第3章 网络体系结构与协议电子教案
本章教学目标
1. 理解网络分层设计思想，掌握网络体系结构的概念；
2. 理解开放系统互联参考模型体系，掌握各层的主要功能及数据传输情况；
3. 掌握TCP/IP的层次结构及各层的功能，理解TCP/IP协议的工作过程；
4. 掌握IP地址的相关概念及IP地址的表示方法；
5. 掌握子网的概念及子网的编址方法；
6. 掌握子网的划分及子网掩码的使用；
本章教学重点：
1. 网络分层设计思想；
2. 开放系统互联参考模型；
3. 子网的划分。
本章教学难点
相关协议的工作过程
本章学时
本章的总学时约14～16个学时
网络体系结构概述
教学目标
1. 理解网络协议的内涵；
2. 理解网络分层设计的思想；
3. 掌握网络体系结构的概念。
教学重点
网络分层设计思想的理解
教学难点
网络分层设计思想的理解
教学课时
讲授2课时
教学设想
网络协议与网络分层设计思想是学习网络体系结构的基础，学生只有很
好地理解了网络协议在网络数据传输的重要性以及网络分层设计的思想，才能理解与掌握开放系统互联参考模型与TCP/IP网络体系。对于网络为什么要使用一定的协议可以使用现实生活中的打电话进行比喻教学；而网络分层设计思想可以用人与人交流的例子进行比喻教学，有助于学生对抽象的网络知识的理解与掌握。
教学过程
一、引入
人与人在日常生活中相互交流时，都在不知不觉遵守了一定的约定，几个人聊天会围绕一个共同的话题，如果某个人对这个话题不了解的话或是听不懂别人所说的语言，那他便不能与参与交流。计算机网络中计算机与计算机之间的交流，各计算机也必须遵守一些事先约定好的规则，如果网络中某台计算机不遵守这一规则，则该计算机就不能与其他交流，如果用网络术语来说就是进行不能进行数据交换。为了使计算机之间能够顺利地进行交流，人们为其制定了相应的规则，设计了计算机网络的体系结构。
二、新授课
网络体系结构概述（板书）
1. 网络体系结构的概念（板书）
网络体系结构是为了完成网络中计算机间的通信合作，把计算机互联的功能划分成有明确定义的层次，规定了同层次实体通信的协议及相邻层之间的接口服务。将这些同层实体通信协议及相邻层接口统称为网络体系结构。
2.网络协议（板书）
网络传送是个很复杂的过程，为了实现计算机之间可靠地交换数据，许多工作要协调（如发送信号的数据格式，通信协调与出错处理，信号编码与电平参数，传输速度匹配等）。（讲解教材中的打电话的例子来说明协议）
假定一个与网络相连的设备正向另一个与网络相连的设备发送数据，由于各个厂家有其各自的实现方法，这些设备可能不完全兼容，它们相互之间不可能识别和通信。解决方法之一是在同一个网络中全部使用某一厂家的专有技术和设备，在网络互连的今天已不可行。另一种方法就是制定一套实现互连的规范（标准），即所谓“协议”。该标准允许每个厂家以不同的方式完成互连产品的开发、设计与制造，当按同一协议制造的设备连入同一网络时，它们完全兼容，仿佛是由同一厂家生产的一样。（网络中使用协议的原因）
将为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准、约定称为网络协议 网络协议有三种组成要素：语法、语义和交换规则。（本行及上行板书） 语义规定通信双方彼此“讲什么”（含义），语法规定“如何讲”（格式），交换规则规定了信息交流的次序（顺序）。
3.分层设计（板书）
⑴ 分层概念
将人与人的“通信”分为三个相关的层次：认识层、语言层、传输层。
如果让一讲南方方言老妪与南京一教授进行如下的“通信”。
南京教授
结
果
用网络术语表达结果 “不可理喻” 认识层“协议”不兼容 英语 “不知所云” 语言层“协议”不兼容 电脑 “不可沟通” 传输层“协议”不兼容
如果让一讲南方方言老妪与当地一教授进行如下的“通信”。
老妪 结 果 用网络术语表达结果 “可以交流” 认识层“协议”兼容 方言 “可以理解” 语言层“协议”兼容 “可以沟通” 传输层“协议”兼容 所以，人们为了能够彼此交流思想，需借助一个分层次的通信结构；其次，层次之间不是相互孤立的，而是密切相关的，上层的功能是建立在下层的基础上，下层为上层提供某些服务，而且每层还应有一定的规则。网络通信情况同样如此，只是区分更细一些。
⑵ 网络通信分层设计
网络体系通常采用层次化结构，每一层都建立在其下层之上，每一层的目的是向其上一层提供一定的服务，并把服务的具体实现细节对上层屏蔽，如图下图所示。
分层体系结构中，下层通信实体（服务提供者）为上层实体（服务用户）提供的通信功能。
比喻：有两位经理私人关系不太好，又都比较官僚，总之他们之间不能直接通话。
他们每个人都雇用了一位高级助理，负责起草公函、与贸易伙伴沟通的事务性工作。由于公司较大，业务繁忙，高级助理又有一些秘书负责打字、传真、接听电话等一般性工作。这样，每个公司都形成了三个层次的机构。
甲方经理对乙方的供货不满意，希望对乙方经理表达退货的意思，于
是他让自己的高级助理起草一份文件发送出去。这位助理先生领会了经理的意思后，按照业界的惯例写了一份正式公函，并加上了一些冠冕堂皇的理由，然后把它交给秘书发送出去。秘书拿到公函，按照公司通信录查到乙公司的传真号码，整理好后发给了乙公司。乙公司的秘书接到传真后将有用的公函部分呈交给高级助理，而高级助理经过分析后，将关键内容汇报给了经理。乙公司经理对公文格式、表面理由都不感兴趣，当然他更不会关心最初收到的信息是传真、电子邮件还是邮寄信函，他所关心的只是甲公司经理的意见。
这里，甲乙公司都可以看作是网络结点，而经理、助手和秘书是一个个的通信实体。处于不同结点的相同层次的实体叫做对等实体。而协议实际上是对等实体之间的通信规则的约定。比如两个公司的秘书之间就有收发传真、和普通信函的协议，高级助理之间都遵照标准公函的协议，经理之间当然也有协议，不过那就是商人们的事情了。
⑶ 网络采用层次化结构的优点
① 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，经及本层向上层所提供的服务即可，能真正做到各司其职。
② 现和维护，某个层次实现细节的变化不会对其他层次产生影响。 ③ 易于实现标准化。
三、课堂练习
1. 请用自己的语言描述网络体系结构
2. 举例说明网络协议的概念
3. 谈一谈对分层设计的认识
4. 计算机网络中采用层次化结构设计的优点是什么？
四、课堂总结（学生与老师共同完成）
1. 网络体系结构（请学生用自己的理解进行描述）
2. 网络协议
3. 分层设计
五、作业
本章练习2⑴⑵⑶ 、3⑴
六、教后记
开放系统互联参考模型一
教学目标
1.了解开放系统互联参考模型体系；
2.掌握物理层的主要功能；
3.了解RS-232接口标准。
教学重点
物理层的主要功能与数据传输情况
教学难点
开放系统互联参考模型的理解
教学课时
讲授2课时
教学设想
开放系统互参考模型仅给出一个框架结构，并没有将其网络模型的每一层限定在统一的一种协议中，也没有给出协议的具体实现技术（即未完全定型），故又称“参考模型”，但它奠定了网络体系结构的基础，成为今天设计和制定网络协议标准最重要的参考模型和依据。虽然它只是一个概念框架，但可以用于帮助理解网络中各种设备之间的复杂交互。在通信过程中OSI参考模型不起任何作用，是适当的软件和硬件来完成实际的工作。在教学过程中要给学生建立起上述的概念。此节课的引入可以从计算机网络发展过程中的网络标准各自为战，不方便互联互通制约网络的发展和国际标准化组织的介绍引入新课。
教学过程
一、引入
计算机网络的发展经历了单机系统、多机系统等发展阶段，IBM公司在20世纪70年代推出了自己公司内部的“SNA系统网络体系结构”以后，世界上很多的公司纷纷效仿，建立起自己公司内部的网络体系结构，如Digital公司的DNA、宝来机器公司的BNA以及Honeywell公司的DSA等，这些体系结构的出现大大加快了计算机网络的发展。但是同时也带来相应的问题，由于各个公司的体系结构的着眼点是各公司内部的网络连接，没有统一的标准，因此各公司之间的网络很难连接起来。为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网络之间的数据通信，国际标准化组织ISO对当时的各类计算机网络体系进行了研究，并于1981年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为开放系统互连参考模型，即OSI/RM，也称为ISO/OSI。
二、新授课
开放系统互联参考模型（板书）
1.国际标准化组织（板书）
国际标准化组织(International Organization for Standardization)简称ISO，是一个全球性的非政府组织，是国际标准化领域中一个十分重要的组织，成立于1946年，当时来自25个国家的代表在伦敦召开会议，决定成立一个新的国际组织，以促进国际间的合作和工业标准的统一。于是，ISO这一新组织于1947年2月23日正式成立，总部设在瑞士的日内瓦。
ISO的组织机构包括全体大会、主要官员、成员团体、通信成员、捐助成员、政策发展委员会、理事会、ISO中央秘书处、特别咨询组、技术管理局、标样委员会、技术咨询组、技术委员会等。
2. 开放系统互联参考模型（板书）
OSI协议将网络通信过程划分为七个相互独立的功能组（层次），并为每个层次制定一个标准框架。上面三层（应用层、表示层、会话层）与应用问题有关，而下面四层（传输层、网络层、数据链路层、物理层）则主要处理网络控制和数据传输/接收问题。如下图所示(用幻灯片演示下图)
开放系统互联参考模型的特点：（本行及下板书）
⑴ 每层的对应实体之间都通过各自的协议进行通信；
⑵ 各个计算机系统都有相同的层次结构；
⑶ 不同系统的相应层次具有相同的功能；
⑷ 同一系统的各层次之间通过接口联系；
⑸ 相邻的两层之间，下层为上层提供服务，上层使用下层提供的服务。
3.物理层（板书）
物理层是OSI参考模型的最低层，也是最基础的一层，它并不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体，它向下是物理设备之间的接口，直接与传输介质相连接，
使二进制数据流通过该接口从一台设备传给相
邻的另一台设备，向上为数据链路层提供数据流传输服务。
物理层传输数据有基本单位是比特，也称为位。
⑴ 主要功能
物理层是为数据端设备提供传送数据的通路
传输数据
完成物理层的一些管理工作
⑵ 通信接口与传输媒体的物理特性
物理接口标准定义了物理层与物理传输介质之间的边界与接口，物理接口的四个特性是：机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。
①机械特性
物理层的机械特性规定了物理连接时所使用可接插连接器的形状和尺寸，连接器中引脚的数量与排列情况。如EIA标准RS-232C规定的D型25针接口，ITU-T X.21标准规定的15针接口等。
②电气特性
电气特性规定了在物理信道上传输比特流时信号电平的大小、数据的编码方式、阻抗匹配、传输速率和传输距离限制等。如：在使用RS-232C接口且传输距离不大于15m时，最大传输速率为19.2Kbps。
③功能特性
物理层的功能特性定义了物理接口上各条信号线的功能分配和确切定义。物理接口信号线一般分为：数据线、控制线、定时线和地线。
④规程特性
物理层的规程特性规定了信号线进行二进制比特流传输的一组操作过程，包括各信号线的工作规则和时序。
⑶ RS232D接口标准
RS232D是美国电子工业协会制定的物理接口标准，也是目前数据通信与网络中应用最为广泛的一种标准。它的前身是EIA在1969年制定的RS-232C标准，经1987年1月修改后，定名为EIA-232D，由于相差不大，人们常简称它们为“RS-232标准”。接口图如下所示：
母头 公头
机械方面的技术指标是：RS-232D规定使用一个25根插针的标准连接器，该连接器宽（47.04+.13）mm（螺丝中心间的距离），每个插座有25针插头，上面一排针（从左到右）分别编号为1～13，下面一排针（从左到右）编号为14～25等。
电气特性方面RS-232D采用负逻辑，即逻辑0用＋5～＋15V表示，逻
辑1用-5～-15V表示，允许的最大数据传输率为20Kbps，最长可驱动电缆15m。
在功能特性方面，RS-232D定义了连接器中20条连接线的功能。
三、课堂总结（学生与老师共同完成）
1.国际标准化组织
2.开放系统互联参考模型
3.物理层的主要功能
4.物理接口的特性
5.RS232接口标准
四、课堂练习
1.国际标准化组织是一个什么样的组织？
2.开放系统互联参考模型是将网络分为哪几层？
3.物理层的主要作用是什么？
4.连接什么的计算机接口遵循RS232标准？
五、作业
本章练习：2⑷⑸⑹⑺
六、教后记
开放系统互联参考模型二
教学目标
1.掌握数据链路层的主要功能；
2.了解数据链路协议及HDLC帧格式；
3.掌握网络层的主要功能；
4.理解虚电路服务与数据报服务。
教学重点
数据链路层与网络层的主要功能
教学难点
虚电路与数据报服务
教学课时
讲授2课时
教学设想
数据链路层与网络层作为通信子网的核心内容，由于其理论性很强，教学中难度可以比较大，特别是学生接触到帧的概念，对数据帧的认识可能有一定的难度，是否可以用邮政特快专递的情况加以类比说明，在网络中传输数据时，同样需要很多控制信息。虚电路与数据报服务作为教学中的难点，要能够在教学中化解，初步设想是否可以采用学生春游的情况加以说明，虚电路服务属于包车到景点春游，各个班级按顺序到达，在车上学生全部到达；数据报服务属于在景点门口集中，学生到达顺序没有规律，也会有学生到了其他景点去了。
教学过程
一、引入
OSI开放系统互联参考模型将网络分为7个层次，上一节课我们对分层结构有了一个初步的认识，理解了分层体系的优点，并学习了7层模型中物理层的相关知识与内容，本节课我们学习数据链路层和网络层的知识，更进一步理解开放系统互联参考模型。
二、新授课
数据链路层与网络层（板书）
1.数据链路层（板书）
数据链路层是OSI模型的第二层，它把物理层的原始数据打包成帧，并负责帧在计算机之间无差错的传递。
数据链路层的作用：在不太可靠的物理链路上，通过数据链路层协议实现可靠的数据传输。（板书）
⑴ 数据链路层的主要功能
链路管理
帧同步
流量控制
差错控制
透明传输
寻址
⑵ 数据链路层协议
数据链路层的协议主要分为两类：面向字符型和面向比特型。
面向字符是指在链路上所传送的数据及控制信息必须是由规定的字符集中的字符所组成。面向字符型的数据链路控制协议传输效率比较低。
随着通信量的增加及计算机网络应用范围的不断扩大，面向字符的链路控制协议使用率越来越低，在20世纪60年代末人们提出了面向比特的数据链路控制协议，代表协议为HDLC。
HDLC定义了3种站结构、2种链路结构以及3种数据响应模式。 ① 3种站结构
主站：负责控制链路的操作和运行。
次站：次站在主站的控制下进行工作，对链路无控制权，次站间不能直接通信。
不平衡链路结构：是由一个主站与一个以上的次站构成，既可以用于点到点链路，也可用于多点链路，主站控制次站并实现链路管理。
平衡链路结构：由组合站构成，只用于点到点的链路。
平衡链路 次站B 次站C 次站D 不平衡链路：点到多点
③ 3种响应方式 正常响应方式：用于不平衡链路结构，次站只有在得到主站允许之后才能向主站传送数据；
异步平衡方式：用于平衡链路结构，任何一个组合站不必事先得到对方许可就可以开始传输过程；
异步响应方式：用于不平衡链路结构，允许次站在事先不得到主站的允许下开始传输数据，主站仍然负责控制和链路管理。
数据链路层对等实体间的的通信一般要经过数据链路的建立、数据传输和数据链路的释放三个阶段。
⑶ HDLC帧格式
数据链路层的数据传输是以帧为单位，HDLC帧结构如下图所示。
标志字段：帧的首尾均有一个由固定比特序列组成的帧标志字段，用来标志一帧的开始和结束。
地址字段：在非平衡结构中，帧地址字段总是写入次站地址；在平衡结构中，帧地址字段填入应答站地址。
控制字段：是HDLC帧的关键字段，用以标识帧的类型和功能，使对方站能够执行特定的操作。
信息字段：可以是任意比特序列的组合，用于存放要传输的数据信息。 帧校验字段：FCS字段为帧校验序列，HDLC采用CRC循环冗余编码进行校验。
2.网络层（板书）
网络层是通信子网的最高层，对上层用户屏蔽了子网通信的细节，如子网类型、拓扑结构、子网数目，向上层提供一致的服务、统一的地址。
⑴ 网络层的主要功能 路径选择 流量控制
数据的传输与中继
清除子网的质量差异 ⑵ 网络服务
网络层所提供的服务有两大类，即面向连接的网络服务和无连接的网络服务，这两种服务的具体实现就是虚电路服务和数据报服务。
① 虚电路服务
虚电路服务的数据传输过程分为三个阶段：建立连接阶段、数据传输阶
② 数据报服务
数据报服务一般仅由数据报交换网来提供。当发送端要发送数据时，网络层给该数据附加上地址、序号等信息，作为分组发送给网络节点，目的端接收到的分组可能不是按发送顺序到达的，也可能有分组丢失。这种方式没
③ 虚电路与数据报的对比 三、课堂总结（学生与老师共同完成） 1.数据链路层的主要功能 2.数据链路层协议 3.HDLC帧格式
4.网络层的主要功能
5.虚电路服务与数据报服务 四、课堂练习
1. 简要叙述HDLC的3种站结构、2种链路结构以及3种数据响应模式
2.虚电路服务与数据报服务工作原理及主要区别 五、作业
本章练习：1⑽⑾、2⑻⑼⑽⑾⑿ 六、教后记
开放系统互联参考模型三
教学目标
1.掌握传输层的主要功能及传输服务； 2.了解传输层协议；
3.掌握会话层、表示层和应用层的主要功能； 4.理解传输层在7层模型中的地位
教学重点
传输服务
教学难点
传输协议
教学课时
讲授2课时
教学设想
通过两次课的教学，学生对OSI网络体系结构有了较深的认识，通信子网的内容基本掌握，本次课主要是介绍资源子网的内容，资源子网是面向应用的，学生对网络的应用还是比较了解的，教学中不会有陌生的感觉。在内容上传输层的传输协议比较麻烦，要求学生了解就可以了，传输层在OSI体系中的地位应要求学生掌握。用类比法介绍网络中数据通信的情况，对学生掌握开放系统互连参考模型有很大的帮助，所以这一块作为教材的补充内容在教案中出现。
教学过程
一、引入
计算机网络通常是由通信子网与资源子网两部分组成，通信子网面向数据通信，资源子网面向应用，这两个子网的分界是OSI的传输层，所以传输层在OSI模型中有着非常重要的作用。
二、新授课
传输层及高层（板书）
1.传输层
传输层是用户的资源子网与通信子网的界面和桥梁，下面三层属于通信子网，面向数据通信，上面三层属于资源子网，面向数据处理，传输层是OSI协议中最重要的一层。
⑴ 传输层的地位与作用
传输层是为了可靠地把信息送给对方而进行搬运、输送，通常被解释成“补充各种通信子网的质量差异，保证在相互通信的两处终端进程之间进行透明数据传输的层”，是OSI/RM的整个协议层次的核心。
传输层在七层模型中起到了对高层屏蔽低层，对低层屏蔽高层的作用。 ⑵ 传输协议
通信子网按照服务质量的不同，分为A、B、C三种类型：
A型：网络连接具有可接受的残留差错率和可接受的失效通知率； B型：网络连接具有可接受的残留差错率和不可接受的失效通知
率；
C型：网络连接具有不可接受的残留差错率； 传输层协议的五种类型
寻址： 建立连接： 流量控制： 崩溃恢复： 多路复用： 2.高层简介
OSI7层结构模型中，会话层、表示层和应用层属于高层。 ⑴ 会话层
会话层是利用传输层提供的端到端的服务向表示层或会话层用户提供会话服务。
主要功能有：提供远程会话地址、会话建立后的管理和提供把报文分组重新组成报文的功能。
提供的服务：会话连接的建立与拆除、与会话管理有关的服务、隔离、出错和恢复控制。
⑵ 表示层
表示层处理的是OSI系统之间用户信息的表示问题，它主要涉及到被传输的信息的内容和表示形式等。
主要功能有：语法转换、传送语法的选择等
提供的服务有：数据转换和格式转换、语法的选择、数据加密与解密和
文本压缩。
⑶ 应用层
应用层是OSI/RM的最高层，它是计算机网络与最终用户间的接口，它包含了系统管理员管理网络服务所涉及的所有的问题和基本功能。
常用的网络服务包括文件服务、电子邮件（E-mail）服务、打印服务、集成通信服务、目录服务、网络管理服务、安全服务、多协议路由与路由互连服务、分布式数据库服务以及虚拟终端服务等。
3.各层的主要功能
应用层 与用户进程的接口，即相当于做什么？
表示层 数据格式的转换，即相当于对方看起来像什么？
会话层 会话的管理与数据传输的同步，即相当于该谁讲话和从何
处讲？
传输层 从端到端经网络透明地传输报文，即相当于对方在何处？ 网络层 分组传送、路由选择和流量控制，即相当于走哪条路？ 数据链路层 在数据链路上无差错地传送帧，即相当于每一步该怎
样走？
物理层 将比特流送到物理媒体上传送，相当于对上一层的每一步
怎样利用物理媒体？ 4.通信过程
说明：并非所有网络通信都必须通过完整的七层，如果在同一个LAN内（直接通过物理地址传输）通信，通常只用到下两层和应用层，如果跨LAN（路由选择成为必要），则需要用到下面四层和应用层。
两个节点有加密
/解密的通信要求时，可能用到表示层。
三、课堂总结（学生与老师共同完成） 1、传输层的主要功能及提供的服务 2、传输协议
3、会话层、表示层及应用层的主要功能 4、OSI七层模型中各层的主要功能 5、数据通信的过程 四、课堂练习
1. 简要叙述传输层在OSI七层模型中的地位与作用。 2. 常用的网络服务主要有哪些？
3. 用通俗的语言描述OSI七层各层的功能。 4. 用邮政通信类比说明网络通信。 五、作业
本章练习：2⑾⑿⒀，3⑶ 六、教后记
TCP/IP体系结构
教学目标
1.理解TCP/IP体系结构； 2.掌握各层的基本功能； 3.了解TCP/IP协议的特点
4.了解NetBUIT协议和IPX/SPX协议
教学重点
TCP/IP结构各层的基本功能
教学难点
体系结构的理解
教学课时
讲授2课时
教学设想
TCP/IP协议对于学生来说并不陌生，最朴素的思想是上网的时候，如果没有这个协议，不能上网。教学时可以从学生上网来入手进行教学。在内容上，要求学生掌握好各层的基本功能，了解这种体系结构与OSI体系结构的差别，对NetBUIT协议和IPX/SPX协议要有所了解，使学生理解网络协议有很多种。TCP/IP的层次情况由于有了前面教学的基础，分层结构学生应该不难理解。
教学过程
一、引入
开放系统互联参考模型是一种理论上的结构模型，实际网络中并没有一个网络采用这样的体系结构，我们在社会实践活动中，通过参观了解到，现在实际网络中使用最多的体系结构TCP/IP结构，使用最广泛的网络协议是TCP/IP协议。TCP/IP协议对大家来说并不陌生，我们在安装操作系统时，系统会默认安装此协议，我们可以在计算机的网络属性中查找到它，今天我们就来学习TCP/IP体系结构及TCP/IP协议的相关内容。
二、新授课
TCP/IP体系结构（板书）
1. TCP/IP的层次结构（板书）
TCP/IP是传输控制协议/网际协议的英文简称，是由许多协议组成的一套网络通信标准协议，其中的TCP和IP是两个最重要的协议。其显著特点是它是可路由的，使得用户可以将多个相同或相异LAN连成一个大型互联网络，而且许多基于TCP/IP的应用软件（如FTP、Telnet）都是不依赖系统的，更重要的是TCP/IP是Internet的标准协议，所以实际上已成为网络通信的通用语言。
TCP/IP协议将整个网络协议分为4个层次：它们分别是网络接口层、
网络互连层、传输层和应用层，如下图所示。
⑴ 网络接口层（板书）
相当于OSI的物理层（物理信号/编码）+数据链路层（帧传送）。该层不是TCP/IP的一部分，但它允许各主机通过使用多种协议连接到网络，是各种通信网络和TCP/IP之间的接口，这些通信网包括多种WAN（如Internet、X.25公用数据网）和各种LAN（如Ethernet、IEEE各种标准局域网等）。
其主要功能：（本行及以入板书）
①将网际层送来的IP数据报封装为网络帧，然后通过传输媒介发送到网络上；
②接收并校验传输媒介送来的网络帧，然后还原为IP数据报送到网际层
该部分的功能实际上是由各通信网络本身提供的。 ⑵ 网络互连层（板书）
相当于OSI的网络层。该层提供了数据分组和重组功能，并在互相独立的LAN上建立互连网络。
该层运行的协议有：用于数据传送的IP协议，用于互联网络控制的ARP、RAPP、ICMP和IGMP协议、用于路由选择的RIP、OSPF等路由协议。
⑶ 传输层（板书）
传输层主要负责端到端的对等实体之间进行通信，它与OSI参考模型的传输层功能类似。主要使用两种TCP协议和UDP来支持数据的传送。
TCP协议是可靠的、面向连接的协议。它用于包交换的计算机通信网络、互连系统及类似的网络上，保证通信主机之间有可靠的字节流传输。
UDP协议是一种不可靠的、无连接协议。它最大的优点是协议简单、效率较高，额外开销小，缺点是不保证正确的传输，也不排除重复信息的发生。
⑷ 应用层（板书）
应用层与OSI模型中的高3层任务相同，主要用于提供网络服务 互联网上常用的应用层协议主要有以下几种：（本行及以下行板书） 简单邮件传输协议（SMTP）：主要负责互联网中电子邮件的传递； 超文本传输协议（HTTP）：提供Web服务； 远程登录协议（Telnet）：实现对主机的远程登录功能，常用的电子
公告牌系统BBS使用的就是这个协议； 文件传输协议（FTP）：用于交互式文件传输； 域名解析（DNS）：实现逻辑地址到域名地址的转换。 ⑸ TCP/IP协议的特点（板书）
开放的协议标准，独立于特定的计算机硬件和操作系统； 统一的网络地址分配方案，采用与硬件无关的软件编址方法，使得
网络中的所有设备具有惟一的地址；
独立于特定的网络硬件，可以运行于局域网、广域网中； 标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。 ⑹ OSI与TCP/IP模型比较（板书）
TCP/IP和OSI模型的共同之处是都采用了分层结构的概念，但两者在
2.NetBUIT协议（板书）
NetBEUI协议的全称是网络基本输入输出用户扩展接口，是一种体积小、效率高、速度快的通信协议。
NetBEUI是专门为几台到百余台PC(最多200台)所组成的单网段部门级小型局域网而设计的，它不具有跨网段工作的功能，也就是说它不具有‘可路由”的特性。
NetBEUI协议有如下特点：（板书） 体积小
不具有路由功能，不能实现跨网络通信。 3.IPX/SPX协议（板书） IPX/SPX协议的意思是“网际包交换/顺序包交换”。它是Novell公司为了适应网络发展而开发的通信协议，主要用于NetWare网络中。IPX/SPX只
包含了OSI中传输层和网络层的部分。
在IPX/SPX协议中，IPX是NetWare最底层的协议，它只负责数据在网络中的移动，并不保证数据是否传输成功，也不提供纠错服务。SPX在整个协议中负责对所传输的数据进行无差错处理。
IPX/SPX协议的特点：（板书）
体积比较大，适应性强；
具有“可路由”特性，能实现多网段间的跨段通信；
设置简单。
三、课堂总结（学生与老师共同完成）
1、TCP/IP层次结构
2、各层的基本功能
3、TCP/IP协议的特点
4、OSI与TCP/IP的对比
5、NetBEUI协议和IPX/SPX协议
四、课堂练习
1. 简要叙述TCP/IP协议的层次情况及各层的功能。
五、作业
本章练习：2⒁⒂⒄
补充：简要叙述TCP/IP各层的基本功能
IPX/SPX协议是一个怎样的协议集合
六、教后记
TCP/IP核心协议
教学目标
1. 了解IP协议的相关内容并掌握主要功能；
2. 了解TCP协议的相关内容并掌握主要功能；
3. 掌握TCP/IP协议的工作过程；
4. 了解TCP/IP协议集中其他协议的主要内容。
教学重点
TCP/IP协议的工作过程
教学难点
报文结构
教学课时
讲授2课时
教学设想
TCP/IP协议是一个协议组，学生可能会理解成是由两个协议组成的，而且在网络协议添加时，也是选择TCP/IP协议，更容易使学生理解为是两个协议的组合，虽然有上一次课的基础，这里还是要使学生理解协议组的概念。可以采用类比法来进行说明，如“毛泽东思想”这一概念是毛泽东一个人的吗？“马家军”是马俊仁一个人的吗？有了协议组的概念，再分别讲述各个协议的功能就比较方便了。在内容上，由于报文格式比较复杂，学生只需要了解就可以了，而TCP/IP协议的工作过程需要学生重点掌握。 教学过程
一、引入
通过上一节课的学习，我们知道了常用的网络协议有多种，TCP/IP是目前使用最为广泛、适应性最强的一种网络协议，它将网络分为四个层次，各个层次完成各自的功能，每个层次中都有各自的协议发挥作用，所以TCP/IP并不是一个协议，而是一个协议的组合，TCP和IP协议是这个协议组合中最重要的协议，今天我们来学习TCP/IP的核心协议。
二、新授课
TCP/IP核心协议（板书）
1.TCP/IP协议集（板书）
TCP/IP不是一个简单的协议，而是由一组小的、专业化协议构成的，包括TCP、IP、UDP、ARP、ICMP以及其他的许多被称为子协议的协议。在众多的子协议中TCP和IP协议是最重要的核心协议。（以下三行板书） 应用层的主要协议有SMTP、FTP、DNS、TFTP、SNMP、TELNET等； 传输层的主要协议有TCP、UDP协议；
网络互连层的主要协议有IP、ARP、RARP、ICMP、IGMP等。
2.无连接和面向连接的通信服务（板书）
在面向连接的通信中，发送数据包前，发送方的网络层协议应首先与接收方的网络层协议建立连接（握手）。连接建立后，从同一个源地址到同一个源目标地址的数据包串即开始一个接一个地发送出去。此时各数据包间存在某种关系：它们沿同一条路径被逐个传送，前后之间相互关联。连接建立后具有同样源地址和目标地址的数据包串的路由选择只在建立连接时进行一次。路由器不必为每个数据包重复计算路由。（TCP协议）
在无连接通信中，网络协议对每个数据包都单独处理，各数据包间不存在任何联系。一个报文中的各个数据包可能通过不同的路径到达目标地址。（IP协议）
类比：电话系统和普通邮政系统所提供服务。
电话系统：首先要在用户之间建立连接，然后在该连接上进行数据传送，最后断开连接。先要拨号等待对方摘机建立通路，然后才能相互交谈，最后还要通过挂机来断开电话通话。
邮政系统：每一封信上都必须写上完整的收信方地址，并且每一封信都独立于其他信件经由邮政部门选定的路径传递到收信方。当使用无连接服务的两个报文发向同一目标时，可能先发的报文在途中丢失或延误了，而后发的报文反而先收到，如同信件可能在途中遗失或先发的后收到一样。换言之，无连接的服务不能保证报文不丢失和一定按序到达，而这在面向连接的服务中是绝对不可能发生的。
3.网际协议IP（板书）
IP协议是网络互连层最重要的协议，负责在通信子网范围内实现跨越互连网络的主机间的相互通信。其功能：
提供无连接数据报服务
将传输层报文加上报头(源和目的站的IP地址等)形成IP数据报，
然后送往下层（必要时“分片”后下传）
接收并校验下层送来的IP数据报，去掉报头后送往传输层
⑴ 数据报结构（本行及下行板书）
数据报是指自带寻址信息的独立地从数据源行走到终点的数据包
IP数据报由两部分组成：报头和数据。报头部分20（基本）～60（加上选项）字节，数据报总长20～65536字节。
⑵ 数据报的分段与重组（板书）
IP数据报在互联网上传输，需要封装成帧进行传输，物理帧的长度是固定的需要对数据报进行分段处理。
IP协议为了能够使较大的数据报文以适当的大小在网络上传输，先对上层协议提交的数据报文进行长度检查，根据物理网络所允许的最大发送长度把数据报文分成若干个段发送，这就是数据报的分段，然后再将每段独立地进行分送。重组是分段的反过程。
4.传输控制协议（TCP）（板书）
传输控制协议TCP属于TCP/IP协议群中的传输层，是一种面向连接的子协议，在该协议上准备发送数据时，通信节点之间必须建立起一个连接，才能提供可靠的数据传输服务。TCP协议位于IP协议的上层，通过提供校验和、流控制及序列信息弥补IP协议可靠性上的缺陷。其主要功能是：
提供面向连接的进程通信（本行及下两行板书）
提供差错检测和恢复机制
流量控制机制
提醒注意：IP协议用于实现计
算机级的通信（主机-主机的通信），
即它只负责将信息送到目标计算机
处。而TCP协议的任务之一就是把
信息进一步传送给适当的进程，从
而建立进程对进程的通信。或者说，
网络层使组成报文的每个数据包到
达了正确的计算机，而传输层使整
个报文到达了该计算机上正确的进
程。
TCP报文是两台计算机的传输层之间交换的协议数据单元，Internet上面向连接的传输服务的连接建立、数据传输、发送确认消息以及关闭连接等都涉及到TCP报文的交换。TCP报文包括一个20个字节的固定长度及一个变长的选项部分。
5.TCP/IP协议的工作过程（板书）
IP协议的工作是将原始数据从一地传送到另一地；TCP协议的工作是管理这种流动并保证其数据的正确性。
TCP/IP的工作过程是一个“自上而下，自下而上”的过程，数据传递是按应用层—传输层—网络互连层—网络接口层传递，具体的传递过程如下：
⑴ 在发送方主机上，应用层将数据流传递给传输层；
⑵ 传输层将接收到的数据流分解成以若干字节为一组的TCP段，并在每一段上增加一个带序号的的TCP报头，传递给IP层；
⑶ 在IP层将TCP段作为数据部分，再增加一个含有发送方和接收方IP地址的包头组成分组或包，同时还要明确接收方的物理地址及到达目的主机路径，将此数据包和物理地址传递给数据链路层；
⑷ 数据链路层将IP分组作为数据部分并加上帧报头组成一个“帧”，交由物理层接收主机或IP网间路由器；
⑸ 在目的主机处，数据链路层将帧去掉帧头，将IP分组交给IP层； ⑹ IP层检查IP包头，如果包头中校验和与计算出来的不一致，则丢弃此报文分组，如果检验和与计算出来的一致，则去掉IP报头，将TCP段传送到TCP层；
⑺ TCP层检查序号，确认是否为正确的TCP段；
⑻ TCP层计算TCP报头和数据校验和，如果计算出来的校验和与报头的校验和不符合，则丢弃此TCP段，如果检验和正确，则去掉TCP包头，并将真正的数据传递给应用层，同时发出“确认收到”的信息；
⑼ 在接收方主机上的应用层收到一个数据流正好与发送方所发送的数据流完全一样。
5.其他协议（本行及以下板书）
用户数据报协议
网际控制报文协议
地址解析协议
反向地址解析协议
三、课堂总结（学生与老师共同完成）
1、TCP/IP协议集
2、无连接与面向连接的通信
3、网际协议IP的主要功能
4、TCP协议的主要功能
5、TCP/IP协议的工作过程
6、其他的协议主要有：
四、课堂练习
1. 谈一谈TCP协议与IP协议的主要区别。
2. TCP/IP协议的工作过程是怎样的？
五、作业
本章练习：1⑿⒀⒁⒂⒃⒄⒅⒆
补充：下图表达了什么意思？
六、教后记
IP地址与子网
教学目标
1. 掌握IP地址的相关概念；
2. 掌握IP地址的表示方法；
3. 了解IPv6；
4. 理解并掌握子网的概念及子网的编址方法；
5. 掌握子网的划分及子网掩码的使用与计算方法。
教学重点
IP地址的相关概念及子网的相关概念
教学难点
子网掩码的计算
教学课时
讲授2课时
教学设想
IP地址和子网是计算机网络中的非常重要的概念，对后继课程的学习影响较大，在今后的实际工作中也是经常需要用到的概念，一定要使学生很好地掌握。IP地址在教学中可以采用类比法（类比日常生活中的门牌地址）来进行教学，子网的教学也可以采用类比法（类比日常生活中的城市区属的划分）来进行教学。在教学内容上重点要求学生掌握IP地址的相关概念和子网的规划方法。
教学过程
一、引入
为了在网络环境下实现计算机之间的通信，网络中的任何一台计算机必须有一个地址，而且同一个网络中的地址不允许重复。一般情况下在网络上任何两台计算机之间进行数据传输时，所传输的数据开头必须包括某些附加信息，这些符加信息中最重要的是发送数据的计算机地址和接收数据的计算机地址。这个地址就是我们今天要讲的IP地址。
二、新授课
IP地址与子网（板书）
1.IP地址（板书）
⑴ IP地址的概念（板书）
在TCP/IP网络中，每台计算机除了本身固有的被称为MAC地址的硬件地址，还有一个所谓的逻辑地址（IP地址），该地址通常由管理员设置（静态IP地址），亦可由所使用的网络协议（如DHCP，动态主机配置协议）自动设置（动态IP地址）。该地址在该网络中必须是独一无二的。 IP地址是I P协议规定的地址，用以唯一的标识网络中计算机。 为什么不只用具有唯一性的MAC地址来进行通信？
一、并非所有主机都有网卡（如拨号上网）；
二、同一网络中的MAC地址可能是很随机的，不便于管理；
三、网卡故障更换或升级MAC地址将变化，网络可能需要重新设置。 IP地址负责将信息包送到正确的网络（或子网），MAC地址用来在本地传送信息包。事实上，当信息包通过互连网络传输时，每次通过路由器，源和目的MAC就发生变化，然后IP地址保持不变。
⑵ IP地址组成与分类（板书）
要唯一确定IP网络上一台计算机需要两条信息：
网络的地址——所在网络地址（网络ID） 在哪个网络上？
所在网络上计算机的地址——主机地址（主机ID）该网络的哪台主机？ IP
类比：家庭地址和IP地址
IP地址共分为5类：A、B、C、D、E A类IP地址：网络地址长度有7位，因此允许有126(27-2)个不同的A类网络(网络地址的0和127有特殊的用途，不作为网络地址)。主机地址的长度为24位，表示每个A类网络中可以包含16，777，214(224-2)台主机。A类IP地址结构适用于有大量主机的大型网络。
B类IP地址：网络地址长度有14位，因此允许有16，384(214)个不同的B类网络。主机地址的长度为16位，因此每个B类网络中可以包含65，534(216-2)台主机。B类IP地址结构适用于一些国际性大公司与政府机构等。
C类IP地址：网络地址长度为21位，允许有2，097，152(221)个不同的C类小型网络。主机地址长度为8位，因此每个C
类网可以包括256-2=254台主机。C类IP地址特别适用于一些小型公司与普通的研究机构。
D类IP地址不用于标识网络，主要用于其他的特殊用途，如多目的地址的地址广播。
E类IP地址暂时保留，用于某些实验和将来扩展使用。
⑶ IP地址的表示（板书）
IP地址由32位二进制数值组成，但为了方便用户的理解和记忆，它采用了点分十进制标记法，即将4字节的二进制数值转换成4个十进制数值，每个数值小于等于255，各个数值之间用“.”来进行分隔，表示成如下的形式
W.X.Y.Z（板书）
⑷ 特殊的IP地址（板书）
网络地址：由一个有效的网络号和一个全“0”的主机号构成。
广播地址：主机号全“1”的IP地址。
回送地址：A类网络地址127.x.y.z是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地计算机进程间通信。这个IP地址叫回送地址。
⑸ IPv6
IPV6是下一代的IP协议，采用128位地址，一般采用“冒号十六进制”表示，如：
52E6：94C4：0：1234：FFAA：5566：88EC：3489
IPV6理论上可容纳2128个不同地址，平均起来地球上每平方米可容纳
6.6×1023台主机。
IPv6与IPv4相比，主要有以下5项变更。
⑴ 地址空间扩大；
⑵ 简化数据报头格式；
⑶ 改善各种扩展和选项的支持；
⑷ 支持资源分配；
⑸ 支持协议扩展；
2.子网（板书）
⑴ 划分子网的意义
减少每个子网上的网络通信量（同一子网主机间的广播和通信被路由器隔开，只在子网中进行），只有不同子网的主机相互通信时，才在路由器的管理控制下进行跨子网转发
便于网络管理（分成几个便于控制的部份，并可由单独的管理员管理本地用户，或在单位内部创建隔离的子网，以阻止非法获取敏感信息）
提高IP地址的利用率（可使若干物理网络共用单个IP网络地址） 解决物理网络本身的限制问题（如网络分布超过以太网段最大长度）
⑵ 子网的概念（板书）
将网络内部分成多个部分，对外像任何一个单独网络一样动作，这样
的网络称为子网。（板书）
子网编址将IP地址的主机号部分再划分成子网部分和主机部分。 在子网编址时，通常是从标准IP地址的主机地址部分借位并把它们指定为子网号部分，在借位时，必须保留2b以上作为主机地址。
在子网中，IP地址解释如下：
IP地址=网络地址.（子网地址.主机地址）（板书）
⑶ 子网掩码（板书）
子网掩码是一个32位的数字，其主要作用是将网络地址从IP地址中剥离出来，求出IP地址的网络号。即告诉TCP/IP主机，IP地址的哪些位对应于网络地址，哪些位对应于主机地址。TCP/IP协议使用子网掩码判断目标主机地址是位于本地子网还是远程子网。
子网中的所有主机必须配置相同的子网掩码。
子网掩码的计算：
◎ 利用子网数来计算
在求子网掩码之前必须先搞清楚要划分的子网数目，以及每个子网内的所需主机数目。
将子网数目转化为二进制来表示
取得该二进制的位数，为 N
取得该IP地址的类子网掩码，将其主机地址部分的的前N位置 1 即得出该IP地址划分子网的子网掩码。
如欲将B类IP地址168.195.0.0划分成27个子网：
① 27=11011
② 该二进制为五位数，N = 5
③ 将B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址前5位置 1，得到 255.255.248.0
即为划分成 27个子网的B类IP地址 168.195.0.0的子网掩码。 ◎ 利用主机数来计算
① 将主机数目转化为二进制来表示
② 如果主机数小于或等于254（注意去掉保留的两个IP地址），则取得该主机的二进制位数，为 N，这里肯定 N8，这就是说主机地址将占据不止8位。
③ 使用255.255.255.255来将该类IP地址的主机地址位数全部置1，然后从后向前的将N位全部置为 0，即为子网掩码值。
如欲将B类IP地址168.195.0.0划分成若干子网，每个子网内有主机700台：
① 700=1010111100
② 该二进制为十位数，N = 10
③ 将该B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址全部置 1，得到255.255.255.255
然后再从后向前将后 10位置0,即为：
11111111.11111111.11111100.00000000
即255.255.252.0。这就是该欲划分成主机为700台的B类IP地址 168.195.0.0的子网掩码。
三、课堂总结（学生与老师共同完成）
1、IP地址
2、子网及子网掩码
四、课堂练习
1. 谈一谈IP地址的认识。
2. 判定下列IP地址类型（A、B或C类）
131.109.55.1 78.35.6.90 220.103.9.56 240.9.12.2 19.5.91.245 129.9.235.52 125.78.6.2
3.判定下列IP地址中哪些是无效的，并说明其无效的原因。
131.255.255.18 127.21.19.109 220.103.256.56 240.9.12.12 192.5.91.25 129.5.91.255 129.9.255.254 10.255.255.254
五、作业
本章练习：3⑷⑸⑹
补充：1. IPV6与IPV4相比，有何优越？
2. 某主机在一个C级网络上的IP地址是198.123.46.237，如果需要将该网络划分为四个子网，子网掩码应取什么？
六、教后记