协议与网络体系结构-计算机网络技术与电子信息工程

（一）协议

计算机网络的基本功能是资源共享和信息交换。为了实现这些功能，通常需要网络中的实体之间的各种通信和对话。这些通信实体的情况非常不同，如果没有统一的协议，结果一定是非常混乱的。人们经常将互联网比喻为“信息的高速公路”，为了共享资源和交换信息，我们必须遵循一些规则和标准，即协议。

事实上，协议在现实生活中无处不在，但我们已经熟视无睹了。下面这个生活场景可以帮助我们了解什么是协议。想象一下，当你向另一个人询问当前时间时，典型的对话过程如下：首先，你使用问候来建立双方之间的沟通，例如，你说：“你好”，通常，对方将回答：“你好”作为对对话发起人的回应；然后你问道：“现在几点了”，对方回答：“9:30”，此时问话成功。也可能会收到其他答案，例如“请勿打扰我”或“我不会说中文”或其他拒绝，或根本没有回复，表明对方不愿意交谈或无法交谈。在这种情况下，你会明白他们（协议）不能再去问时间了。人们发送信息并获得反馈（收到信息），然后根据反馈信息判断如何继续对话，这便是人与人之间的协议。如果人们之间有不同的协议，例如，一个人的行为方式，另一个人无法理解，或者一个人说的时间概念另一个人不明白，那么协议根本不起作用。

计算机网络协议与人类协议非常相似，除了执行协议的对象是硬件或软件实体。两个及以上数量的硬件和软件实体可以根据协议交换信息。例如，两个物理连接的计算机通过网卡执行协议控制连接线上的比特流信号的传输；终端系统之间的拥塞控制协议管理发送者和接收者之间的数据包传输；路由器中运行的协议确定从源到目的地的传输过程中数据包的路径选择。协议在互联网的任何地方都控制着信息的传输。

下面我们用一个例子来阐释计算机网络协议：在浏览器中输入Web地址（URL）来请求Web页面时会发生什么：

步骤1：浏览器将向Web服务器发送连接请求并等待响应；

步骤2：通常Web服务器将接收连接请求并返回连接响应；

步骤3：浏览器得知服务器已准备就绪，将GET信息发送到服务器以发送所请求Web的名称；

步骤4：Web服务器将请求的Web页面或文件发送回浏览器。

通过这个例子我们可以给出计算机网络协议的定义：协议定义了计算机网络中两个及以上通信实体之间信息交换的格式和顺序，以及在连接过程中应该生成的各种行为规则和约定。

协议有如下三个要素：

1.语法：数据和控制信息格式、数据编码等。

2.语义学：控制信息的内容、操作和响应。

3.时间安排：事件先后顺序与速度相匹配。(www.xing528.com)

协议仅定义了各种计算机规则的外部特征，并未指定任何内部实现，这与人们日常生活中的一些规定相同，即只指定要做什么，而不描述如何做。计算机网络硬件和软件制造商按照协议规定生产网络产品，使生产的产品符合协议规定的标准，但制造商要选择使用哪种电子元件和哪种语言是没有规定的。

（二）网络体系结构

网络协议是计算机网络必不可少的一部分，功能齐全的计算机网络需要一套协议集的支持。对于复杂的网络协议，组织它们的最佳方法是根据层次结构模型组织计算机网络协议。每个相邻层之间存在接口，不同的层通过接口为其上层提供服务，并屏蔽实现此服务的细节。我们将网络层次模型和协议集定义为网络体系结构。网络体系结构精确定义了计算机网络应该实现的功能，而如何实现这些功能的硬件和软件类型是具体的问题。

计算机网络采用层次结构的优点如下：

1.各层之间相互独立

较高层只需要知道通过层之间的接口提供的服务，而不需知道低层如何实现。每层的技术变化不会影响其他层，因此可以使用最适合该层的技术。

2.灵活性好

当某层发生变化时，只要接口不变，就不会影响上下的层，当不再需要某层的服务时，甚至可以直接取消。

3.易于实现和维护

因为整个系统被分解为多个易于操作的部分，所以更容易控制大型复杂系统的实现和维护。

4.促进标准化

每一层的功能及服务项目都有精确的描述。IBM公司在1974年提出了世界上第一个网络体系结构，即系统网络体系结构（SNA）。从那时起，许多公司都提出了自己的网络体系结构，其共同特点是它们都采用分层技术，但层的划分和功能的分配与所使用的技术术语都各不相同。随着信息技术的发展，各种计算机系统和计算机网络的互连已成为亟待解决的问题，在此背景下，OSI参考模型被提了出来。