網(wǎng)絡(luò)通信的工作原理教案

1、第三章 第二節(jié)課題：3.2 網(wǎng)絡(luò)通信的工作原理教學(xué)目標：1.了解 osi 模型中的各個層次；2.了解 tcp/ip 協(xié)議在 osi 模型的位置；3.了解數(shù)據(jù)交換技術(shù)的電路交換、報文交換、分組交換的工作原理，能進行不同的數(shù)據(jù)交換技術(shù)比較；4.使用數(shù)據(jù)交換技術(shù)的電路交換、報文交換、分組交換的工作原理解釋生活中技術(shù)問題，培養(yǎng)學(xué)生探究能力，合作能力、觀察能力；5.通過體驗、感悟電路交換、報文交換、分組交換的工作原理的學(xué)習(xí)過程，體驗技術(shù)發(fā)展的過程和思維，體驗突破技術(shù)，改造技 術(shù)、創(chuàng)新技術(shù)的成就感。教學(xué)重點：osi 模型的理解、tcp/ip 協(xié)議的重要地位、電路交換、報文交換、分組交換三者的特點與區(qū)別 教

2、學(xué)難點：osi 模型的理解課時安排：2 課時教學(xué)方法：演示法，講授法，任務(wù)驅(qū)動法教學(xué)過程：第一課時：數(shù)據(jù)傳輸過程一、osi 參考模型1、 很多同學(xué)都非常喜歡玩網(wǎng)絡(luò)游戲，比如魔獸世界，夢幻西游。不知道同學(xué)們想不想了解這些網(wǎng)絡(luò)游戲在 網(wǎng)上的一個工作原理，了解游戲是如何在網(wǎng)上運作的。2、 在了解游戲之前，我們先來看看現(xiàn)實生活中的郵政系統(tǒng)，參照這個郵政系統(tǒng)能加快我們對網(wǎng)絡(luò)游戲的一 個理解。課本上的 p55 頁上 3.2.1 數(shù)據(jù)傳輸過程中，圖 3-3 郵政系統(tǒng)的分層模型。大家可以想象一下我們平時的 寫信寄信的一個過程。首先我們寫好信后，要讓這封信能寄出去，我們就得貼郵票。而郵票，就是我們和郵政局 的約

3、定，我交 8 毛錢給你郵政局，那么你要負責(zé)幫我把信送到。而郵政局呢，也和運輸部門有個類似的約定。通 過這一系列的約定，我們可以保證我們所寫的信能送到我們想要送到的目的地。但是這里注意一個問題：郵票做 為約定不是一成不變的。比如說，剛剛解放前，也許送信只需要幾分前。而現(xiàn)在人民的生活富裕了，相應(yīng)的，一 封信是 8 毛錢。也就是說，協(xié)議，或者約定完全是按照當時的情況做出的適當?shù)奶幚?。如果情況出現(xiàn)變化，協(xié)議 一樣可以隨著情況而做出改變。3、 實際上，網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的傳輸過程和現(xiàn)實中是非常類似的，我們可以來想象一下：我現(xiàn)在有一批水果，準備運到羅馬。如果我想實現(xiàn)這個目標，我需要什么條件？（1） 首先我要有一條

4、路，不管是馬路還是鐵路，這條路要能從出發(fā)點連接到目標點。（2） 路是有了，我要保證這條路是通暢的，不能說走進死胡同，我要保證這條路能夠通車，假設(shè)我是用火 車來運的話，不會出現(xiàn)半路出軌的現(xiàn)象（3） 路永遠不會只有一條。條條道路通羅馬，那么，我要保證我要走的道路能最快，最省錢的到達目的地。 因此，我要選擇一條近路。路已經(jīng)有了，基本條件已經(jīng)具備，我們現(xiàn)在可以開始送東西了，但是是不是有了路就萬無一失了。我們還需 要有什么？（4）路是有了，我們現(xiàn)在坐火車把東西送過去，結(jié)果送到半中間被強盜打劫了，或者是被人偷了，所以我 們要保證在送過去的途中要原封不動的送到，少一個都不行（5） 好象一切都準備好了，現(xiàn)在我

5、們準備出發(fā)了，但是等等，這條路上只能通一輛火車，萬一羅馬那正好 也有一輛火車從那邊開過來，路上撞到了怎么辦，那么我們要和他們先溝通好。（6） 溝通好了，現(xiàn)在發(fā)貨，我們坐著火車到了羅馬，決定送過去，但是發(fā)現(xiàn)，我們聽不懂羅馬人的話，羅 馬人也不知道我們在說什么，這個時候我們非常有必要帶一個翻譯官，當然這并不是最好的選擇，如果我們和羅 馬人說的是同樣的語言就好了。不管怎么樣，來接納的人總算能和我們溝通了，當然，這是人和人的溝通，不是 人和貨物的溝通。（7） 真正的貨物終于送到了，完成了。把這對應(yīng)的 7 層，放到網(wǎng)絡(luò)游戲之中。我們就可以了解了一個游戲運作的原理。首先，我要有一個游戲， 這個游戲外表上看

6、起來華麗無比，這就是第 7 層，應(yīng)用層，也就是我們平時所用的所有的網(wǎng)絡(luò)上的軟件，游戲等 等。接下來到第 6 層，游戲有了，在玩的過程中，我們要想把數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器去，但是服務(wù)器不可能用眼睛看 著我們玩游戲，因此我們要把游戲里的數(shù)據(jù)打包，包裝好，用統(tǒng)一的格式發(fā)出去，這個叫“封包”。這就是第 6 層，表示層。我們在玩游戲的時候，有一個人從屏幕邊上跑過來，我的游戲上為什么會顯示？原因在于服務(wù)器把數(shù)據(jù)發(fā)給 我，告訴我有一個人從那邊過來了。因此，不光是我發(fā)數(shù)據(jù)給服務(wù)器，同時服務(wù)器也把數(shù)據(jù)發(fā)給我了。在這個時 候，我們就需要控制一下路線，是服務(wù)器先發(fā)呢，還是我這先發(fā)，當然了，這個交換的情況是非?？斓?，而且新

7、 的技術(shù)可以同時發(fā)，但是我們還是要有一個能保證溝通的機制，保證不會出什么大問題。這就是第 5 層，會話層。萬一網(wǎng)絡(luò)上延遲得厲害怎么辦，萬一有游戲這卡住了怎么辦，我就需要有第4 層，傳輸層，我要保證我的數(shù) 據(jù)是正確的，完整的，如果有問題，隨時糾正和重新發(fā)送，把上面 3 層傳下來的東西，交到下一層網(wǎng)絡(luò)層去傳送。上面四層稱之為網(wǎng)絡(luò)上前四層，下面我們來看看下三層，也就是基礎(chǔ)的部分我們游戲之中有南方的玩家，也有北方的玩家，一般情況下南方都是電信的路線，北方都是網(wǎng)通，不管是什 么路線，我走啊走啊總能讓封包走到服務(wù)器那。這就是我們的網(wǎng)絡(luò)層。我要知道我走哪條路能到達目的地，也就 是一個路由的作用。再往下，我把

8、數(shù)據(jù)發(fā)出去了，我怎么知道數(shù)據(jù)到?jīng)]到服務(wù)器，或者說我在玩游戲的時候，如果出現(xiàn)卡了的狀 態(tài)，游戲怎么知道我卡了，服務(wù)器怎么知道我卡了？大家都有用qq 的經(jīng)歷，現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)都不錯了，不會出現(xiàn)連 接超時了，但是在網(wǎng)絡(luò)不太好的時間里，就會出現(xiàn)超時。實際上，在這里有一個計時器，比方說，我發(fā)一個數(shù)據(jù) 包出去，30 秒內(nèi)沒有返回，我就告訴你，超時了。這就是數(shù)據(jù)鏈路層，控制著我們數(shù)據(jù)的發(fā)送接收。最后的最后，不管怎么樣，我們要有一根網(wǎng)線，并且有網(wǎng)卡，或者貓。所有的這些，都是協(xié)議，有同學(xué)可能會說，這個網(wǎng)卡或者貓明明是硬件，怎么會是協(xié)議，是硬件沒錯，但是 硬件設(shè)計的規(guī)格是根據(jù)協(xié)議來設(shè)計的，也許以后協(xié)議變了，硬件就不是這

9、樣設(shè)計了。這 7 個層次，稱之為 osi 模型。當然了，這個模型很理想，實際上在這個網(wǎng)絡(luò)運作的過程中起作用的是一 些協(xié)議體系。比如前面說的 ip 協(xié)議。ip 協(xié)議負責(zé)的是網(wǎng)絡(luò)層中的 ip 地址的分配和路由。而 tcp 協(xié)議，主要是 作用于傳輸層中，控制數(shù)據(jù)的傳輸問題，把一個游戲，或者一個軟件的不相同的東西，轉(zhuǎn)換為可以在網(wǎng)絡(luò)上傳輸 的共同的內(nèi)容。了解了整個 osi 模型和我們的游戲了，大家應(yīng)該明白，再怎么會玩游戲的，僅僅能接觸到的是 7 層中的應(yīng)用層 而已，想知道有黑客是怎么盜取帳號的嗎？想學(xué)會如何在網(wǎng)絡(luò)上保護自己嗎？二、tcp/ip 協(xié)議體系定義：網(wǎng)絡(luò)中的各種計算機系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間進行相互通

10、信而建立的規(guī)則、標準或約定。必要性：在計算機網(wǎng)絡(luò)中，為了保證數(shù)據(jù)通信雙方能正確有效地進行通信，針對通信過程的各種問題，制定了一整套 約定，這就是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信協(xié)議。簡單的通信協(xié)議使用介紹。常用的通信協(xié)議：tcp/ip “transmission control protocol/internet protocol” ）（傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）協(xié)議， tcp/ip（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)間協(xié)議）是一種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，它規(guī)范了網(wǎng)絡(luò)上的所有通信設(shè)備，尤其是一個主機與另一個 主機之間的數(shù)據(jù)往來格式以及傳送方式。tcp/ip 是 internet 的基礎(chǔ)協(xié)議，也是一種電腦數(shù)據(jù)打包和尋址的標 準方法。三、實

11、踐園地1osi 模型和 tcp/ip 協(xié)議體系分別分成幾層（ ）a7 和 7 b4 和 7 c7 和 4 d4 和 42、osi 七層模型中，網(wǎng)卡的作用屬于哪一層（ ）a應(yīng)用層 b表示層 c傳輸層 d物理層3在?tcp/ip?協(xié)議體系中?http?是通過哪一層使用網(wǎng)絡(luò)的（? ）?a應(yīng)用層? b傳輸層? c網(wǎng)際層 ?d網(wǎng)絡(luò)接口4、在 osi 參考模型中，將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自上而下劃分為七層（1）應(yīng)用層（2）表示層（3）會話層（4）傳輸層（5） 網(wǎng)絡(luò)層（6）數(shù)據(jù)鏈路層（7）物理層。工作時（? ）。?a、 接收方從上層向下層傳輸數(shù)據(jù)，每經(jīng)過一層增加一個協(xié)議控制信息。?b、 發(fā)送方從上層向下層傳輸數(shù)據(jù)，每經(jīng)過

12、一層去掉一個協(xié)議控制信息。?c、 接受方從下層向上層傳輸數(shù)據(jù)，每經(jīng)過一層去掉一個協(xié)議控制信息。?d、 發(fā)送方從下層向上層傳輸數(shù)據(jù)，每經(jīng)過一層附加一個協(xié)議控制信息。5、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是支撐網(wǎng)絡(luò)運行的通信規(guī)則，因特網(wǎng)上最基本的通信協(xié)議是（? ?）。?a、http 協(xié)議?b、tcp/ip 協(xié)議?c、pop3 協(xié)議?d、ftp 協(xié)議6：思考1、 學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前，你是否認為計算機網(wǎng)絡(luò)就是因特網(wǎng)，談?wù)勀愕目捶ā?、 瀏覽網(wǎng)頁、收發(fā)郵件、網(wǎng)絡(luò)聊天就是計算機網(wǎng)絡(luò)的功能，請你談?wù)勥@種說法正確嗎？為什么？第二課時：數(shù)據(jù)交換技術(shù)一、 導(dǎo)入（提出問題）師：前一節(jié)我們學(xué)習(xí)了數(shù)據(jù)的傳輸過程，知道數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸是以分層協(xié)議管

13、理協(xié)作的基礎(chǔ)上進行的，知 道數(shù)據(jù)從一臺計算機發(fā)送到遠程網(wǎng)絡(luò)上的另一臺計算機，原始數(shù)據(jù)經(jīng)過層層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的到封裝成數(shù)據(jù)包，放到發(fā) 送端口做好發(fā)送的準備，而另一臺計算機接收端將接到的數(shù)據(jù)逆向地將接收到的數(shù)據(jù)層層按到協(xié)議恢復(fù)到原發(fā)送 的狀態(tài)。但是發(fā)送端的數(shù)據(jù)放到網(wǎng)絡(luò)發(fā)送端口后在網(wǎng)絡(luò)上又是如何傳輸?shù)哪兀窟@將是我們這節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容 數(shù)據(jù)交換技術(shù)。數(shù)據(jù)交換技術(shù)包含了電路交換技術(shù)、報文交換技術(shù)、分組交換技術(shù)，我們先來學(xué)習(xí)電路交換。學(xué)生活動：回顧舊知識，思考新問題二、創(chuàng)設(shè)情景，開展探究、討論。師：我們都從電影中看到過戰(zhàn)爭年代的老式（手搖式呼叫人工連接）電話，它的傳輸過程類似網(wǎng)絡(luò)中電路 交換技術(shù)。請看圖示 1：

14、教師講解引導(dǎo)學(xué)生思考電路交換的三個過程，通過流程的現(xiàn)象討論分析：1) 電路建立：在用戶 a 向 d 用戶傳輸任何數(shù)據(jù)之前，要先經(jīng)過呼叫過程建立一條端到端的電路。典型的做 法是，a 用戶向與其相連的 b 網(wǎng)絡(luò)交換平臺提出請求，然后 b 用戶呼叫 c 網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，然后手工連接 c 節(jié)點 網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備。c 節(jié)點網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備向 d 用戶呼叫并建立連接，這樣 a 與 d 之間就有一條專用電路 abcd，用 于 a 用戶與 d 用戶之間的數(shù)據(jù)傳輸。2) 數(shù)據(jù)傳輸：電路 abcd 建立以后，數(shù)據(jù)就可以從 a 用戶發(fā)送到 b 網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備，再由 b 交換到 c；c 向 d 發(fā)送數(shù)據(jù)。在整個數(shù)據(jù)傳輸過程中，所

15、建立的電路必須始終保持連接狀態(tài)。3) 電路拆除：數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，由某一方（a 或 d）發(fā)出拆除請求，然后逐節(jié)拆除到對方節(jié)點。2.電路交換技術(shù)的優(yōu)缺點及其特點1) 優(yōu)點：數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速，數(shù)據(jù)不會丟失且保持原來的序列。2) 缺點：在某些情況下，電路空閑時的信道容易被浪費：在短時間數(shù)據(jù)傳輸時電路建立和拆除所用的時間得 不償失。因此，它適用于系統(tǒng)間要求高質(zhì)量的大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r。3)特點：在數(shù)據(jù)傳送開始之前必須先設(shè)置一條專用的通路。在線路釋放之前，該通路由一對用戶完全占用。 電路交換效率不高。電路交換技術(shù)還可以用日常生活中打電話的例子來簡單進行說明:小明打電話給小剛 ,首先是小明撥打小剛的電話 ,

16、此時等候小剛接電話 ,一旦小剛接起電話后 ,表示已經(jīng)建立連 接;其次雙方進行交流,即數(shù)據(jù)傳輸,最后雙方掛掉電話,即電路拆除.三、設(shè)計活動，開展探究，類比移植，理論發(fā)現(xiàn)，自我知識構(gòu)建與內(nèi)化師：我們請八位同學(xué)模擬一個信息傳輸?shù)慕虒W(xué)活動：如圖 1：（說明場景：網(wǎng)絡(luò)交換平臺是一張桌子，a、b、c、d 由四位同學(xué)代替，圖中的黑線可以由一 條 繩代替，形象的連起每個結(jié)點，兩個活動，由兩組同學(xué)組成）規(guī)則說明：教師給 a 一首現(xiàn)代詩（不要太長四十字數(shù)左右就可），要求 a 同學(xué)將這首詩的內(nèi)容傳到 d 同學(xué)，如 果圖中有線連接的就可以直接將紙上的內(nèi)容傳下一個目標，如果沒有線連接的，必需抄一份，然后將抄好那一份 的

17、傳給下一個目標點。每個點上的同學(xué)只要接到上一節(jié)點同學(xué)的任務(wù)，就不能停歇，并將抄完的傳給下個目標點， 直到?jīng)]有任務(wù)完成為止。四個同學(xué)演示，其它同學(xué)觀察過程?；顒臃桨?1、a 同學(xué)將整首詩傳給 b 結(jié)點的同學(xué)活動方案 2、a 同學(xué)將整首詩分為五段，并且按順序一段一段的傳給 b 結(jié)點同學(xué)1、 學(xué)生通過現(xiàn)象思考問題：哪一種方案傳輸這首詩到目標點最快，為什么？2、 學(xué)生閱讀教材思考這兩個活動與報文交換技術(shù)、分組交換技術(shù)有什么相似之處？探究結(jié)論：1、 活動方案 1 讓信息在抄送的過程中當某個同學(xué)忙時，其它同學(xué)都在閑著等待，造成資源浪費。信息不 能連續(xù)的傳送到目標結(jié)點，出現(xiàn)信息斷斷續(xù)續(xù)，造成信息延時即“網(wǎng)絡(luò)

18、延時”2、 活動方案 2 使得信息在抄送的過程中盡可能是讓每個結(jié)點上的同學(xué)都有事做而忙碌不停，直到信息抄 送完。信息綿綿不斷的傳送到目標結(jié)點，提高了信息在整個網(wǎng)絡(luò)中的傳輸速度。深入問題假設(shè)，學(xué)生大膽設(shè)想，深入討論：1、 如果下一結(jié)點發(fā)現(xiàn)信息有抄錯現(xiàn)象，怎么處理？2、 假設(shè)代表不僅是中間設(shè)備兩個，而是多個呢？如果中間的 c 結(jié)點或 b 結(jié)點出現(xiàn)故障呢？（如圖 3） 教師引導(dǎo)理解概念：1、 存儲轉(zhuǎn)發(fā)2、 網(wǎng)絡(luò)延時3、 差錯檢測，以及信息重發(fā)4、 多路徑選擇，以確保單一路徑的不可靠性四、獨立思考、合作交流、綜合比較，應(yīng)用理論分析現(xiàn)實問題師：分組交換使得數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸速度和信息的吞吐量大大提高，雖然比不上電路交換速度快，但是語音 信息數(shù)據(jù)以分組交換方式在網(wǎng)絡(luò)上傳輸效果接近了電路交換的效果。現(xiàn)實中的 ip