《計算機網(wǎng)絡技術基礎 》（王崇剛）教案 （理論部分） TCPIP協(xié)議集（四）IP數(shù)據(jù)報、地址解析協(xié)議、網(wǎng)際控制報文協(xié)議、IPv6

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課題TCP/IP協(xié)議集（四）——IP據(jù)報、地址解析協(xié)議、網(wǎng)際控制報文協(xié)議、IPv6課時2課時（90min）教學目標知識技能目標：（1）掌握IP數(shù)據(jù)報的格式（2）掌握IP地址與物理地址（3）掌握地址解析協(xié)議ARP（4）理解反向地址解析協(xié)議RARP（5）掌握網(wǎng)際控制報文協(xié)議（6）掌握IPv6地址的表示方法和結(jié)構(gòu)、特點（7）了解IPv4到IPv6的過渡技術思政育人目標：了解TCP/IP協(xié)議集對于計算機網(wǎng)絡的重要意義，體會其對計算機科學與技術發(fā)展的重要意義進而感受科學技術發(fā)展所帶來的改變，引導學生樹立崇尚科學、尊重發(fā)展的理念，切實增強投身建設社會主義現(xiàn)代化科技強國的責任感、使命感，通過不斷深入的學習使學生獲得專業(yè)認同感和專業(yè)自信。教學重難點教學重點：IP數(shù)據(jù)報的格式、IP地址與物理地址、地址解析協(xié)議、網(wǎng)際控制報文協(xié)議教學難點：IP數(shù)據(jù)報的格式、網(wǎng)際控制報文協(xié)議教學方法問答法、討論法、講授法教學用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材、文旌課堂APP教學設計第1節(jié)課：2傳授新知（35min）第2節(jié)課：傳授新知（32min）課堂小結(jié)（3min）教學過程主要教學內(nèi)容及步驟設計意圖第一節(jié)課考勤

（2min）【教師】使用文旌課堂APP進行簽到【學生】按照老師要求簽到培養(yǎng)學生的組織紀律性，掌握學生的出勤情況問題導入（3min）【教師】要求學生使用文旌課堂APP掃描二維碼播放“IP數(shù)據(jù)報格式”視頻，并提出問題：IP數(shù)據(jù)報由哪幾部分構(gòu)成？【學生】聆聽、思考、討論【教師】通過學生的回答引入要講的知識通過問題導入的方法，引導學生主動思考，激發(fā)學生的學習興趣傳授新知

（35min）【教師】結(jié)合教材講解IP數(shù)據(jù)報格式一、IP數(shù)據(jù)報格式1．定義TCP/IP協(xié)議定義了一個在Internet上傳輸?shù)幕緮?shù)據(jù)單元，稱為IP數(shù)據(jù)報。2．組成IP數(shù)據(jù)報包含報頭區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)兩個部分，數(shù)據(jù)區(qū)是高層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，而報頭區(qū)是為了正確傳輸高層數(shù)據(jù)而增加的控制信息。3．格式IP數(shù)據(jù)報報頭包含了一些必要的控制信息，由20個字節(jié)的固定部分和變長的可選項部分組成。已知最高位在左邊，記為0位；最低為在右邊，記為31位。報頭中各字段的內(nèi)容如下：（1）版本。版本字段占4位，用來表明IP協(xié)議的版本。（2）首部長度。首部長度字段占4位，表示數(shù)據(jù)報頭的長度。（3）區(qū)分服務。區(qū)分服務字段占8位，指示數(shù)據(jù)報內(nèi)容的優(yōu)先權或者優(yōu)先級。（4）總長度?？傞L度字段是指整個IP數(shù)據(jù)報的長度（以字節(jié)為單位），包括數(shù)據(jù)報頭和數(shù)據(jù)。?【教師】提出問題，課堂互動思考：IP數(shù)據(jù)報最長可達多少字節(jié)？?【學生】聆聽、思考、回答問題（5）標識符。標識符占16位，每個數(shù)據(jù)報都必須由唯一的標識符來標識，以便使接收端能重裝被分段的數(shù)據(jù)包。（6）標志。標志字段占用3位，但只有低兩位有效：①標志字段的最低位記為MF，又稱最終分段標志。當MF=1時，表示該數(shù)據(jù)報后還有分片的數(shù)據(jù)報；當MF=0時，表示該數(shù)據(jù)報是最后一個分片。②標志字段的中間一位記為DF，又稱禁止分段標志。當DF=1時，表示該數(shù)據(jù)包不能分片；當DF=0時，才允許分片。（7）片偏移。片偏移字段占13位，用于指出在較長的分組在分片后，某片在原分組中的相對位置。（8）生存周期（TTL）。用于限制數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡中的生存時間。當TTL的值為0的時候，該數(shù)據(jù)報將被丟棄（9）協(xié)議。協(xié)議字段占8位，用于指定數(shù)據(jù)區(qū)中攜帶的消息是由哪種高級協(xié)議建立的。常用的協(xié)議和相應的協(xié)議字段值如下：（10）首部校驗和。首部校驗和是一個16位的循環(huán)冗余校驗碼，其值等于IP報頭內(nèi)每一個字段中包含的值的和。作用：用于保證頭部數(shù)據(jù)的完整性和傳輸?shù)恼_性。（11）源IP地址和目的IP地址。源IP地址及目的IP地址均占32位，分別用于指定發(fā)送IP數(shù)據(jù)報的源主機地址和接收IP數(shù)據(jù)報的目的主機地址。?【教師】提出問題，課堂互動問題：對比UDP數(shù)據(jù)報格式和IP數(shù)據(jù)報格式的異同?【學生】聆聽、思考、回答問題【學生】聆聽、思考、記憶【教師】要求學生掃描二維碼播放“地址解析協(xié)議”視頻，并講解新知二、地址解析協(xié)議1．IP地址與物理地址（1）定義物理地址：實際通信時，在一個網(wǎng)絡中對其內(nèi)部的一臺計算機進行尋址所使用的地址，也稱其為硬件地址或MAC地址。（2）表示方法MAC地址的長度為48位（6個字節(jié)），通常表示為12個十六進制數(shù)，每兩個十六進制數(shù)之間用冒號隔開，網(wǎng)絡中每個以太網(wǎng)設備都具有唯一的MAC地址。（3）MAC地址和IP地址的異同相同點：它們都唯一不同點：①可變性不同②長度不同③分配依據(jù)不同④尋址協(xié)議層不同2．地址解析協(xié)議IP地址和物理地址的映射包含兩個方面：從IP地址到物理地址的映射和從物理地址到IP地址的映射。這種地址之間的映射關系也稱為地址解析，實現(xiàn)地址解析的協(xié)議有兩種：地址解析協(xié)議（ARP）和反向地址解析協(xié)議（RARP）。（1）地址解析協(xié)議ARP--ARP為IP地址到對應的物理地址提供動態(tài)的映射工作過程：（詳見教材）（2）反向地址解析協(xié)議RARP--一般用于無盤工作站和終端，解決已知物理地址獲取IP地址的問題基本思想：網(wǎng)絡中有一個RARP服務器，保存了本網(wǎng)中各個無盤工作站的地址綁定，并負責響應這些節(jié)點的地址請求；新啟動的無盤工作站廣播一個RARP請求分組，分組中給出自己的物理地址；RARP服務器查找地址綁定表，用單播方式發(fā)回RARP應答分組，給出所請求的IP地址。常見協(xié)議：BOOTP（自舉協(xié)議）和DHCP（動態(tài)主機配置協(xié)議）?！緦W生】聆聽、思考、記憶?【教師】提出問題，課堂互動問題：對比UDP數(shù)據(jù)報格式和IP數(shù)據(jù)報格式的異同?【學生】聆聽、思考、回答問題通過教師的講解和演示，幫助學生了掌握IP數(shù)據(jù)報格式和地址解析協(xié)議課堂互動（3min）【教師】提出問題，要求學生討論并回答問題什么是最大傳送單元MTP？它和IP數(shù)據(jù)報首部中的哪個字段有關系？【學生】思考、討論、回答問題鞏固所學知識，加深對知識點的理解評價修正（2min）【教師】點評學生的回答，并總結(jié)、鞏固知識點【學生】聆聽、思考、記憶通過形成性檢測進行強化矯正第二節(jié)課問題導入（3min）【教師】要求學生使用文旌課堂APP掃描二維碼播放“網(wǎng)際控制報文協(xié)議”視頻，并提出問題：說一說網(wǎng)際控制報文協(xié)議的主要作用是什么？【學生】聆聽、思考、回答問題通過問題導入的方法，引導學生主動思考，激發(fā)學生的學習興趣傳授新知（32min）【教師】結(jié)合學生發(fā)言講解網(wǎng)際控制報文協(xié)議一、網(wǎng)際控制報文協(xié)議通過之前的學習了解到IP協(xié)議并不是一個可靠的協(xié)議，它不保證數(shù)據(jù)被送達。那么，保證數(shù)據(jù)送達的工作應該由其他的模塊來完成。其中一個重要的模塊就是網(wǎng)際控制報文協(xié)議（ICMP）。1．概述ICMP屬于網(wǎng)絡層協(xié)議，允許主機或路由器報告差錯情況和提供有關異常情況的報告。（1）建立在IP層以上的協(xié)議是可能做到安全的原因：當傳送IP數(shù)據(jù)報發(fā)生錯誤，比如主機不可達，路由不可達等，ICMP將會把錯誤信息封包，然后傳送回給主機，給主機一個處理錯誤的機會。（2）ICMP報文的格式ICMP報文的前4個字節(jié)是統(tǒng)一的格式，共有三個字段：即類型、代碼和檢驗和。接著的4個字節(jié)的內(nèi)容與ICMP的類型有關。（3）特點①ICMP允許主機或路由器報告差錯情況和提供有關異常情況的報告；②ICMP不是高層協(xié)議，而是IP層的協(xié)議；③ICMP報文作為IP層數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)，加上數(shù)據(jù)報的首部，組成IP數(shù)據(jù)報發(fā)送出去；2．ICMP報文的種類ICMP報文大致分為兩類：一種是查詢報文，一種是差錯報文。查詢報文：是成對出現(xiàn)的，它幫助主機或網(wǎng)絡管理員從一個路由器或另一個主機得到特定的信息。（1）ICMP詢問報文有2種：①回送請求和回答報文②時間戳請求和回答報文（2）用途：：Ping查詢、子網(wǎng)掩碼查詢和時間戳查詢差錯報文：用于報告路由器或主機在處理一個IP數(shù)據(jù)報時可能遇到的一些問題，差錯報文產(chǎn)生在數(shù)據(jù)傳送發(fā)生錯誤的時候。（1）ICMP差錯報告報文共有5種：①終點不可達②源點抑制③時間超過④參數(shù)問題⑤改變路由（重定向）（2）ICMP差錯報告報文的數(shù)據(jù)字段的內(nèi)容（3）不產(chǎn)生ICMP差錯報文的5種情況：①ICMP差錯報文不會產(chǎn)生ICMP差錯報文（ICMP查詢報文卻可能產(chǎn)生）；②目的地址是廣播地址或多播地址的IP數(shù)據(jù)報不產(chǎn)生ICMP差錯報文；③作為鏈路層廣播的數(shù)據(jù)報不產(chǎn)生ICMP差錯報文；④不是IP分片的第一片的不發(fā)送ICMP差錯報文；⑤源地址不是單個主機的數(shù)據(jù)報（零地址、環(huán)回地址、廣播地址或多播地址）不產(chǎn)生ICMP差錯報文。?【教師】提出問題，課堂互動問題：簡述環(huán)回地址、廣播地址或多播地址?【學生】聆聽、思考、回答問題3．ICMP的應用舉例（1）pingPing是TCP/IP網(wǎng)絡中一個最簡單而又非常有用的ICMP應用程序。①作用：常用于驗證兩個主機之間的連通性。②格式：ping[可選參數(shù)]target_nametarget_name是目的主機的名字或其IP地址③ping命令中的常用可選參數(shù)及其含義：④舉例：在IP地址為9的主機上測試與IP地址為1的主機的連通性，可執(zhí)行“開始”>“命令提示符”命令，在打開的“命令提示符”窗口輸入“ping1”，按【Enter】鍵執(zhí)行，可以看出，兩臺主機網(wǎng)絡相連通。?【教師】提出問題，課堂互動問題：1.使用PING命令檢查與新浪郵箱的連通性，觀察其TTL。2.使用PING命令檢查本機的IP地址是否設置有誤。3.檢查本機的IP地址是否設置有誤。4.檢查本機的IP地址是否設置有誤。?【學生】聆聽、思考、回答問題（2）tracert①作用：用于確定IP數(shù)據(jù)報訪問目標所采取的路徑。②格式：tracert[可選參數(shù)]target_nametarget_name是目的主機的名字或其IP地址。③參數(shù)：-d：指定不對計算機名解析地址。-hmaximum_hops：指定查找目標的跳轉(zhuǎn)的最大數(shù)目。-jcomputer-list：指定在computer-list中松散源路由。-wtimeout：等待由timeout對每個應答指定的毫秒數(shù)。target_nam：目標計算機的名稱。④舉例：查看當前主機訪問新浪網(wǎng)的郵件服務器（）時所采取的路徑分析：可以在“命令提示符”窗口輸入“tracert”，即可顯示出經(jīng)過的每一個路由器及使用的時間。【學生】聆聽、思考、記憶?【教師】提出問題，課堂互動問題：詳細了解自己的計算機與目標主機之間的詳細的傳輸路徑信息。?【學生】聆聽、思考、回答問題【教師】結(jié)合教材講解IPv6地址二、IPv6地址1．IPv6地址的表示方法（1）IPv6地址采用十六進制的表示方法，共128位，分8組表示，每組16位。因為一個十六進制數(shù)可以表示4位，所以每組由4個十六進制數(shù)組成，各組之間用“:”隔開。舉例：①?【教師】提出問題，課堂互動思考：設每隔1微微秒就可以分配出100萬個IPv6地址。試計算大約要用多少年才能夠?qū)Pv6地址空間全部用光。?【學生】聆聽、思考、完成任務（2）零壓縮零壓縮，即一連串連續(xù)的零可以為一對冒號所取代，在IPv6地址段中有時會出現(xiàn)連續(xù)的幾組0，為了簡化書寫，這些0可以用“::”代替，但一個地址中只能出現(xiàn)一次“::”。舉例：?【教師】提出問題，課堂互動問題：使用零壓縮簡寫下列IPv6地址（1）FF05:0:0:0:0:0:0:B3（2）1080:0:0:0:8:800:200C:417A?【學生】聆聽、思考、完成任務2．特殊地址（1）未指明地址：這是16字節(jié)的全0地址，可縮寫為兩個冒號“::”。這個地址只能為還沒有配置到一個標準的IP地址的主機當作源地址使用。（2）環(huán)回地址：即0:0:0:0:0:0:0:1（3）基于IPv4的地址：前綴為00000000保留一小部分地址作為與IPv4兼容的。（4）本地鏈路單播地址?【教師】提出問題，課堂互動問題：使用零壓縮簡寫下列特殊IPv6地址（1）FF01:0:0:0:0:0:0:101（2）0:0:0:0:0:0:0:1（3）0:0:0:0:0:0:0:0（4）0:0:0:0:0:0:?【學生】聆聽、思考、完成任務3．IPv6地址的結(jié)構(gòu)的全球網(wǎng)絡標識符和16位的本地子網(wǎng)標識符。4．IPv6的特點IPv6協(xié)議不僅是為網(wǎng)絡上的計算機設計，還應用于所有的通信設備，如手機、無線設備、電話等。IPv6的主要特點如下：（1）更大的地址空間（2）簡化的報頭和靈活的擴展（3）層次化的地址結(jié)構(gòu)（4）即插即用的連網(wǎng)方式（5）網(wǎng)絡層的認證與加密（6）服務質(zhì)量的滿足（7）對移動通信更好的支持?【教師】提出問題，課堂互動思考：簡述IPv6與IPv4相比，IPv6的主要變化?【學生】聆聽、思考、完成任務5．IPv4到IPv6的過渡技術（1）網(wǎng)絡過渡技術①隧道技術②網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換/協(xié)議轉(zhuǎn)換技術（2）主機過渡技術雙協(xié)議棧：在完全過渡到IPv6之前，使一部分主機（或路由器）裝有兩個協(xié)議棧，一個IPv4和一個IPv6。（3）應用服務系統(tǒng)過渡技術結(jié)合教材講解幫助學生掌握ICMP報文的內(nèi)涵、格式、特點和ICMP報文的種類以及ping和tracert命令、IPv6課堂互動（5min）【教師】提供練習題，并找學生進行講解1．簡述ICMP協(xié)議的要點。2．ping工作原理思考、討論、完成練習、講解鞏固所學知識，加深對知識點的理解，通過講解能夠幫助學生強化知識點課堂小結(jié)

（3min）【教師】簡要總結(jié)本節(jié)課的要點IP協(xié)議提供不可靠無連接的數(shù)據(jù)報傳輸服務，IP層提供的服務是通過IP層對數(shù)據(jù)報的封裝與拆封來實現(xiàn)的。IP數(shù)據(jù)報的格式分為報頭區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)兩大部分，其中報頭區(qū)是為了正確傳輸高層數(shù)據(jù)而加的各種控制信息，數(shù)據(jù)區(qū)包括高層協(xié)議需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。OSI模型把網(wǎng)絡工作分為七層，IP地址在OSI模型的第三層，MAC地址在第二層，彼此不直接打交道。在通過以太網(wǎng)發(fā)送IP數(shù)據(jù)包時，需要先封裝第三層（32位IP地址）、第二層（