《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ) 》（王崇剛）教案 （理論部分） TCPIP協(xié)議集（四）IP數(shù)據(jù)報(bào)、地址解析協(xié)議、網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議、IPv6

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課題TCP/IP協(xié)議集（四）——IP據(jù)報(bào)、地址解析協(xié)議、網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議、IPv6課時(shí)2課時(shí)（90min）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)技能目標(biāo)：（1）掌握IP數(shù)據(jù)報(bào)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(bào)文協(xié)議（6）掌握IPv6地址的表示方法和結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)（7）了解IPv4到IPv6的過(guò)渡技術(shù)思政育人目標(biāo)：了解TCP/IP協(xié)議集對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的重要意義，體會(huì)其對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的重要意義進(jìn)而感受科學(xué)技術(shù)發(fā)展所帶來(lái)的改變，引導(dǎo)學(xué)生樹立崇尚科學(xué)、尊重發(fā)展的理念，切實(shí)增強(qiáng)投身建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化科技強(qiáng)國(guó)的責(zé)任感、使命感，通過(guò)不斷深入的學(xué)習(xí)使學(xué)生獲得專業(yè)認(rèn)同感和專業(yè)自信。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式、IP地址與物理地址、地址解析協(xié)議、網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議教學(xué)難點(diǎn)：IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式、網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議教學(xué)方法問(wèn)答法、討論法、講授法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材、文旌課堂APP教學(xué)設(shè)計(jì)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(xué)過(guò)程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟設(shè)計(jì)意圖第一節(jié)課考勤

（2min）【教師】使用文旌課堂APP進(jìn)行簽到【學(xué)生】按照老師要求簽到培養(yǎng)學(xué)生的組織紀(jì)律性，掌握學(xué)生的出勤情況問(wèn)題導(dǎo)入（3min）【教師】要求學(xué)生使用文旌課堂APP掃描二維碼播放“IP數(shù)據(jù)報(bào)格式”視頻，并提出問(wèn)題：IP數(shù)據(jù)報(bào)由哪幾部分構(gòu)成？【學(xué)生】聆聽、思考、討論【教師】通過(guò)學(xué)生的回答引入要講的知識(shí)通過(guò)問(wèn)題導(dǎo)入的方法，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣傳授新知

（35min）【教師】結(jié)合教材講解IP數(shù)據(jù)報(bào)格式一、IP數(shù)據(jù)報(bào)格式1．定義TCP/IP協(xié)議定義了一個(gè)在Internet上傳輸?shù)幕緮?shù)據(jù)單元，稱為IP數(shù)據(jù)報(bào)。2．組成IP數(shù)據(jù)報(bào)包含報(bào)頭區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)兩個(gè)部分，數(shù)據(jù)區(qū)是高層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，而報(bào)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(bào)報(bào)頭包含了一些必要的控制信息，由20個(gè)字節(jié)的固定部分和變長(zhǎng)的可選項(xiàng)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(bào)頭中各字段的內(nèi)容如下：（1）版本。版本字段占4位，用來(lái)表明IP協(xié)議的版本。（2）首部長(zhǎng)度。首部長(zhǎng)度字段占4位，表示數(shù)據(jù)報(bào)頭的長(zhǎng)度。（3）區(qū)分服務(wù)。區(qū)分服務(wù)字段占8位，指示數(shù)據(jù)報(bào)內(nèi)容的優(yōu)先權(quán)或者優(yōu)先級(jí)。（4）總長(zhǎng)度?？傞L(zhǎng)度字段是指整個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)的長(zhǎng)度（以字節(jié)為單位），包括數(shù)據(jù)報(bào)頭和數(shù)據(jù)。?【教師】提出問(wèn)題，課堂互動(dòng)思考：IP數(shù)據(jù)報(bào)最長(zhǎng)可達(dá)多少字節(jié)？?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問(wèn)題（5）標(biāo)識(shí)符。標(biāo)識(shí)符占16位，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)都必須由唯一的標(biāo)識(shí)符來(lái)標(biāo)識(shí)，以便使接收端能重裝被分段的數(shù)據(jù)包。（6）標(biāo)志。標(biāo)志字段占用3位，但只有低兩位有效：①標(biāo)志字段的最低位記為MF，又稱最終分段標(biāo)志。當(dāng)MF=1時(shí)，表示該數(shù)據(jù)報(bào)后還有分片的數(shù)據(jù)報(bào)；當(dāng)MF=0時(shí)，表示該數(shù)據(jù)報(bào)是最后一個(gè)分片。②標(biāo)志字段的中間一位記為DF，又稱禁止分段標(biāo)志。當(dāng)DF=1時(shí)，表示該數(shù)據(jù)包不能分片；當(dāng)DF=0時(shí)，才允許分片。（7）片偏移。片偏移字段占13位，用于指出在較長(zhǎng)的分組在分片后，某片在原分組中的相對(duì)位置。（8）生存周期（TTL）。用于限制數(shù)據(jù)報(bào)在網(wǎng)絡(luò)中的生存時(shí)間。當(dāng)TTL的值為0的時(shí)候，該數(shù)據(jù)報(bào)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(jí)協(xié)議建立的。常用的協(xié)議和相應(yīng)的協(xié)議字段值如下：（10）首部校驗(yàn)和。首部校驗(yàn)和是一個(gè)16位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，其值等于IP報(bào)頭內(nèi)每一個(gè)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(bào)的源主機(jī)地址和接收IP數(shù)據(jù)報(bào)的目的主機(jī)地址。?【教師】提出問(wèn)題，課堂互動(dòng)問(wèn)題：對(duì)比UDP數(shù)據(jù)報(bào)格式和IP數(shù)據(jù)報(bào)格式的異同?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問(wèn)題【學(xué)生】聆聽、思考、記憶【教師】要求學(xué)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(shí)際通信時(shí)，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中對(duì)其內(nèi)部的一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)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(zhǎng)度為48位（6個(gè)字節(jié)），通常表示為12個(gè)十六進(jìn)制數(shù)，每?jī)蓚€(gè)十六進(jìn)制數(shù)之間用冒號(hào)隔開，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)以太網(wǎng)設(shè)備都具有唯一的MAC地址。（3）MAC地址和IP地址的異同相同點(diǎn)：它們都唯一不同點(diǎn)：①可變性不同②長(zhǎng)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(gè)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(guān)系也稱為地址解析，實(shí)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(duì)應(yīng)的物理地址提供動(dòng)態(tài)的映射工作過(guò)程：（詳見教材）（2）反向地址解析協(xié)議RARP--一般用于無(wú)盤工作站和終端，解決已知物理地址獲取IP地址的問(wèn)題基本思想：網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)RARP服務(wù)器，保存了本網(wǎng)中各個(gè)無(wú)盤工作站的地址綁定，并負(fù)責(zé)響應(yīng)這些節(jié)點(diǎn)的地址請(qǐng)求；新啟動(dòng)的無(wú)盤工作站廣播一個(gè)RARP請(qǐng)求分組，分組中給出自己的物理地址；RARP服務(wù)器查找地址綁定表，用單播方式發(fā)回RARP應(yīng)答分組，給出所請(qǐng)求的IP地址。常見協(xié)議：BOOTP（自舉協(xié)議）和DHCP（動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議）。【學(xué)生】聆聽、思考、記憶?【教師】提出問(wèn)題，課堂互動(dòng)問(wèn)題：對(duì)比UDP數(shù)據(jù)報(bào)格式和IP數(shù)據(jù)報(bào)格式的異同?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問(wèn)題通過(guò)教師的講解和演示，幫助學(xué)生了掌握IP數(shù)據(jù)報(bào)格式和地址解析協(xié)議課堂互動(dòng)（3min）【教師】提出問(wèn)題，要求學(xué)生討論并回答問(wèn)題什么是最大傳送單元MTP？它和IP數(shù)據(jù)報(bào)首部中的哪個(gè)字段有關(guān)系？【學(xué)生】思考、討論、回答問(wèn)題鞏固所學(xué)知識(shí)，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解評(píng)價(jià)修正（2min）【教師】點(diǎn)評(píng)學(xué)生的回答，并總結(jié)、鞏固知識(shí)點(diǎn)【學(xué)生】聆聽、思考、記憶通過(guò)形成性檢測(cè)進(jìn)行強(qiáng)化矯正第二節(jié)課問(wèn)題導(dǎo)入（3min）【教師】要求學(xué)生使用文旌課堂APP掃描二維碼播放“網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議”視頻，并提出問(wèn)題：說(shuō)一說(shuō)網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議的主要作用是什么？【學(xué)生】聆聽、思考、回答問(wèn)題通過(guò)問(wèn)題導(dǎo)入的方法，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣傳授新知（32min）【教師】結(jié)合學(xué)生發(fā)言講解網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議一、網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議通過(guò)之前的學(xué)習(xí)了解到IP協(xié)議并不是一個(gè)可靠的協(xié)議，它不保證數(shù)據(jù)被送達(dá)。那么，保證數(shù)據(jù)送達(dá)的工作應(yīng)該由其他的模塊來(lái)完成。其中一個(gè)重要的模塊就是網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議（ICMP）。1．概述ICMP屬于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，允許主機(jī)或路由器報(bào)告差錯(cuò)情況和提供有關(guān)異常情況的報(bào)告。（1）建立在IP層以上的協(xié)議是可能做到安全的原因：當(dāng)傳送IP數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)生錯(cuò)誤，比如主機(jī)不可達(dá)，路由不可達(dá)等，ICMP將會(huì)把錯(cuò)誤信息封包，然后傳送回給主機(jī)，給主機(jī)一個(gè)處理錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)。（2）ICMP報(bào)文的格式ICMP報(bào)文的前4個(gè)字節(jié)是統(tǒng)一的格式，共有三個(gè)字段：即類型、代碼和檢驗(yàn)和。接著的4個(gè)字節(jié)的內(nèi)容與ICMP的類型有關(guān)。（3）特點(diǎn)①ICMP允許主機(jī)或路由器報(bào)告差錯(cuò)情況和提供有關(guān)異常情況的報(bào)告；②ICMP不是高層協(xié)議，而是IP層的協(xié)議；③ICMP報(bào)文作為IP層數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)，加上數(shù)據(jù)報(bào)的首部，組成IP數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送出去；2．ICMP報(bào)文的種類ICMP報(bào)文大致分為兩類：一種是查詢報(bào)文，一種是差錯(cuò)報(bào)文。查詢報(bào)文：是成對(duì)出現(xiàn)的，它幫助主機(jī)或網(wǎng)絡(luò)管理員從一個(gè)路由器或另一個(gè)主機(jī)得到特定的信息。（1）ICMP詢問(wèn)報(bào)文有2種：①回送請(qǐng)求和回答報(bào)文②時(shí)間戳請(qǐng)求和回答報(bào)文（2）用途：：Ping查詢、子網(wǎng)掩碼查詢和時(shí)間戳查詢差錯(cuò)報(bào)文：用于報(bào)告路由器或主機(jī)在處理一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)可能遇到的一些問(wèn)題，差錯(cuò)報(bào)文產(chǎn)生在數(shù)據(jù)傳送發(fā)生錯(cuò)誤的時(shí)候。（1）ICMP差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文共有5種：①終點(diǎn)不可達(dá)②源點(diǎn)抑制③時(shí)間超過(guò)④參數(shù)問(wèn)題⑤改變路由（重定向）（2）ICMP差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文的數(shù)據(jù)字段的內(nèi)容（3）不產(chǎn)生ICMP差錯(cuò)報(bào)文的5種情況：①ICMP差錯(cuò)報(bào)文不會(huì)產(chǎn)生ICMP差錯(cuò)報(bào)文（ICMP查詢報(bào)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(bào)不產(chǎn)生ICMP差錯(cuò)報(bào)文；③作為鏈路層廣播的數(shù)據(jù)報(bào)不產(chǎn)生ICMP差錯(cuò)報(bào)文；④不是IP分片的第一片的不發(fā)送ICMP差錯(cuò)報(bào)文；⑤源地址不是單個(gè)主機(jī)的數(shù)據(jù)報(bào)（零地址、環(huán)回地址、廣播地址或多播地址）不產(chǎn)生ICMP差錯(cuò)報(bào)文。?【教師】提出問(wèn)題，課堂互動(dòng)問(wèn)題：簡(jiǎn)述環(huán)回地址、廣播地址或多播地址?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問(wèn)題3．ICMP的應(yīng)用舉例（1）pingPing是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)最簡(jiǎn)單而又非常有用的ICMP應(yīng)用程序。①作用：常用于驗(yàn)證兩個(gè)主機(jī)之間的連通性。②格式：ping[可選參數(shù)]target_nametarget_name是目的主機(jī)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(jī)上測(cè)試與IP地址為1的主機(jī)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(tái)主機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連通。?【教師】提出問(wèn)題，課堂互動(dòng)問(wèn)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(jī)的IP地址是否設(shè)置有誤。3.檢查本機(jī)的IP地址是否設(shè)置有誤。4.檢查本機(jī)的IP地址是否設(shè)置有誤。?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問(wèn)題（2）tracert①作用：用于確定IP數(shù)據(jù)報(bào)訪問(wèn)目標(biāo)所采取的路徑。②格式：tracert[可選參數(shù)]target_nametarget_name是目的主機(jī)的名字或其IP地址。③參數(shù)：-d：指定不對(duì)計(jì)算機(jī)名解析地址。-hmaximum_hops：指定查找目標(biāo)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(duì)每個(gè)應(yīng)答指定的毫秒數(shù)。target_nam：目標(biāo)計(jì)算機(jī)的名稱。④舉例：查看當(dāng)前主機(jī)訪問(wèn)新浪網(wǎng)的郵件服務(wù)器（）時(shí)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(guò)的每一個(gè)路由器及使用的時(shí)間?！緦W(xué)生】聆聽、思考、記憶?【教師】提出問(wèn)題，課堂互動(dòng)問(wèn)題：詳細(xì)了解自己的計(jì)算機(jī)與目標(biāo)主機(jī)之間的詳細(xì)的傳輸路徑信息。?【學(xué)生】聆聽、思考、回答問(wèn)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(jìn)制的表示方法，共128位，分8組表示，每組16位。因?yàn)橐粋€(gè)十六進(jìn)制數(shù)可以表示4位，所以每組由4個(gè)十六進(jìn)制數(shù)組成，各組之間用“:”隔開。舉例：①?【教師】提出問(wèn)題，課堂互動(dòng)思考：設(shè)每隔1微微秒就可以分配出100萬(wàn)個(gè)IPv6地址。試計(jì)算大約要用多少年才能夠?qū)Pv6地址空間全部用光。?【學(xué)生】聆聽、思考、完成任務(wù)（2）零壓縮零壓縮，即一連串連續(xù)的零可以為一對(duì)冒號(hào)所取代，在IPv6地址段中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)連續(xù)的幾組0，為了簡(jiǎn)化書寫，這些0可以用“::”代替，但一個(gè)地址中只能出現(xiàn)一次“::”。舉例：?【教師】提出問(wèn)題，課堂互動(dòng)問(wèn)題：使用零壓縮簡(jiǎn)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(xué)生】聆聽、思考、完成任務(wù)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(gè)冒號(hào)“::”。這個(gè)地址只能為還沒(méi)有配置到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IP地址的主機(jī)當(dāng)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(wèn)題，課堂互動(dòng)問(wèn)題：使用零壓縮簡(jiǎn)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(xué)生】聆聽、思考、完成任務(wù)3．IPv6地址的結(jié)構(gòu)的全球網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符和16位的本地子網(wǎng)標(biāo)識(shí)符。4．IPv6的特點(diǎn)IPv6協(xié)議不僅是為網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，還應(yīng)用于所有的通信設(shè)備，如手機(jī)、無(wú)線設(shè)備、電話等。IPv6的主要特點(diǎn)如下：（1）更大的地址空間（2）簡(jiǎn)化的報(bào)頭和靈活的擴(kuò)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(luò)層的認(rèn)證與加密（6）服務(wù)質(zhì)量的滿足（7）對(duì)移動(dòng)通信更好的支持?【教師】提出問(wèn)題，課堂互動(dòng)思考：簡(jiǎn)述IPv6與IPv4相比，IPv6的主要變化?【學(xué)生】聆聽、思考、完成任務(wù)5．IPv4到IPv6的過(guò)渡技術(shù)（1）網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡技術(shù)①隧道技術(shù)②網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換/協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)（2）主機(jī)過(guò)渡技術(shù)雙協(xié)議棧：在完全過(guò)渡到IPv6之前，使一部分主機(jī)（或路由器）裝有兩個(gè)協(xié)議棧，一個(gè)IPv4和一個(gè)IPv6。（3）應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)過(guò)渡技術(shù)結(jié)合教材講解幫助學(xué)生掌握ICMP報(bào)文的內(nèi)涵、格式、特點(diǎn)和ICMP報(bào)文的種類以及ping和tracert命令、IPv6課堂互動(dòng)（5min）【教師】提供練習(xí)題，并找學(xué)生進(jìn)行講解1．簡(jiǎn)述ICMP協(xié)議的要點(diǎn)。2．ping工作原理思考、討論、完成練習(xí)、講解鞏固所學(xué)知識(shí)，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，通過(guò)講解能夠幫助學(xué)生強(qiáng)化知識(shí)點(diǎn)課堂小結(jié)

（3min）【教師】簡(jiǎn)要總結(jié)本節(jié)課的要點(diǎn)IP協(xié)議提供不可靠無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸服務(wù)，IP層提供的服務(wù)是通過(guò)IP層對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)的封裝與拆封來(lái)實(shí)現(xiàn)的。IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式分為報(bào)頭區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)兩大部分，其中報(bào)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(luò)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(guò)以太網(wǎng)發(fā)送IP數(shù)據(jù)包時(shí)，需要先封裝第三層（32位IP地址）、第二層（