數(shù)據(jù)通信網絡技術 教案2 數(shù)據(jù)通信網絡體系結構

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1、項目二 數(shù)據(jù)通信網絡體系結構 【教學目標】 1. 知識目標： （1） 了解計算機網絡體系結構的定義。 （2） 理解數(shù)據(jù)封裝與解封裝的過程。 （3） 了解OSI參考模型的層次結構及各層功能。 （4） 了解TCP/IP體系結構及各層協(xié)議。 2. 技能目標： 能解釋數(shù)據(jù)的封裝與解封裝的過程。 3. 素養(yǎng)目標 （1） 培養(yǎng)溝通交流及團隊合作意識 （2） 養(yǎng)成規(guī)范操作的職業(yè)習慣 （3） 培養(yǎng)精益求精的工匠精神 【教學重點】 OSI參考模型的層次結構及各層功能。 【教學難點】 TCP/IP體系結構及各層協(xié)議 【教學方法】 項目教學法、啟發(fā)式教學法、自主探究、合作探究。

2、 【導入新課】 網絡設備數(shù)據(jù)交換是如何交換數(shù)據(jù)的呢？采用了什么樣的層結構與協(xié)議呢？我們一起來學習。 【教學過程】 任務一：網絡體系結構 任務要求：了解計算機網絡體系結構的定義，理解OSI參考模型的層次結構及各層功能。 1. 什么是網絡體系結構 從計算機網絡的硬件設備來看，除了終端、信道和交換設備以外，為了保證通信的正常進行， 必須事先做一些規(guī)定，而且通信雙方要正確執(zhí)行這些規(guī)定，這種通信雙方必須遵守的規(guī)則和約定稱 為協(xié)議或規(guī)程。 2. OSI參考模型的層次結構 OSI參考模型是為網絡而構建的最基本的層次結構模型。它描述了數(shù)據(jù)和網絡信息怎樣從-臺 計算機的應用程序，經過網絡介

3、質，傳送到另一臺計算機的應用程序。在OSI參考模型中，是采用 分層的方法來實現(xiàn)的。 采用OSI參考模型的主要優(yōu)點如下： （1） 將網絡的通信過程劃分為小一些、簡單一些的部件，有助于各個部件的開發(fā)、設計和故障 排除。 （2） 通過網絡組件的標準化，允許多個供應商進行開發(fā)。 （3） 通過定義在模型的每一層實現(xiàn)什么功能，鼓勵產業(yè)的標準化。 （4） 允許各種類型的網絡硬件和軟件相互通信。 （5） 防止對某一層所做的改動影響到其他的層，這樣就有利于開發(fā)。 3. OSI參考模型各層的功能 0SI參考模型有7個不同的層，分為兩個組。上面3層定義了終端系統(tǒng)中的應用層析如何彼此 通信，以

4、及如何與用戶通信，這3層并不知道有關聯(lián)網或網絡地址的任何信息，這是下面4層的任 務。 應用層 應川恨協(xié)議 ， ? 應用層 表示層 表示層協(xié)以 一 ■ 表示層 會話層 __2型業(yè)性一. 會話層 傳輸層 __蟬業(yè)L■ 傳輸層 網路層 IW絡層 數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路層 物理屋 — — — — — — — — — 物理層 C \ 傳輸介質 & 主機A 主機B 圖2-2 0S1參考模型各層的功能 圖2-1 0S1參考模型圖 1）應用層 應用層是0SI體系結構中的最高層，是利用網絡資源、唯一面向應用程序直接提供服務的層, 只有當馬

5、上要訪問網絡時，才會實際用到這-?層。 2）表示層 表示層因它的用途而得名，即它為應用層提供數(shù)據(jù)，并負責數(shù)據(jù)轉換和代碼的格式化。 3）會話層 會話層的任務就是提供一種有效的方法，以組織并協(xié)商兩個表示層進程之間的會話，并管理他 們之間的數(shù)據(jù)交換。 4） 傳輸層 傳輸層為主機應用程序提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸服務，并且可以在互聯(lián)網的發(fā)送方主機和目的主 機之間建立邏輯連接。傳輸層通過提供透明的數(shù)據(jù)傳輸，對高層隱瞞了任何與網絡有關的細節(jié)信息。 5） 網絡層 網絡層是0SI參考模型中的第三層，負責設備的尋址，跟蹤網絡中設備的位置，并決定傳送數(shù) 據(jù)的最佳路徑，這意味著網絡層必須在位于不同地

6、區(qū)的互聯(lián)網設備之間傳送數(shù)據(jù)流。 6） 數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路層位于0S1參考模型的第二層，它控制著網絡層和物理層的通信，是一個橋梁，在相 鄰網絡實體（即相鄰節(jié)點）之間建立、維持和釋放數(shù)據(jù)鏈路連接，并且傳輸數(shù)據(jù)鏈路服務數(shù)據(jù)單元。 7） 物理層 在0SI參考模型中，物理層位于模型的最底層，也是模型的第一層。物理層并不是指物理設備 或媒介，而是有關物理設備通過物理媒介進行連接的描述和規(guī)定。 任務二：數(shù)據(jù)的封裝與解封裝 任務要求：掌握各層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元，理解數(shù)據(jù)的封裝與解封裝過程。 1. 各層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元 在0SI參考模型中，節(jié)點間的對等層之間需要交換的信息單元被稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元（

7、Protocol Data Unit, PDU）。在PDU前面添加一個單字母作為前綴，表示是哪一層的數(shù)據(jù)。 源端口 目的端口 數(shù)據(jù) ■ — 源【P地址 目的IP地址 協(xié)議 數(shù)據(jù)段 數(shù)據(jù)段 數(shù)據(jù)包 目的MAC 源MAC 以太網 幀校驗 地址 地址 字段 VL 序列 數(shù)據(jù)幀 101 101 I 10001 I IIO(X)() 比特 圖2-4協(xié)議數(shù)據(jù)單元和分層尋址 2. 數(shù)據(jù)的封裝與解封裝 封裝數(shù)據(jù)是指網絡節(jié)點對要傳送的數(shù)據(jù)增加特定的協(xié)議頭和協(xié)議尾的過程。0SI參考模型每層 都要對數(shù)據(jù)進行封

8、裝，以保證數(shù)據(jù)能準確到達接收節(jié)點的對等層。接收端收到數(shù)據(jù)后將反向識別、 提取和去除發(fā)送端對等層所增加的協(xié)議頭和協(xié)議尾，這個過程被稱為數(shù)據(jù)解封裝。 圖2-5 0SI參考模型中數(shù)據(jù)的傳輸過程 （1） 發(fā)送端在傳輸數(shù)據(jù)給接收端的過程中，發(fā)送端的應用層為數(shù)據(jù)增加本層的控制報頭AH, 然后傳送給表示層。表示層接收到此數(shù)據(jù)后，加上本層控制報頭PH,然后傳送到會話層。會話層收 到此數(shù)據(jù)，加上會話層的控制報頭SH,然后發(fā)送給傳輸層。 （2） 傳輸層接收數(shù)據(jù)，加上本層控制報頭TH,形成傳輸層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU,之后發(fā)送到網 絡層。 （3） 網絡層的數(shù)據(jù)單元有長度限制，所以接收到的數(shù)據(jù)如果過長將

9、會被分割成多個較短的數(shù)據(jù) 字段，每個分割后的數(shù)據(jù)字段加上本層的控制報頭NH后，形成網絡層的PDU。 （4） 分組傳送到數(shù)據(jù)鏈路層，加上本層的控制報頭DH和控制報尾DT,形成幀。幀是數(shù)據(jù)鏈路 層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元，需要被送往物理層處理。 （5） 物理層收到幀后，將以比特流的方式通過傳輸介質傳輸?shù)浇邮斩说奈锢韺印? （6） 接收端收到比特流后，從物理層依次向上傳遞。每一層對收到的數(shù)據(jù)進行解析和處理，去 掉對應的報頭和報尾，也就是對數(shù)據(jù)解封裝，然后得到所需的原始數(shù)據(jù)。 如圖2-6所示，以用戶瀏覽網站為例說明數(shù)據(jù)的封裝、解封裝過程。 WWW信息 Data Segment Network

10、 Header Segment \ Header T 、 Frame Network Header | Header Segment _] Frame Header 1 uala 1] Trailer Data Packet 0111111010101100010101101010110001 Bits Frame dependent) 圖2-6數(shù)據(jù)封裝示例 第1步：當用戶輸入要瀏覽的網站信息后就由應用層產生相關的數(shù)據(jù)，通過表示層轉換成為計 算機可識別的ASCII碼，再由會話層產生相應的主機進程傳給傳輸層。 第2步：傳輸層將以上信息作為數(shù)據(jù)并加上相應的

11、端口號信息以便目的主機辨別此報文，得知 具體應由本機的哪個任務來處理。 第3步：在網絡層加上IP地址使報文能確認應到達具體某個主機，再在數(shù)據(jù)鏈路層加上MAC地 址，轉成比特流信息，從而在網絡上傳輸。 第4步：報文在網絡上被各主機接收，通過檢查報文的目的MAC地址判斷是否是自己需要處理 的報文，如果發(fā)現(xiàn)MAC地址與自己不一致，則丟棄該報文，一致就去掉MAC信息送給網絡層判斷其 IP地址：然后根據(jù)報文的目的端口號確定是由本機的哪個進程來處理，這就是報文的解封裝過程。 任務三：常用的網絡協(xié)議與網絡命令 任務要求：理解TCP/IP層次結構，了解TCP/IP協(xié)議族中的各個協(xié)議。 1.

12、TCP/IP的層次結構 0SI參考模型的提出在計算機網絡發(fā)展史上具有里程碑的意義，以至于提到計算機網絡就不能 不提0SI參考模型。 2. TCP/IP協(xié)議族應用層協(xié)議 應用層負責處理特定的應用程序細節(jié)，顯示接收到的信息，把用戶的數(shù)據(jù)發(fā)送到低層，為應用 軟件提供網絡接口，應用層包含大量常用的應用程序。在此將重點介紹常用的兒種應用層協(xié)議。 1） 遠程登錄協(xié)議（Telnet） 2） 文件傳輸協(xié)議（FTP） 3） 簡單文件傳輸協(xié)議（TFTP） 4） 簡單郵件傳輸協(xié)議（SMTP） 5） 域名服務（DNS） 3. TCP/IP協(xié)議族傳輸層協(xié)議 傳輸層位于應用層和網絡層之間，為終端主

13、機提供端到端的連接，以及流量控制（由窗口機制 實現(xiàn)）、可靠性（由序列號和確認技術實現(xiàn)）、支持全雙工傳輸?shù)鹊取? D傳輸控制協(xié)議（TCP） 2） 用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP） 3） TCP與UDP的區(qū)別 4） 端口號 4. TCP/IP協(xié)議族網絡層協(xié)議 1） ICMP （Internet Control Message Protocol,因特網控制消息協(xié)議） 2） Internet控制報文協(xié)議（ICMP） 3） 地址解析協(xié)議（ARP） 4）逆向地址解析協(xié)議 5. 常用的網絡命令 1） ping命令 ping命令主要用于測試一臺主機與另一臺主機之間能否連通。使用ping命令時

14、，源主機將向 目的主 （1） ping命令格式。 ping IP地址/主機名/域名。 （2） ping命令常用參數(shù)。 ping IP地址-1：對某一 IP地址不斷地執(zhí)行ping命令，直到用戶按Ctrl+C鍵中止。 常用命令參數(shù)： arp -a：用于查看高速緩存中IP地址與MAC地址所有的對應關系，如圖2-18所示。 arp -s IP地址MAC地址：向ARP高速緩存中添加一個IP地址與MAC地址的對應關系。 arp -d IP地址：從ARP高速緩存中刪除一個IP地址與MAC地址的對應關系。 3） traccrt 命令 tracert命令是路由跟蹤命令，用戶可以跟蹤從一臺主

15、機到另一臺主機之間經過的路由，常用 于查看數(shù)據(jù)傳輸路徑和定位問題出在哪個節(jié)點上。tracert命令的格式如下。 traceroute IP地址/主機名。 【項目小結】 本任務主要學習了。 1） 計算機網絡體系結構的定義。 2） 數(shù)據(jù)封裝與解封裝的過程。 3） OSI參考模型的層次結構及各層功能。 4） TCP/IP體系結構及各層協(xié)議。 任務評價表 學生： 級 班星期 日期 項目名稱 數(shù)據(jù)通信網絡體系結構 組長 評價內容 主要評價標準 分數(shù) 小組評價 教師評價 任務一 理解0S1參考模型的層次結構及功能 10分 任務二 掌握各層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元，理解數(shù)據(jù) 的封裝與解封裝 10分 任務三 理解TCP/IP層次結構、各個協(xié)議以 有常用的網絡命令 20分 任務四 理解IP地址的概念、表示方法、分 類；掌握特殊IP地址、公有地址以 及私有地址的范圍 30分  任務五 能夠進行子網劃分與計算 30分 總分 合計 項目總結 （心得體會） 說明：（1）從設備選擇、設備連線、設備配置、連通測試等方面對任務進行評價。 （2）滿分100分，總分二組長評價x40防教師評價x60%o