考点8 网络体系结构与网络协议《计算机网络技术与应用》内蒙古（对口招生）计算机类 知识点讲解

内蒙古自治区（计算机类）对口招生 《计算机网络技术与应用》复习讲义 模块 3 计算机网络体系结构 考点 8 网络体系结构与网络协议 【考纲要求】 1. 了解网络体系结构的基本概念； 2. 掌握网络协议； 3. 理解网络的分层结构； 4. 掌握网络的体系结构。 【知识网络】 【知识和技能要点】 一、网络体系结构的基本概念 1. 网络体系结构的提出 计算机网络不断发展和完善，要充分发挥网络的作用、更好地实现资源共享与数据通信等功能，就必须解决网络中遇到的一系列问题，如信号传输、差错控制、路由寻址、数据交换以及向用户提供接口等。网络本身十分复杂，通信控制又牵涉许多技术难题；为简化它的研究、设计与分析，同时让不同计算机系统彼此互联互通，人们提出了网络体系结构这一概念。 2. 计算机网络结构的三个描述方面 计算机网络的体系结构、网络组织与网络配置，是描述网络结构的三个角度。网络组织涉及网络的物理结构及其实现两个层面；网络配置则立足应用，就网络的布局、软硬件与通信线路来说明；网络体系结构着眼于功能，说明网络功能实体如何划分，以及它们协同工作的方式与规则。三者着眼点不同，却又彼此关联，共同刻画出网络的完整面貌。 3. 网络体系结构的定义 网络体系结构是为完成计算机之间的通信合作，把互联的每台计算机的功能划分成定义明确的若干层次，并规定同层进程之间的通信协议以及相邻层之间的接口服务；从另一角度看，它也是用分层方法所定义的网络各层功能、各层协议与接口的总和。 二、网络协议 1. 网络协议的概念 网络协议是通信双方都要遵守的约定，也是一组用来描述进程间信息交换过程的术语。网络中并存着多种类型的计算机系统，彼此的硬件与软件差异很大；要让它们互通、交换数据并化解通信中的种种问题，就得有一整套管理机制，保证双方都能正确收到信息并读懂其含义。这套规则就是网络协议。 2. 网络协议的三个要素 网络协议主要由语法、语义和交换规则三个要素组成。语法以二进制形式表示命令和相应的结构，用来确定协议元素的格式，也就是规定数据与控制信息的结构和格式。有了统一的格式，接收方才能正确切分并识别所收到的比特流；三个要素各司其职，缺一不可。 语义，是请求、动作与响应共同构成的集合，它界定协议元素的类型，即双方该发什么控制信息、做什么动作、给什么应答。交换规则则是对事件实现顺序的详细说明，它确定通信状态的变化和过程，例如通信双方的应答关系。语法、语义与交换规则三者配合，协议才能完整地规定一次通信该如何进行。 3. 网络协议的特点 网络协议具有层次性。因为网络体系结构本身分层次，协议也随之一层一层地划分，每个层次内还可再分成若干子层，层次之间也有高低之别。就网络术语而言，层指一个或一系列程序：它既可向相邻的高一层提供支持，也要利用相邻低层所给的支持；处在最高层的程序直接面向用户，但同样离不开低层为它传递信息与消息。 网络协议还应具备可靠性和有效性。协议一旦不可靠，就会造成通信混乱甚至中断；只有协议有效，系统内的各种资源共享才能真正实现。因此协议在设计时既要保证信息能准确送达，又要力求简单高效，避免因规则过于繁琐而拖慢通信。 三、网络的分层结构 1. 网络分层的基本方法 网络系统功能强、规模大，一般采取高度结构化的分层设计思路：把它划成一组职责分明、彼此独立而又便于操作的层次，再由各层的功能组合共同提供通信服务，以此降低系统设计、修改与更新的复杂度。这种思路与人们处理日常复杂事务的做法一致，都是把大问题化小、分层负责。 2. 网络层次结构模型 把网络要实现的功能作结构化、模块化设计，把整体功能分成几个相对独立的子功能层次，各层次之间有机衔接，低层向高层提供所需的功能支持。分层把庞大复杂的难题拆成若干局部小问题，处理和研究起来就容易多了，这种层次结构的设计即网络层次结构模型。 在网络层次结构模型中，第 N 层一方面充当第 N-1 层的用户，另一方面又是第 N+1 层的服务提供者。就第 N 层来说，N+1 层用户直接得到 N 层提供的服务，而 N 层自身的服务又建立在 N-1 层服务的基础之上。可见上下相邻的层之间始终是服务与被服务的关系。 两台计算机上处于同一层次的层之间相互对话，所遵循的规则即该层的协议。但数据并非由一方的第 N 层径直送到另一方的第 N 层：每一层都把数据与控制信息向下交给相邻的低层，逐层下递至最底层，真正的数据通信最终由物理层完成。 网络体系结构采用层次化结构有三方面优点：各层彼此独立，高层无需过问低层的实现细节，只须了解低层能提供什么服务、本层又能为上层提供什么服务，从而真正做到各司其职；便于实现与维护，某一层改动其内部细节，不会波及其他层次；分层之后各层功能单一明确，易于实现标准化。 划分层次时，各层职责必须十分清楚。层次过多，描述和综合实现各层功能乃至整个系统工程都会变得困难；层次过少，则每层的协议又会过于繁杂。因此层数应当适中，以便在描述简单与协议简洁之间取得平衡，这也是设计网络体系结构时必须权衡的问题。 四、网络体系结构的发展 1. 厂商专有模型带来的互联问题 20世纪70年代以后网络逐渐普及，随之而来的是不同网络体系之间的互联问题。各厂商都自定网络模型，本厂机器之间通信方便，却也利于垄断市场：用户一旦用了某厂商的网络，便只能买该厂商的产品；若买了别家的产品，由于分属不同模型就难以连通。例如当时全球最大的两家计算机厂商 IBM 与 DEC 分别制定了 SNA 和 DECnet，两者设计都很优秀，但据以搭建的网络彼此却无法通信。 2. 网络体系结构标准化的成果 于是，网络的发展亟需一套能互联互通的标准，让设备厂商照着它开发产品，最终实现彼此兼容。不少标准化组织着手制定网络体系结构标准，其中最有名的是 ISO 提出的开放系统互连参考模型，可惜它始终没有形成产品；TCP/IP 则是 Internet 采用的协议，它虽非体系结构标准，却作为广泛使用的工业产品而成为工业标准，也是事实标准。 【真题】 2022年真题｜单选题第40题 网络协议的三个要素：语法，语义和（ ） A. 工作原理 B. 时序 C. 进程 D. 传输服务 【答案】B 【解析】网络协议由语法、语义和交换规则（即时序）三个要素组成。语法规定数据与控制信息的结构和格式，语义规定通信双方要发出何种控制信息、完成何种动作及做出何种应答，交换规则则说明事件实现的顺序，即通信状态的变化和过程。 2023年真题｜简答题第163题 简述网络体系结构中采用层次化结构的优点。 【答案】网络体系结构中采用层次化结构主要有三方面优点。第一，各层之间相互独立。高层不必关心低层的实现细节，只要知道低层所提供的服务以及本层向上层所提供的服务即可，从而能真正做到各司其职，某一层的内部改动不会影响其他层。第二，有利于实现和维护。由于各层分工明确、彼此独立，某个层实现细节的变化不会对其他层产生影响，系统便于修改、更新和扩充。第三，易于实现标准化。各层的功能单一而明确，便于分别为各层制定统一的标准与协议，从而有利于不同厂商的产品互联互通。此外，分层时还应注意每层的功能必须非常明确：层数不宜太多，否则会给描述和综合实现各层功能及系统工程任务带来较多困难；层数也不能太少，不然会使每一层的协议太过复杂。 【解析】本题考查层次化结构的优点。答题时应答出三条：各层之间相互独立、有利于实现和维护、易于实现标准化，并逐条稍作展开；若能补充分层时层数应适中的原则则更为完整。 2024年真题｜第27题 在计算机网络中，允许计算机相互通信的语言被称为（ ） A. 协议 B. 寻址 C. 轮询 D. 对话 【答案】A 【解析】网络协议是通信双方都要遵守的约定，是一组用来描述进程之间信息交换过程的术语，可理解为计算机相互通信时所使用的“语言”。寻址指确定数据发送的目标地址，轮询是介质访问控制中的一种方法，对话并非本领域术语。 【练习题】 一、填空题 1. 计算机的网络结构可以从网络体系结构、网络组织和________三个方面来描述。 【答案】网络配置 【解析】网络组织从物理结构和实现两方面描述网络，网络配置从应用方面就布局、软硬件和通信线路来描述，网络体系结构则从功能上描述网络结构。 2. 计算机网络体系结构是我们为简化对网络问题的研究、设计与实现而构建的一种________模型。 【答案】结构 【解析】为解决信号传输、差错控制、路由寻址、数据交换和提供用户接口等问题，人们提出了网络体系结构的概念。 3. 网络协议主要由语法、语义和________三个要素组成。 【答案】交换规则 【解析】语法规定数据与控制信息的结构和格式，语义规定双方要发出的控制信息、完成的动作及做出的应答，交换规则说明事件实现的顺序。 4. 用来描述进程之间信息交换过程的一组术语，且为通信双方共同遵守的约定，称为________。 【答案】网络协议 【解析】网络中并存多种类型的计算机系统，硬件与软件差异很大，必须有统一的规则才能相互通信。 5. 网络协议具有________性，即协议被分为多个层次，各层次还有高低之分。 【答案】层次 【解析】由于网络体系结构是有层次的，协议也被分为多个层次，每个层次内还可再分成若干子层。 6. 计算机网络通常采用高度结构化的________设计方法，把网络划分为一组功能分明的层次。 【答案】分层 【解析】分层依靠各层之间的功能组合提供通信服务，从而减少网络系统设计、修改和更新的复杂性。 7. 分层可把庞大而复杂的问题转化为若干较小的________问题，这些局部问题比较容易研究和处理。 【答案】局部 【解析】这种层次结构的设计被称为网络层次结构模型。 8. 在网络层次结构模型中，N 层是 N-1 层的用户，同时又是 N+1 层的________提供者。 【答案】服务 【解析】对 N 层而言，N+1 层用户直接获得了 N 层提供的服务，而 N 层的服务又建立在 N-1 层服务的基础之上。 9. 一台计算机上的第 N 层与另一台计算机上对应的第 N 层进行对话，通话的规则就是第 N 层________。 【答案】协议 【解析】实际上数据并不是从一台计算机的第 N 层直接送到另一台的第 N 层，而是逐层下交，最后由物理层完成实际的数据通信。 10. TCP/IP 虽不是体系结构的标准，却是 Internet 上广泛使用的工业标准，也是________上的标准。 【答案】事实 【解析】最著名的体系结构标准是由 ISO 制定的开放系统互连参考模型，但该参考模型并没有形成产品。 二、单项选择题 1. 从功能上来描述计算机网络结构的方面是（ ）。 A. 网络组织 B. 网络配置 C. 网络体系结构 D. 网络拓扑 【答案】C 【解析】网络组织从物理结构和实现两方面描述网络，网络配置从应用方面就布局、软硬件和通信线路来描述，只有网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构的。 2. 网络体系结构是指（ ）。 A. 把互联的功能划分为有明确定义的层次，并规定同层通信协议及相邻层接口服务 B. 网络的物理连接方式 C. 网络中各节点的地理位置分布 D. 网络所使用的传输介质类型 【答案】A 【解析】网络体系结构为完成计算机之间的通信合作，把每个计算机互联的功能划分为有明确定义的层次，并规定同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口服务，也就是用分层方法定义的各层功能、协议与接口的集合。 3. 网络协议的三个要素是（ ）。 A. 数据格式、编码和信号 B. 编码、控制信息和同步 C. 语法、速度和匹配 D. 语法、语义和交换规则 【答案】D 【解析】网络协议由语法、语义和交换规则（时序）三个要素组成：语法确定协议元素的格式，语义确定协议元素的类型，交换规则确定通信状态的变化和过程。 4. 两台计算机之间若要正常通信，必须（ ）。 A. 使用同一厂家生产的设备 B. 遵循共同的网络协议 C. 采用完全相同的传输速率 D. 接入同一条通信线路 【答案】B 【解析】网络协议是通信双方共同遵守的约定，网络中并存多种类型的计算机系统，硬件与软件差异很大，只有遵循共同的协议，双方才能正确接收信息并理解对方信息的含义。设备厂家、传输速率与线路是否相同都不是通信的必要条件。 5. 甲打电话给乙的例子中，电话号码属于网络协议要素中的（ ）。 A. 语法 B. 语义 C. 交换规则 D. 以上都不是 【答案】A 【解析】电话号码由若干位阿拉伯数字组成，属于“语法”的一个例子；响铃与接听等控制信号与响应动作属于“语义”；甲拨电话乙的电话才会响这一因果关系则属于“交换规则”。 6. 网络协议被分为多个层次，且各层次还有高低之分，这体现了网络协议的（ ）。 A. 可靠性 B. 有效性 C. 安全性 D. 层次性 【答案】D 【解析】由于网络体系结构是有层次的，协议也被分为多个层次，每个层次内还可再分成若干子层，各层次有高低之分，这就是网络协议的层次性。 7. 下列关于“层”的说法，正确的是（ ）。 A. 层是一个物理设备 B. 层是网络中的一台主机 C. 层是一个或一系列程序，能为相邻更高层提供服务 D. 层是通信线路的一段 【答案】C 【解析】在计算机网络术语中，层就是一个或一系列程序，它能为相邻的更高层提供服务，同时使用相邻低层提供的服务；位于最高层的程序为用户提供高级服务。 8. 计算机网络采用分层设计的主要目的是（ ）。 A. 提高传输速率 B. 减少网络系统设计、修改和更新的复杂性 C. 增加网络的物理连接数 D. 降低传输介质的成本 【答案】B 【解析】网络系统功能强、规模庞大，采用高度结构化的分层设计方法可把它划分为一组功能分明、相对独立而又易于操作的层次，从而减少系统设计、修改和更新的复杂性。 9. 在网络层次结构模型中，N 层是（ ）。 A. N+1 层的用户，同时是 N-1 层的服务提供者 B. N-1 层和 N+1 层的用户 C. N-1 层和 N+1 层的服务提供者 D. N-1 层的用户，同时是 N+1 层的服务提供者 【答案】D 【解析】N 层是 N-1 层的用户，同时又是 N+1 层的服务提供者。对 N 层而言，N+1 层用户直接获得了 N 层提供的服务，而 N 层的服务建立在 N-1 层服务的基础之上。 10. 当两台计算机通过层次结构模型通信时，真正进行数据通信的是（ ）。 A. 两个物理层 B. 应用层与表示层 C. 两个网络层 D. 两个传输层 【答案】A 【解析】除物理层外，其余各对等层之间不存在直接的通信关系，而是通过各对等层的协议进行通信；只有两个物理层之间才通过媒体进行真正的数据通信。 11. 下列不属于层次化结构优点的是（ ）。 A. 各层之间相互独立 B. 层数越多通信速度越快 C. 有利于实现和维护 D. 易于实现标准化 【答案】B 【解析】层次化结构的优点有三条：各层之间相互独立、有利于实现和维护、易于实现标准化。层数并非越多越好——层数太多会给描述和综合实现各层功能及系统工程任务带来较多困难，因此“层数越多通信速度越快”不是层次化结构的优点。 12. 20 世纪 70 年代以后，采用不同网络体系的计算机网络之间出现互联困难，其直接原因是（ ）。 A. 传输介质不统一 B. 传输速率相差太大 C. 各厂商制定了各自的网络模型 D. 缺少路由器设备 【答案】C 【解析】当时每个厂商都有自己的网络模型，本厂商的计算机之间能够方便通信，但分属不同网络模型的网络相互之间很难连通，例如 IBM 的 SNA 与 DEC 的 DECnet 之间就不能相互通信。 三、简答题 1. 简述计算机网络结构的三个描述方面。 【答案】计算机网络的结构，可以从网络体系结构、网络组织和网络配置三个方面来描述。网络组织从网络的物理结构和网络的实现两个方面来说明网络；网络配置从网络应用的角度，就网络的布局、软硬件和通信线路来描述网络；网络体系结构则从功能的角度描述网络结构，阐述的是网络功能实体的划分原则以及它们相互之间协同工作的方法和规则。三者的着眼点各不相同：网络组织侧重物理构成与实现方式，网络配置侧重应用层面的布局与设备线路，网络体系结构则侧重功能的层次划分与协同规则，它们共同刻画出计算机网络的完整面貌。 【解析】本题考查网络结构的三个描述方面。答题时应先点明三个方面，再分别说明各自从什么角度描述网络，最后用一句话比较三者的着眼点。 2. 简述网络协议的概念及其三个要素。 【答案】网络协议是通信双方共同遵守的约定，也是一组用来描述进程之间信息交换过程的术语。网络中并存着多种类型的计算机系统，它们的硬件系统与软件系统差异很大；要使它们之间能够相互通信、进行数据交换并解决通信过程中出现的各种问题，就必须有一套通信管理机制，使通信双方能正确接收信息并理解对方信息的含义，这套规则就是网络协议。网络协议主要由三个要素组成：语法以二进制形式表示命令和相应的结构，确定协议元素的格式，即规定数据与控制信息的结构和格式；语义是由发出的请求、完成的动作和返回的响应组成的集合，确定协议元素的类型，即规定通信双方要发出何种控制信息、完成何种动作及做出何种应答；交换规则是事件实现顺序的详细说明，确定通信状态的变化和过程，例如通信双方的应答关系。以甲打电话给乙为例，电话号码属于语法，响铃与接听等控制信号和响应动作属于语义，而“甲拨电话乙的电话才会响”这一因果关系则属于交换规则。 【解析】本题考查网络协议的概念与三要素。答题时应先给出定义，再逐一说明语法、语义与交换规则各自的含义，最好能结合打电话的实例加以印证。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 $