtocol)、反向地址转换协议RARP(ReverseARP)和网际控制报文协议ICMP()等协议。
TCP/IP的最低层为网络接口层,该层负责将IP分组封装成适合在物理网络上传输的帧格式并发送出去,或将从物理网络接收到的帧卸装并递交给高层。这一层与物理网络的具体实现有关,自身并无专用的协议。事实上,任何能传输IP报文的协议都可以运行。虽然该层一般不需要专门的TCP/IP协议,各物理网络可使用自己的数据链路层协议和物理层协议。
3.Internet主要协议
TCP/IP协议集的各层协议的总和亦称作协议枝。给出了TCP/IP协议集与OSI参
考模型的对应关系。其中每一层都有着多种协议。一般来说,TCP提供传输层服务,而IP提供网络层服务。
(l)TCP/IP的数据链路层
数据链路层不是TCP/IP协议的一部分,但它是TCP/IP与各种通信网之间的接口。这些通信网包括多种广域网和各种局域网。
一般情况下,各物理网络可以使用自己的数据链路层协议和物理层协议,不需要在数据链路层上设置专门的TCP/IP协议。但是,当使用串行线路连接主机与网络,或连接网络与网络时,例如用户使用电话线接入网络肘,则需要在数据链路层运行专门的SLIP(SerialLineIP)协议的PPP(PointtoPointProtocol)协议。
(2)TCP/IP网络层
网络层最重要的协议是IP,它将多个网络联成一个互联网,可以把高层的数据以多个数据报的形式通过互联网分发出去。
网络层的功能主要由IP来提供。除了提供端到端的报文分发功能外,IP还提供了很多扩充功能。例如:为了克服数据链路层对帧大小的限制,网络层提供了数据分块和重组功能,这使得很大的IP数据报能以较小的报文在网上传输。
网络层的另一个重要服务是在互相独立的局域网上建立互联网络,即网际网。网间的报文来往根据它的目的IP地址通过路由器传到另一网络。
IP的基本任务是通过互联网传送数据报,各个IP数据报之间是相互独立的。主机上的IP层向传输层提供服务。IP从源传输实体取得数据,通过它的数据链路层服务传给目的主机的IP层。IP不保证服务的可靠性,在主机资源不足的情况下,它可能丢弃某些数据报,同时IP也不检查被数据链路层丢弃的报文。
在传送时,高层协议将数据传给IP层,IP层再将数据封装为互联网数据报,并交给数据链路层协议通过局域网传送。若目的主机直接连在本局域网中,IP可直接通过网络将数据报传给
目的主机;若目的主机在其他网络中,则IP路由器传送数据报,而路由器则依次通过下一网络将数据报传送到目的主机或再下一个路由器。即IP数据报是通过互联网络逐步传递,直到终点 为止。
(3)TCP/IP传输层
TCP/IP在这一层提供了两个主要的协议:传输控制协议(TCP)和用户数据协议(UDP)。TCP提供的是一种可靠的数据流服务。当传送有差错数据,或网络故障,或网络负荷太
重不能正常工作时,就需要通过其他协议来保证通信的可靠。TCP就是这样的协议,它对应于OSI模型的传输层,它在IP协议的基础上,提供端到端的面向连接的可靠传输。
TCP采用"带重传的肯定确认"技术来实现传输的可靠性。简单的"带重传的肯定确认"是指与发送方通信的接收者,每接收一次数据,就送回一个确认报文J发送者对每个发出去的
报文都留一份记录,等到收到确认之后再发出下一报文。发送者发出报文时,启动计时器,若计时器计数完毕,确认还未到达,则发送者重新发送该报文。
TCP通信建立在面向连接的基础上,实现了一种"虚电路"的概念。双方通信之前,先建立一条连接,然后双方就可以在其上发送数据流。这种数据交换方式能提高效率,但事先建立连接和事后拆除连接需要开销。
4.TCP/IP协议族中的其他协议
TCP/IP是网络中使用的基本的通信协议,是一系列协议和服务的总集。虽然从名字上看
τCP/IP包括两个协议一一…传输控制协议(TCP)和网际协议(IP),但TCP/IP实际上是一组协议,包括了上百个各种功能的协议,如:远程登录、文件传输和电子邮件(PPP,ICMP,ARP/
RARP,UDP,FTP,HTTP,SMTP,SNMP,RIP,OSPF)等协议,而TCP协议和IP协议是保证数据完整传输的两个最基本的重要协议。通常说TCP/IP是指TCP/IP协议族,而不单单是TCP和IP。TCP/IP依靠TCP和IP这两个主要协议提供的服务,加上高层应用层的服务,共同实现了TCP/IP协议族的功能。
TCP/IP的最高层与OSI参考模型的上三层有较大区别,也没有非常明确的层次划分。其中FTP,TELNET,SMTP,DNS是几种广泛应用的协议,TCP/IP中还定义了许多别的高层协议。
(l)文件传输协议FTP
FTP(FileTransferProtocol):文件传输协议,允许用户将远程主机上的文件拷贝到自
己的计算机上。
文件传输协议是用于访问远程机器的专门协议,它使用户可以在本地机与远程机之间进行有关文件的操作。FTP工作时建立两条TCP连接,条用于传送文件,另一条用于传送控制。
FTP采用客户/服务器模式,它包含FTP客户端和FTP服务器。客户启动传送过程,而服 务器对其做出应答。客户FTP大多有交互式界面,使客户可以方便地上传或下载文件。
(2)远程终端访问TELNET
Telnet(RemoteLogin):提供远程登录功能,用户可以登录到远程的另一台计算机土,如同在远程主机上直接操作一样。
设备或终端进程交互的方讼,支持终端到终端的连接及进程到进程分布式计算的通信。
(3)域名服务DNS
DNS是一个域名服务的协议,提供域名到IP地址的转换,允许对域名资源进行分散管理。(4)简单邮件传送协议SMTP
SMTP(SimpleMailTransferProtocol,简单邮件传输协议),用于传输电子邮件。
互联网标准中的电子邮件是基于文件的协议,用于可靠、有效的数据传输。SMTP作为应用层的服务,并不关心它下面采用的是何种传输服务,它可通过网络在TCP连接上传送邮件, 或者简单地在同一机器的进程之间通过进程通信的通道来传送邮件。
邮件发送之前必须协商好发送者、接收者。SMTP服务进程同意为接收方发送邮件时,它将邮件直接交给接收方用户或将邮件经过若干段网络传输,直到邮件交给接收方用户。在邮件传输过程中,所经过的路由被记录下来。这样,当邮件不能正常传输时可按原路由找到发送者。
13网络互联基础
1.3.1IP地址
IP地址和域名是Internet使用的、符合TCP/IP协议规定的地址方案。这种地址方案与日常生活中涉及的电话号码和通信地址相似,涉及到Internet服务的每一环节。IP协议要求所有Internet的网络节点要有统一规定格式的地址,简称IP地址。IP地址是运行TCP/IP协议的唯一标识符。TCP/IP协议是上层协议,无论下层是何种拓扑结构的网络,均应统一在上层IP地址上。任何网络接入Internet,均应使用IP地址。
IP地址是唯一的、全球识别的InterIEt网络地址,采用32位二进制(即4字节)的格式。
在Internet上,每台计算机或网络设备都被分配一个IP地址,这个IP地址在整个InterIIet网络中是唯一的,保证了Internet成为全球开放互联的网络系统。
1.3.2IP地址的格式和分类
IP地址可表达为二进制格式和十进制格式。二进制的IP地址为32位,分为4个8位二进制数。为书写方便起见,常将每个字节作为一段并以十进制数来表示,每段间用"."分隔,每段取值为0~255,。例如:135.111.5.27(二进制格式:10000111.01101111.00000101.00011011)就是合怯的IP地址。
IP地址由网络标识和主机标识两部分组成。常用的IP地址有ATB,C三类,每类均规定
了网络标识和主机标识在32位中所占的位数。这三类IP地址的格式表示范围分别为:
A类地址:0.0.0.O~127.255.255.255
B类地址:128.0.0.O~191.255.255.255
C类地址:192.0.0.O~233.255.255.255
A类IP地址一般用于主机数多达160余万台的大型网络,前8位代表网络号,后3个8
位代表主机号。32位的最高位为Og十进制的第一组数值范围为000~127。IP地址范围为:001.x.y.z~126.x.y.z。
B类IP地址一般用于中等规模的各地区网管中心,前两个8位二进制代表网络号,后两个8位代表主机号。32位的最高两位为10;十进制的第一组数值范围为128~191。IP地址范围为:128.x.y.Z~191.x.y.z。
C类地址一般用于规模较小的本地网络,如校园网、企业网、政府机构网等。前三个8位代表网络号,最后8位代表主机号。32位的最高3位为110,十进制第一组数值范围为192~223。IP地址范围为:192.x.y.z~223.x.y.z。一个C类地址可连接256个主机。
A类地址一般分配给具有大量主机的网络使用,B类地址通常分配给规模中等的网络使用,C类地址通常分配给小型局域网使用。为了确保唯→性,IP地址由世界各大地区的权威机构InterNIC()管理和分配。
1.3.3子网的划分与掩码
在Internet中,如果每个物理网络就要占用一个网络号,是不够用的。另外,如果每个单位增添新的物理网络(例如新建楼房或新部门中新建的网络)就要向Internet的NIC申请新网络号,也太麻烦,并且不便于IP地址的分配管理。
,
在IP地址的某个网络标识中,可以包含大量的主机(如A类地址的主机标识域为24位,B类地址的主机标识域为16位),而在实际应用中不可能将这么多的主机连接到单一的网络中, 这将给网络寻址和管理带来不便。为解决这个问题,可以在网络中引入"子网"的概念。
注意:这里的子网与前面所说的通信子网是两个完全不同的概念。将主机标识域进一步划分为子网标识和子网主机标识,通过灵活定义子网标识域的位数,可以控制每个子网的规模。将一个大型网络划分为若干个既相对独立又相互联系的子网后,网络内部各子网便可独立寻址和管理,各子网间通过跨子网的路由器连接,这样也提高了网络的安全性。
利用子网掩码可以判断两台主机是否在同一子网中。子网掩码与IP地址一样也是32位二进制数,不同的是它的子网主机标识部分为全"。"。若两台主机的IP地址分别与它们的子网掩码相"与"后的结果相同,则说明这两台主机在同一网中。
1.子网划分
为使多个物理网络共用一个IP地址,可以采取把IP地址中主机号部分进一步划分为子网号和主机号两部分。例如:一个B类IP地址,可以把第三个字节作为子网号,第四个字节作为子网(物理网络)上主机号。
2.子网掩码
IP路由选择算法是根据IP数据报报头中目的地址的网络号,查找它的路由表,找到一个表项的目的网络号能与它匹配,然后用匹配上表项的中继IP地址作为发送该数据报到达目的主机的下一个路由器地址。IP数据报报头中目的地址的网络号是根据该地址最高位值来决定它是哪一类IP地址,网络号应占用多少位。
划分了子网后,就不能从地址的最高位值来判断网络号占用的位数了,用户可以自行决定子网号占用的位数。为了解决这个问题,必须使用子网掩码(mask)子网掩码是一个32位的数,其中取值为1的位,对应网络号或子&网号:取值为0的位,对应主机号。
② 计算机的网络协议分成几层
TCP/IP参考模型将计算机网络协议划分为4层，以下不属于这4层的是物理层。基于TCP/IP的参考模型将协议分成四个层次，它们分别是：网络访问层、网际互联层（主机到主机）、传输层、和应用层。
网络访问层是以IP为代表的网络协议， 这是真正的互联网通信，两台电脑之间可能链路层传出的数据协议不一样，但是都转换成统一的IP数据协议，通过网线进行通信。
链路层主要包括设备驱动程序，网卡，以及局域网，将操作系统上的数据以位流形式封装成帧，往上发送，也将来自上一层的数据帧，拆装为位流形式的数据转发到电脑操作系统中。
运输层是以TCP,UDP协议为主，因为IP协议发送的数据可靠性不高，并且是最多精确到电脑，TCP协议采用超时重传、发送和接收端到端的确认分组等机制确保数据传输的可靠度，并且可以精确到进程，将数据传递给进程。
应用层对应于OSI参考模型的高层，为用户提供所需要的各种服务，例如：FTP、Telnet、DNS、SMTP等。
(2)计算机网络协议的整体结构扩展阅读：
在TCP/TP协族中，网络层IP提供的是一种不可靠的服务。它只是尽可能快地把分组从源节点送到目的节点，但不提供任何可靠性的保证。Tcp在不可靠的ip层上，提供了一个可靠的运输层，为了提供这种可靠的服务，TCP采用了超时重传、发送和接收端到端的确认分组等机制。
在7层模型中，每一层都提供一个特殊的网络功能。从网络功能的角度观察：下面4层（物理层、数据链路层、网络层和传输层）主要提供数据传输和交换功能，即以节点到节点之间的通信为主；第4层作为上下两部分的桥梁，是整个网络体系结构中最关键的部分；
而上3层（会话层、表示层和应用层）则以提供用户与应用程序之间的信息和数据处理功能为主。简言之，下4层主要完成通信子网的功能，上3层主要完成资源子网的功能。
③ 什么是计算机网络体系结构
计算机网络是一个复杂的具有综合性技术的系统，为了允许不同系统实体互连和互操作，不同系统的实体在通信时都必须遵从相互均能接受的规则，这些规则的集合称为协议(Protocol)。
1、系统指计算机、终端和各种设备。
2、实体指各种应用程序，文件传输软件，数据库管理系统，电子邮件系统等。
3、互连指不同计算机能够通过通信子网互相连接起来进行数据通信。
4、互操作指不同的用户能够在通过通信子网连接的计算机上，使用相同的命令或操作，使用其它计算机中的资源与信息，就如同使用本地资源与信息一样。
计算机网络体系结构可以从网络体系结构、网络组织、网络配置三个方面来描述，网络组织是从网络的物理结构和网络的实现两方面来描述计算机网络，网络配置是从网络应用方面来描述计算机网络的布局，硬件、软件和通信线路来描述计算机网络，网络体系结构是从功能上来描述计算机网络结构。
(3)计算机网络协议的整体结构扩展阅读：
计算机网络由多个互连的结点组成，结点之间要不断地交换数据和控制信息，要做到有条不紊地交换数据，每个结点就必须遵守一整套合理而严谨的结构化管理体系·计算机网络就是按照高度结构化设计方法采用功能分层原理来实现的，即计算机网络体系结构的内容。
通常所说的计算机网络体系结构，即在世界范围内统一协议，制定软件标准和硬件标准，并将计算机网络及其部件所应完成的功能精确定义，从而使不同的计算机能够在相同功能中进行信息对接。
一、计算机系统和终端
计算机系统和终端提供网络服务界面。地域集中的多个独立终端可通过一个终端控制器连入网络。
二、通信处理机
通信处理机也叫通信控制器或前端处理机，是计算机网络中完成通信控制的专用计算机，通常由小型机、微机或带有CPU的专用设备充当。在广域网中，采用专门的计算机充当通信处理机：在局域网中，由于通信控制功能比较简单，所以没有专门的通信处理机，而是在计算机中插入一个网络适配器（网卡）来控制通信。
三、通信线路和通信设备
通信线路是连接各计算机系统终端的物理通路。通信设备的采用与线路类型有很大关系：如果是模拟线路，在线中两端使用Modem（调制解调器）；如果是有线介质，在计算机和介质之间就必须使用相应的介质连接部件。
四、操作系统
计算机连入网络后，还需要安装操作系统软件才能实现资源共享和管理网络资源。如：Windows 98、Windows 2000、Windows xp等。
五、网络协议
网络协议是规定在网络中进行相互通信时需遵守的规则，只有遵守这些规则才能实现网络通信。常见的协议有：TCP/IP协议、IPX/SPX协议、NetBEUI协议等。
④ 计算机网络通常由哪些部分组成
计算机网络通常由以下几个部分组成：
硬件：包括计算机、路由器、交换机、调制解调器等硬件设备，用于在网络中传输和处理数据。
1、软件：包括操作系统、网络协议、网络服务、应用程序等软件，用于控制网络硬件设备的操作，并提供各种网络服务。
2、协议：网络协议规定了网络中数据的传输方式和处理方式。常见的协议包括TCP/IP协议、HTTP协议、FTP协议、SMTP协议等。
3、拓扑结构：网络拓扑结构指的是网络中各个设备之间的物理连接方式。常见的拓扑结构包括星型拓扑、总线型拓扑、环型拓扑等。
4、网络服务：网络服务是网络中的各种应用程序，包括电子邮件、文件传输、远程登录、网页浏览等服务。
5、安全机制：网络安全是网络中一个重要的方面，包括防火墙、加密技术、身份认证、访问控制等安全机制，用于保护网络中的数据和设备免受攻击和威胁。
总之，计算机网络是由硬件、软件、协议、拓扑结构、网络服务和安全机制等多个组成部分构成的复杂系统。这些组成部分相互作用，共同实现了计算机网络中的数据传输、处理、存储和管理等功能。
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⑤ 典型的计算机网络体系结构有哪些
OSI七层模型、TCP／IP四层模型、五层体系结构
一、OSI七层模型
OSI七层协议模型主要是：应用层（Application）、表示层（Presentation）、会话层（Session）、传输层（Transport）、网络层（Network）、数据链路层（DataLink）、物理层（Physical）。
二、TCP／IP四层模型
TCP／IP是一个四层的体系结构，主要包括：应用层、运输层、网际层和网络接口层。从实质上讲，只有上边三层，网络接口层没有什么具体的内容。
三、五层体系结构
五层体系结构包括：应用层、运输层、网络层、数据链路层和物理层。五层协议只是OSI和TCP／IP的综合，实际应用还是TCP／IP的四层结构。为了方便可以把下两层称为网络接口层。
(5)计算机网络协议的整体结构扩展阅读：
世界上第一个网络体系结构是美国IBM公司于1974年提出的，它取名为系统网络体系结构SNA（System Network Architecture）。凡是遵循SNA的设备就称为SNA设备。这些SNA设备可以很方便地进行互连。此后，很多公司也纷纷建立自己的网络体系结构，这些体系结构大同小异，都采用了层次技术。
⑥ 计算机网络的体系结构
要想让两台计算机进行通信，必须使它们采用相同的信息交换规则。我们把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称为网络协议（network protocol）或通信协议（communication protocol）。
为了减少网络协议设计的复杂性，网络设计者并不是设计一个单一、巨大的协议来为所有形式的通信规定完整的细节，而是采用把通信问题划分为许多个小问题，然后为每个小问题设计一个单独的协议的方法。这样做使得每个协议的设计、分析、编码和测试都比较容易。分层模型（layering model）是一种用于开发网络协议的设计方法。本质上，分层模型描述了把通信问题分为几个小问题（称为层次）的方法，每个小问题对应于一层。
在计算机网络中要做到有条不紊地交换数据，就必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则明确规定了所交换的数据格式以及有关的同步问题。这里所说的同步不是狭义的（即同频或同频同相）而是广义的，即在一定的条件下应当发生什么事件（如发送一个应答信息），因而同步含有时序的意思。这些为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议，网络协议也可简称为协议。网络协议主要由以下三个要素组成。
① 语法，即数据与控制信息的结构或格式。
② 语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。
③ 同步，即事件实现顺序的详细说明。
网络协议是计算机网络的不可缺少的组成部分。
协议通常有两种不同的形式。一种是使用便于人来阅读和理解的文字描述，另一种是使用计算机能够理解的程序代码。
对于非常复杂的计算机网络协议，其结构应该是层次式的。分层可以带来许多好处。
① 各层之间是独立的。某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的，而仅仅需要知道该层通过层间的接口（即界面）所提供的服务。由于每一层只实现一种相对独立的功能，因而可将一个难以处理的复杂问题分解为若干个较容易处理的更小一些的问题。这样，整个问题的复杂程度就下降了。
② 灵活性好。当任何一层发生变化时（例如由于技术的变化），只要层间接口关系保持不变，则在这层以上或以下各层均不受影响。此外，对某一层提供的服务还可进行修改。当某层提供的服务不再需要时，甚至可以将这层取消。
③ 结构上可分割开。各层都可以采用最合适的技术来实现。
④ 易于实现和维护。这种结构使得实现和调试一个庞大而又复杂的系统变得易于处理，因为整个的系统已被分解为若干个相对独立的子系统。
⑤ 能促进标准化工作。因为每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明。
分层时应注意使每一层的功能非常明确。若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。但层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。
我们把计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构。换种说法，计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义。需要强调的是：这些功能究竟是用何种硬件或软件完成的，则是一个遵循这种体系结构的实现的问题。体系结构的英文名词architecture的原意是建筑学或建筑的设计和风格。但是它和一个具体的建筑物的概念很不相同。我们也不能把一个具体的计算机网络说成是一个抽象的网络体系结构。总之，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。
图5.8所示是计算机网络体系结构示意图。其中图5.8（a）是OSI的七层协议体系结构图、图5.8（b）是TCP/IP四层体系结构、图5.8（c）是五层协议的体系结构。五层协议的体系结构综合了前两种体系结构的优点，既简洁又能将概念阐述清楚。
⑦ 计算机网络协议由哪三部分组成
计算机网络通常由三个部分组成，它们是资源子网、通信子网和通信协议.
资源子网是计算机网络中面向用户的部分，负责全网络面向应用的数据处理工作；
通信子网就是计算机网络中负责数据通信的部分；
通信双方必须共同遵守的规则和约定就称为通信协议，它的存在与否是计算机网络与一般计算机互连系统的根本区别。
⑧ 计算机网络的组成和体系结构
一、计算机网络的基本组成
计算机网络是一个很复杂的系统，它由许多计算机软件、硬件和通信设备组合而成。下面对一个计算机网络所需的主要部分，即服务器、工作站、外围设备、网络软件作简要介绍。
1.服务器（Server）
在计算机网络中，服务器是整个网络系统的核心，一般是指分散在不同地点担负一定数据处理任务和提供资源的计算机，它为网络用户提供服务并管理整个网络，它影响着网络的整体性能。一般在大型网络中采用大型机、中型机和小型机作为网络服务器，可保证网络的可靠性。对于网点不多，网络通信量不大，数据安全性要求不太高的网络，可以选用高档微机作网络服务器。根据服务器在网络中担负的网络功能的不同，又可分为文件服务器、通信服务器和打印服务器等。在小型局域网中，最常用的是文件服务器。一般来说网络越大、用户越多、服务器负荷越大，对服务器性能要求越高。
2.工作站（Workstation）
工作站有时也称为“节点”或“客户机（Client）”，是指通过网络适配器和线缆连接到网络上的计算机，是网络用户进行信息处理的个人计算机。它和服务器不同，服务器是为整个网络提供服务并管理整个网络，而工作站只是一个接入网络的设备，它保持原有计算机的功能，作为独立的计算机为用户服务，同时又可按一定的权限访问服务器，享用网络资源。
工作站通常都是普通的个人计算机，有时为了节约经费，不配软、硬盘，称为“无盘工作站”。
3.网络外围设备
是指连接服务器和工作站的一些连线或连接设备，如同轴电缆、双绞线、光纤等传输介质，网卡（NIC）、中继器（Repeater）、集线器（Hub）、交换机（Switch）、网桥（Bridge）等，又如用于广域网的设备：调制解调器（Modem）、路由器（Router）、网关（Gateway）等，接口设备：T型头、BNC连接器、终端匹配器、RJ45头、ST头、SC头、FC头等。
4.网络软件
前面介绍的都是网络硬件设备。要想网络能很好地运行，还必须有网络软件。
通常网络软件包括网络操作系统（NOS）、网络协议软件和网络通信软件等。其中，网络操作系统是为了使计算机具备正常运行和连接上网的能力，常见的网络操作系统有UNIX、Linux、Novell Netware、Windows NT、Windows 2000 Server、Windows XP等；网络协议软件是为了各台计算能使用统一的协议，可以看成是计算机之间相互会话使用的语言；而运用协议进行实际的通信则是由通信软件完成的。
网络软件功能的强弱直接影响到网络的性能，因为网络中的资源共享、相互通信、访问控制和文件管理等都是通过网络软件实现的。
二、计算机网络的拓扑结构
所谓计算机网络的拓扑结构是指网络中各结点（包括连接到网络中的设备、计算机）的地理分布和互连关系的几何构形，即网络中结点的互连模式。
网络的拓扑结构影响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信费用等指标，常见的网络拓扑结构有总线型、星型、环型等，通过使用路由器和交换机等互连设备，可在此基础上构建一个更大网络。
1.总线型
在总线型结构中，将所有的入网计算机接入到一条通信传输线上，为防止信号反射，一般在总线两端连有终端匹配器如图6-1（a）。总线型结构的优点是信道利用率高，可扩充性好，结构简单，价格便宜。当数据在总线上传递时，会不断地“广播”，第一节点均可收到此信息，各节点会对比数据送达的地址与自己的地址是否相同，若相同，则接收该数据，否则不必理会该数据。缺点是同一时刻只能有两个网络结点在相互通信，网络延伸距离有限，网络容纳的节点数有限。在总线上只要有一个结点连接出现问题，会影响整个网络运行，且不易找到故障点。
图6-1 网络拓扑结构
2.星型
在星型结构中，以中央结点为中心，其他结点都与中央结点相连。每台计算机通过单独的通信线路连接到中央结点，由该中央结点向目的结点传送信息，如图6-1（b），因此，中央结点必须有较强的功能和较高的可靠性。
在已实现的网络拓扑结构中，这是最流行的一种。跟总线型拓扑结构相比，它的主要的优势是一旦某一个电缆线段被损坏了，只有连接到那个电缆段的主机才会受到影响，结构简单，建网容易，便于管理。缺点是该拓扑是以点对点方式布线的，故所需线材较多，成本相对较高，此外中央结点易成为系统的“瓶颈”，且一旦发生故障，将导致全网瘫痪。
3.环型
在环型结构中，如图6-1（c）所示，各网络结点连成封闭环路，数据只能是单向传递，每个收到数据包的结点都向它的下一结点转发该数据包，环游一圈后由发送结点回收。当数据包经过目标结点时，目标结点根据数据包中的目标地址判断出是自己接收，并把该数据包拷贝到自己的接收缓冲中。
环型拓扑结构的优点是：结构简单，网络管理比较简单，实时性强。缺点是：成本较高，可靠性差，网络扩充复杂，网络中若有任一结点发生故障都会使整个网络瘫痪。
三、计算机网络的体系结构
要弄清网络的体系结构，需先弄清网络协议是什么。
网络协议是两台网络上的计算机进行通信时使用的语言，是通信的规则和约定。为了在网络上传输数据，网络协议定义了数据应该如何被打成包、并且定义了在接收数据时接收计算机如何解包。在同一网络中的两台计算机为了相互通信，必须运行同一协议，就如同两个人交谈时，必须采用对方听得懂的语言和语速。
由于网络结点之间的连接可能是很复杂的，因此，为了减少协议设计的复杂性，在制定协议时，一般把复杂成分分解成一些简单成分，再将它们复合起来，而大多数网络都按层来组织，并且规定：（1）一般是将用户应用程序作为最高层，把物理通信线路作为最低层，将其间再分为若干层，规定每层处理的任务，也规定每层的接口标准；（2）每一层向上一层提供服务，而与再上一层不发生关系；（3）每一层可以调用下一层的服务传输信息，而与再下一层不发生关系。（4）相邻两层有明显的接口。
除最低层可水平通信外，其他层只能垂直通信。
层和协议的集合被称为网络的体系结构。为了帮助大家理解，我们从现实生活中的一个例子来理解网络的层次关系。假如一个只懂得法语的法国文学家和一个只懂得中文的中国文学家要进行学术交流，那么他们可将论文翻译成英语或某一种中间语言，然后交给各自的秘书选一种通信方式发给对方，如图6-2所示。
图6-2 中法文学家学术交流方式
下面介绍两个重要的网络体系结构：OSI参考模型和TCP/IP参考模型。
1.OSI参考模型
由于世界各大型计算机厂商推出各自的网络体系结构，不同计算机厂商的设备相互通信困难。为建立更大范围内的计算机网络，必然要解决异构网络的互连，因而国际标准化组织ISO于1977年提出“开放系统互连参考模型”，即着名的OSI（Open system interconnection/Reference Model）。它将计算机网络规定为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层等七层，受到计算机界和通信界的极大关注。
2.TCP/IP参考模型
TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet protocol）协议是Internet使用的通信协议，由ARPANET研究中心开发。TCP/IP是一组协议集（Internet protocol suite），而TCP、IP是该协议中最重要最普遍使用的两个协议，所以用TCP/IP来泛指该组协议。
TCP/IP协议的体系结构被分为四层：
（1）网络接口层 是该模型的最低层，其作用是负责接收IP数据报，并通过网络发送出去，或者从网络上接收网络帧，分离IP数据报。
（2）网络层 IP协议被定义驻留在这一层中，它负责将信息从一台主机传到指定接收的另一台主机。主要功能是：寻址、打包和路由选择。
（3）传输层 提供了两个协议用于数据传输，即传输控制协议TCP和通用数据协议UDP，负责提供准确可靠和高效的数据传送服务。
（4）应用层 位于TCP/IP最高层，为用户提供一组常用的应用程序协议。例如：简单邮件传输协议SMTP、文件传协议FTP、远程登录协议Telnet、超文本传输协议HTTP（该协议是后来扩充的）等。随着Internet的发展，又开发了许多实用的应用层协议。
图6-3是TCP/IP模型和OSI模型的简单比较：
图6-3 TCP/IP模型和OSI模型的对比