網(wǎng)絡(luò)通信的工作原理教案課程

1、第二節(jié)第三章 課題： 3.2 網(wǎng)絡(luò)通信的工作原理教學目標：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習過程，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

2、與區(qū)別教學難點：OSI 模型的理解課時安排：2 課時教學方法：演示法，講授法，任務(wù)驅(qū)動法教學過程：第一課時：數(shù)據(jù)傳輸過程1、 OSI 參考模型1、很多同學都非常喜歡玩網(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，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定，我交8 毛

3、錢給你郵政局，那么你要負責幫我把信送到。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）首先我要有一條路，不管是馬路還是鐵路，這條

4、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)在我們準備出發(fā)了，但是等等，這條路上只

5、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，這個游戲外表上看起來華麗無比，這就是第7 層，應(yīng)用層，也就是我

6、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

7、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)

8、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勺經(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

9、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)議負責的是網(wǎng)絡(luò)層中的IP地址的分配和路由。而 TCPW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?shù)墓餐膬?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？想學會如何在網(wǎng)絡(luò)上保護自己嗎？2、 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

10、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勺基礎(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、實踐園地1 OSI 模型和 TCP/IP 協(xié)議體系分別分成幾層（）A 7 和 7 B 4 和 7 C 7 和

11、4 D 4 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

12、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議？?？B、TCP/IP 協(xié)議？?C POP3W議？?？D、FTP協(xié)議6：思考1、 學習本節(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、 導入（提出問題）師：前一節(jié)我們學習了數(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

13、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?？這將是我們這節(jié)課要學習的內(nèi)容數(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)，我們先來學習電路交換。學生活動：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 ：教師講解引導學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

14、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ABCDt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）

15、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, 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，

16、理論發(fā)現(xiàn)，自我知識構(gòu)建與內(nèi)化師：我們請八位同學模擬一個信息傳輸?shù)慕虒W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 同學將這首詩的內(nèi)容傳到D 同學，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傳給下一個目標點。每個點上的同學只要接到上一節(jié)點同學的任務(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。四個同學演示，其它同學觀察過程。活動方案1、A同學將整

17、首詩傳給 B結(jié)點的同學活動方案2、A同學將整首詩分為五段，并且按順序一段一段的傳給B結(jié)點同學1、學生通過現(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忙時，其它同學都在閑著等待，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)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)，學生大膽設(shè)想

18、，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?，F(xiàn)實中的IP 電話就是使用數(shù)據(jù)分組交換技術(shù)的具體體現(xiàn)。討論為什么打IP 電話便宜？請做下面一道數(shù)學應(yīng)用題，并展開討論：題目：假設(shè)圖中網(wǎng)絡(luò)交換平臺是電信部門，A與D是用戶，用戶的連接線是從用戶家連接到電信部門，用戶每月都向電信部門交納有一定的線路租用費（電話月租 5 元 / 月） ，用戶還要上網(wǎng)，也按使用網(wǎng)絡(luò)時間交費，網(wǎng)絡(luò)信息使用費2 元 / 小時。現(xiàn)實中電信部門是這樣工作的：網(wǎng)絡(luò)交換平臺具有服務(wù)功能：1、 為用戶提供數(shù)據(jù)線路連接服務(wù)2、 為用戶提供數(shù)模轉(zhuǎn)化服務(wù)（數(shù)字信號與模擬信號轉(zhuǎn)換，為什么要轉(zhuǎn)換？不言而喻吧?。┦召M標準：1、如果你使用連接電路傳輸信息方式那么，B、 C 結(jié)點為用戶連接一次，