计算机网络体系结构基本概念
理解计算机网络的基本概念和协议
理解计算机网络的基本概念和协议计算机网络是现代社会中不可或缺的一部分，它承载了无数人们的通信、信息传递和数据交换。
理解计算机网络的基本概念和协议对于我们在网络时代的学习和工作中至关重要。
本文将从计算机网络的定义、组成部分、网络体系结构以及常见的网络协议等方面介绍计算机网络的基本概念和协议。
一、计算机网络的定义与组成部分计算机网络是指将分散在不同地点的计算机和其他设备通过通信线路互相连接起来，共享资源和信息的系统。
它由计算机、通信介质、通信设备和网络协议组成。
1. 计算机：计算机网络中的计算机是指各种终端设备和服务器，如PC、笔记本电脑、手机等。
这些计算机通过网络连接起来，形成一个庞大的信息传输与处理系统。
2. 通信介质：通信介质是指计算机网络中传输数据的媒体，包括有线和无线两种方式。
有线介质主要有双绞线、同轴电缆和光纤等，无线介质主要有无线局域网、蓝牙和4G/5G等。
3. 通信设备：通信设备是指计算机网络中用于实现数据传输和通信的硬件设备，如路由器、交换机和网卡等。
这些设备负责将数据从源设备传输到目标设备，实现网络的互联互通。
4. 网络协议：网络协议是计算机网络中实现数据传输和通信的规则和约定。
常见的网络协议有TCP/IP协议、HTTP协议和FTP协议等，它们规定了数据传输的格式、通信的流程以及错误处理等细节。
二、网络体系结构计算机网络的体系结构是指计算机网络的组织方式和层次结构。
目前广泛采用的网络体系结构是TCP/IP体系结构和OSI参考模型。
1. TCP/IP体系结构：TCP/IP体系结构是一种分层的网络体系结构，它由四层组成，分别是应用层、传输层、网络层和链路层。
应用层提供应用程序之间的通信；传输层负责可靠的数据传输；网络层实现数据的分组和路由选择；链路层处理数据在物理介质上传输。
2. OSI参考模型：OSI参考模型是由国际标准化组织提出的一种网络体系结构，它将计算机网络的功能划分为七个层次，分别是应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。
网络体系结构和基本概念
网络体系结构和基本概念1.OSI参考模型：OSI（开放式系统互联）参考模型是一个国际标准的概念框架，用于描述网络体系结构的各个层次和功能。
它将网络划分为七个层次：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
每个层次都有特定的功能和任务，通过层层递进的方式协同工作，最终实现可靠的数据传输和通信。
2.TCP/IP协议族：TCP/IP是一种网络协议族，它是网络通信的基础。
TCP/IP协议族由传输控制协议（TCP）和网络互联协议（IP）构成，它们分别对应于OSI参考模型的传输层和网络层。
TCP/IP协议族还包括IP地址、域名系统（DNS）、用户数据报协议（UDP）等，它们协同工作，完成数据的传输和路由。
3.客户端-服务器模型：客户端-服务器模型是一种常见的网络体系结构，它通过将网络上的计算机划分为客户端和服务器来实现资源共享和服务提供。
客户端是用户通过网络访问服务器获取服务的终端设备，服务器是提供服务的主机。
客户端向服务器发送请求，服务器接收请求并回应，完成数据的交互和处理。
4.P2P网络：P2P（对等）网络是一种去中心化的网络体系结构，其中所有的计算机都既是客户端又是服务器。
P2P网络不依赖于专用的服务器设备，而是通过直接连接来交换数据。
P2P网络的一大特点是去中心化，它能够更好地抵抗单点故障和网络拥塞。
5.三层网络体系结构：三层网络体系结构是一种通用的网络设计架构，它由三层构成：核心层、分布层和接入层。
核心层负责数据的传输和路由，分布层负责网络的负载均衡和安全策略，接入层则负责用户与网络的连接。
这种分层结构能够提高网络的性能和可管理性。
上述是网络体系结构的基本概念和主要内容。
网络体系结构的设计和实现对于网络的性能和安全至关重要。
通过合理地利用和组织网络资源，可以提高网络的性能、可靠性和可扩展性，同时还能够保障数据的安全和隐私。
在日益发展的信息时代中，网络体系结构的研究和创新将继续推动着网络技术的进步和应用的发展。
计算机网络体系结构
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。
5．网络体系结构计算机网络协议的分层方法及其协议层与层之间接口的集合称为网络体系结构。
计算机体系结构基本概念
计算机体系结构基本概念计算机体系结构是指计算机系统中的各个组成部分之间的关系和交互方式。
它是计算机硬件与软件之间的接口，决定了计算机系统的工作方式、性能表现以及可扩展性。
本文将介绍计算机体系结构的基本概念和相关内容。
一、计算机体系结构的概述计算机体系结构是指计算机系统的结构组织，包括硬件和软件。
主要由计算机硬件、指令系统、运算方式和数据流组成。
计算机体系结构的目标是提供高性能、可靠性、可扩展性和高效能的计算机系统。
计算机体系结构的设计通常以指令集架构和微架构为基础。
二、指令集架构指令集架构是计算机体系结构中的一个重要概念。
它定义了计算机系统处理信息的方式。
指令集架构包括计算机的指令集、寄存器、数据类型和地址模式等。
根据指令集的不同，可以将计算机体系结构分为复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算机（RISC）。
三、微架构微架构是指计算机体系结构的实现方式。
它包括处理器的内部结构、数据通路、控制流和存储相关的电路设计。
微架构的设计影响着计算机系统的性能和功能。
常见的微架构包括超标量、乱序执行和流水线等。
四、存储结构与存储器层级存储结构是指计算机系统中用于存储数据的层次结构。
存储器层级分为寄存器、高速缓存、内存和辅助存储器等。
不同层级的存储器具有不同的特点，如容量、速度和价格等。
存储结构的设计旨在提高计算机系统的访问速度和运行效率。
五、总线结构总线结构是计算机体系结构中连接各个组件的通信系统。
它包括地址总线、数据总线和控制总线等。
总线结构的设计影响着计算机系统的数据传输速度和可扩展性。
六、并行处理与多核技术并行处理是指多个处理器或计算单元同时执行指令，提高计算机系统的运行速度和性能。
多核技术则是将多个处理核心集成到同一个芯片上，实现并行运算。
并行处理和多核技术在高性能计算、科学计算和图像处理等领域得到广泛应用。
七、虚拟化技术虚拟化技术是指通过软件将计算机资源抽象为多个逻辑实体，实现多个操作系统和应用程序的隔离和共享。
计算机网络的协议与体系结构
计算机网络的协议与体系结构（理论结构）教学目的：主要学习计算机网络体系结构；通信协议。
教学重点：重点是计算机网络体系结构。
教学难点与关键：计算机网络体系结构的组成、功能。
教学内容及板书纲要：1．计算机网络体系结构基本概念；2. 协议、层次、接口与网络体系结构的基本概念；3．计算机网络的标准化组织和通信标准。
教学过程一、掌握什么是计算机网络的体系结构？为什么要定义网络体系结构？1、计算机网络体系结构就是指计算机网络各层次功能和相应协议的集合，其重要的框架文件是OSI标准。
2、OSI的核心内容由高、中、低三层组成：高层面向网络应用，低层面向网络通信的各种物理设备，中层则集中了大量的协议，起作信息交换、路径选择等作用。
二、为什么要对计算机网络进行分层？分层的原则是什么？1、因为计算机网络是一个复杂的、分布的、开放性的网络系统，采用结构化的方法来描述它，可以把复杂的网络问题分解为许多比较小的、界面比较清晰的、结构简单的部分来处理。
2、分层的原则是：将一组相近功能放在一起，有明确的定义，并有助于制定网络协议的标准化，形成一个网络的层次结构。
分层不能太粗，粗了不同功能容易混杂在一起；分层也不能太细，细了会造成体系统结构过于庞大。
各层边界选择尽量减少跨接口的通信量。
依据这一原则，每一层都向上一层提供一定的服务，而把如何实现这一服务的细节对上一层加以屏蔽。
三、什么是网络协议？(Network Protocol)它在网络中起什么作用？网络协议也是网络通信协议，是通信双方共同遵守的规则或约定。
这些规则明确地规定了所交换数据的格式和时序，因此可以根据服务需要，制定不同的“协议”分别用来协调和管理计算机网络的各个方面的运作。
任何一种通信协议包括三个组成部分协议的语法：定义了怎样进行通信，它关系到字的排列与报文的形式有关协议的语义：定义了什么是通信，它研究字的含义，或者说研究报文的每一部分的含义协议的定时：关系到何时进行通信1、同等层协议（Peer-to-peer）：只有在同等层次上的协议实体之间才可以互相访问。
计算机网络的定义
计算机网络的定义计算机网络是指通过通信线路或者无线信道将多台计算机连接起来，实现信息的传输和共享的技术体系。
它是现代信息技术的基础，并在各行各业广泛应用。
本文将从计算机网络的基本概念、组成结构和功能等方面进行介绍。
一、基本概念计算机网络是一种在地理上分散的计算机系统，包含了多台计算机和相关设备之间通过通信链路连接起来的网络系统。
它可以通过有线或无线的方式实现计算机之间的通信。
二、组成结构计算机网络由两个主要组成部分组成：硬件和软件。
硬件部分包括计算机、网络设备（如路由器、交换机等）和通信介质（如光纤、电缆等）。
软件部分则包括网络协议、网络操作系统和应用程序等。
三、功能1. 数据通信：计算机网络通过通信链路将数据从一个计算机传输到另一个计算机，实现了数据的传输和共享。
2. 资源共享：计算机网络使得多台计算机可以共享资源，如打印机、扫描仪等，提高了资源利用率。
3. 信息传播：计算机网络提供了快速、广泛的信息传播渠道，人们可以通过网络获取各种信息。
4. 远程访问：计算机网络允许用户远程访问其他计算机上的文件和应用程序，提高了工作效率。
5. 服务提供：计算机网络提供了各种网络服务，如电子邮件、网上购物等，方便了人们的生活和工作。
四、分类根据网络的覆盖范围和使用方式，计算机网络可以分为以下几类：1. 局域网（LAN）：局域网覆盖范围较小，通常是在一个建筑物或者一个办公区域内部署，例如公司内部的网络。
2. 城域网（MAN）：城域网覆盖范围较大，通常覆盖一个城市或者一个校园，例如学校之间的网络。
3. 广域网（WAN）：广域网覆盖范围更大，可以跨越多个城市或者多个国家，例如互联网。
4. 无线局域网（WLAN）：无线局域网通过无线信号传输数据，可以提供无线上网的功能。
5. 云计算网络：云计算网络是一种基于云计算技术构建的网络，提供了弹性计算和存储等服务。
五、安全性计算机网络的安全性对于保护信息的机密性和完整性至关重要。
计算机网络原理 网络体系结构的基本概念
计算机网络原理网络体系结构的基本概念网络体系结构是指通信系统的整体设计，它为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供标准。
OSI参考模型用物理层、数据链路层、网络层、传送层、对话层、表示层和应用层七个层次描述网络的结构，它的规范对所有的厂商是开放的，具有知道国际网络结构和开放系统走向的作用。
它直接影响总线、接口和网络的性能。
目前常见的网络体系结构有FDDI、以太网、令牌环网和快速以太网等。
从网络互连的角度看，网络体系结构的关键要素是协议和拓扑。
下面我们首先来学习网络体系结构的一些基本概念，其中包含了实体、协议、网络体系结构等等1．实体在计算机网络中，其主要功能是网络资源共享，因此，在网络中不同系统通过实体间来进行通信的。
在计算机网络中，实体是指系统中能够收发信息和处理信息的任何东西。
实体可以包括应用程序、电子邮件设备、数据库管理程序和终端等。
系统可以包含一个或者多个实体，指各种终端设备等。
2．协议计算机网络中，两个实体间要进行通信时，双方之间必须所采用的一种通信语言，遵守相同的通信规则。
这些规则的集合称为协议。
协议通常被认为两实体之间控制数据交换的规则的集合。
简单的说，协议就是通信双方的约定。
网络协议含有三个要素即语义、语法和时序。
●语义指构成协议的协议元素的含义，不同类型的协议元素规定了通信双方所要表达的不同内容，而协议元素是指控制信息或命令及应答。
●语法指数据或控制信息的数据结构形式或格式。
●时序也称规则，即事件的执行顺序。
在通信过程中，我们通常所说的规则和约定，一般包含有通信内容、通信形式和通信时间。
3．网络体系结构网络体系结构是从体系结构的角度来设计网络体系，其核心是网络系统的逻辑结构和功能分配定义，即描述实现不同终端设备之间互连和通信的方法和结构，是层和协议的集合。
通常采用结构化设计方法，将计算机网络系统划分成若干个模块，形成层次分明的网络体系结构。
在分层过程中，通常采用自顶向下逐步求精的方法采用分层式网络结构，可以使每一层实现一种相对独立的功能，从而将一个难以处理的复杂问题分解为若干较容易处理的小问题，而且每一层都是向它的上一层提供服务。
计算机网络的基本原理与体系结构
计算机网络的基本原理与体系结构计算机网络是现代社会中基础设施的重要组成部分，它通过通信链路将各种终端设备连接起来，实现信息的传输和共享。
计算机网络的基本原理和体系结构是我们理解和应用计算机网络的关键。
本文将介绍计算机网络的基本原理与体系结构，并分析其在现实生活中的应用。
一、计算机网络的基本原理计算机网络的基本原理包括数据传输、数据交换、网络拓扑结构和网络协议等几个方面。
首先，数据传输是指通过物理媒介将数据从发送端传输到接收端的过程。
数据传输可以通过有线或无线的方式进行，其中常见的有线传输方式包括以太网和光纤传输，无线传输方式包括无线局域网和蓝牙等。
其次，数据交换是指计算机网络中数据的传输方式。
常见的数据交换方式有电路交换、报文交换和分组交换。
电路交换是在通信建立时为通信双方专用分配一条通路，直到通信结束。
报文交换是将数据分成较小的报文进行交换，每个报文带有地址信息，可以独立传输和交换。
分组交换是将数据分成固定大小的数据包进行交换，每个数据包称为分组，通过网络中的路由器进行转发。
再次，网络拓扑结构是指计算机网络中各个节点之间的连接方式。
常见的网络拓扑结构有星型结构、总线结构、环形结构和网状结构。
星型结构是以一个中央节点为核心，其他节点通过物理链路与中央节点相连。
总线结构是将所有节点连接到同一个总线上，数据传输通过总线进行。
环形结构是在每两个相邻节点之间建立一条连接，形成一个环形结构。
网状结构是多个节点之间相互连接形成的任意结构。
最后，网络协议是计算机网络中数据传输和交换的规则和约定。
常见的网络协议有TCP/IP协议和OSI参考模型。
TCP/IP协议是互联网上应用最广泛的协议，它将数据分成多个数据包，通过IP地址确定数据包的传输路径，并通过TCP协议实现可靠传输。
OSI参考模型是一个理论框架，将网络协议分成七层，分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
二、计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构是指计算机网络按照功能划分成不同的层次或模块，并规定每个模块的功能和接口。
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A
3
3. 1 基本概念
1.网络协议
网络协议的重要性：
没有协议就没有网络，每一种计算机网络都有 一套协议支持着。由于计算机网络的种类多，所以 协议的种类也很多。
所有协议的目的和功能是一样的，都是保证网 络上的信息能畅通无阻、准确无误地传输到目的地。
A
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接口数据单元（IDU）
接口数据单元（Interface Data Unit）是在同一
系统的相邻两层实体通过接口所交换的数据单元。
接口数据单元（IDU）由两部分组成：一部分是经
过层间接口的PDU本身，另一部分是接口控制信 息（ICI，Interface Control Information）。ICI是 对PDU怎样通过接口的说明，仅PDU通过接口是 有用。
1 协议数据单元
2 接口数据单元
3 服务数据单元
A
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协议数据单元（PDU）
协议数据单元（Protocol Data Unit）是在不
同系统的对等层实体之间根据协议所交换的数据 单位。n层的PDU通常表示为（n）PDU。
协议数据单元包括该层用户数据和该层的协议
控制信息（PCI，Protocol Control Information）
计算机网络基础
网络体系结构
主讲人：徐光达
A
1
3. 1 基本概念
1
网络协议
2
协议的分层结构
3
选择通信协议的原则
4
接口和服务
5
数据单元
6
网络体系结构
A
2
简介
• 建立网络体系结构的目的 为了减少计算机网络的复杂程度，按照结构
化设计方法，计算机网络将其功能划分为若干个 层次，较高层次建立在较低层次的基础上，并为 其更高层次提供必要的服务功能。网络中的每一 层都起到隔离作用，使得低层功能具体实现方法 的变更不会影响到高一层所执行的功能。 • 网络体系结构的定义
差错控制功能使得数据按误码率要求的指标，在通信线 路中正确地传输。 （7）同步 协议的同步功能可以保证收发双方在数据传输时的一致性 （8）干路传输
协议的干路传输功能可以使多个用户信息共用干路。 （9）连接控制
协议的连接控制功能可以控制通信实体之间建立和终 止链路的过程。
A
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协议的种类
（1） 标准或非标准协议 标准协议涉及各类的通信环境；而非标准协议只涉及专
A
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3. 1 基本概念
2. 协议的分层结构
（1）协议分层结构 协议分层结构的思想是用一个模块的集合来完 成不同的通信功能，以简化设计的复杂性。大 多数的网络都按照层或级的方式来组织，每一 层完成特定的功能，每一层都建立在它的下层 之上。
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A
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（2）层次结构的优点
◆ 各层之间相互独立，复杂程度下降。 ◆ 结构上可分隔开:各层都可以采用最合适的
用环境。 （2） 直接或间接协议
当设备直接进行通信时，需要一种直接通信协议；而设 备之间，间接通信时，则需要一种间接通信协议。
A
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3. 1 基本概念
什么是网络协议？
网络协议就是使计算机网络能协同工作实现信息
交换和资源共享必须遵循某种互相都能接受的规则、 标准或约定。
A
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3. 1 基本概念
网络协议的3要素：语法、语义和同步
☺每个版本的协议都有它最适合的网络环境。 ☺两台实现互连的计算机之间进行通信，它们使
用的通信协议必须相同。
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4. 接口和服务
正是通过接口和服务将各层的协议连接为整体，完成 网络通信的全部功能。
实体
每一层中活动的元素称为实体。可以是软件，如进程， 也可以是硬件，如芯片等。
对等实体
不同机器上位于同一层次、完成相同功能的实体。
A
4
协议的组成部分 1. 通信环境
2. 提供的服务 3. 词汇表 4. 消息的编码格式 5. 时序、规则和过程
A
5
作为计算机数据交换语言的协议必须具备以下一些功能。 （1） 分割与重组
协议的“分割”功能，可以将较大的数据单元分割 成较小的数据单元，其反过程为“重组”，如下图所示。
A
6
用户 A
报文
分割
报文分割为 信息包
P
P
A
报文
用户 B 重组
信息包重组 为报文
P
P
P
7
（2） 寻址
• 协议的“寻址”功能使得设备彼此识别，同时可以 进行路径选择，如下图所示。
A
B
数据包
数据包
发送方
选择哪条路径？
C
X
A
8
（3） 封装与拆封
协议的“封装”功能是指在数据单元（数据包）的始 端
或者末端增加控制信息，其相反的过程是“拆封”
A
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服务
在网络分层结构模型中，每一层为相邻的上一层所提 供的功能称为服务。
接口 服务是通过接口完成，在同一系统中相邻两层的实体进行 交互的地方,通常称为服务访问点SAP（Service Access Point）。每个SAP都有个标识，称为端口（Port）或套接 字。
A
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5. 数据单元
上下层实体之间交换的数据传输单元称为数据单 元，数据单元分三种。
A
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服务数据单元（SDU）
A
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6.网络体系结构
1
网络体系结构的概念
2
网络体系结构的功能
3
网络体系结构的特点
4
网络体系结构的种类
A
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网络体系结构的概念
• 计算机网络各层、对等进程通信的协议的集合称 为 计 算 机 网 络 的 体 系 结 构 (architecture) ， 它 是 计算机网络及其部件所应完成功能的比较精确的 定义。从功能的角度描述计算机网络的结构。
技术来实现。 ◆ 易于实现和维护:系统已被分解为若干个相
对独立的子系统。 ◆ 灵活性好:一层发生变化其他各层不受影响 ◆ 能促进标准化工作:每一层的功能及所提供的
服务都有精确的说明。A源自183. 选择通信协议的原则
☺所选择的协议要与网络结构和功能相一致。 ☺除特殊情况外，一个网络应该尽量只选择一种
通信协议。
（拆
用户 A
装），如下图所示。
用户 B
数据
数据
封装
数据
数据
拆装
控制信息
控制信息
A
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（4） 排序
协议的排序功能是指报文发送与接收顺序的控制，如 下图所示。
数据设备
1 数据设备
2
3
3 2 1
A
数据设备
数据设备 10
（5）信息流控制
协议的流量控制功能是指在信息流过大时，所采取的一 系列措施。 （6）差错控制
语法（Syntax）:规定通信双方“如何讲”，
确定数据与控制信息的结构、格式、信号电平等， 一般以二进制形式表示。
语义（Semantics）:规定通信双方“讲什么”，
确定协议元素的种类，即需要发出何种控制信息， 完成何种动作及做出何种应答。
同步（Timing）:包括速度匹配和排序等，
即事件实现顺序的详细说明。