計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)微課版 教案 (22) IP數(shù)據(jù)包格式

XXXX學(xué)院課程教案開課學(xué)院人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院課程名稱計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)授課學(xué)期授課教師授課班級總課時64

模塊五任務(wù)2《IP數(shù)據(jù)包格式》教學(xué)設(shè)計一、教學(xué)分析課題名稱IP數(shù)據(jù)包格式授課方式教師講授、指導(dǎo)學(xué)生自主練習(xí)授課學(xué)時2授課地點15-406授課時間周三3-4內(nèi)容分析本次課選自《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程，模塊5主題2：IP數(shù)據(jù)報格式，2課時。本次課程通過對IP數(shù)據(jù)報相關(guān)知識的分析講解，引導(dǎo)學(xué)生掌握知識的同時，樹立文化自信。學(xué)情分析1.學(xué)生第一次接觸IP數(shù)據(jù)報，完全不熟悉。2.學(xué)生的理論基礎(chǔ)不夠扎實，課堂過程中新課中穿插舊課的復(fù)習(xí)。綜合以上情況，結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)方案、《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》課程標(biāo)準(zhǔn)、崗位需求，確定本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，并預(yù)判教學(xué)重難點。教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)1.理解IP數(shù)據(jù)報的格式；2.掌握IP數(shù)據(jù)報分片。能力目標(biāo)能夠捕獲與分析IP數(shù)據(jù)包。素質(zhì)目標(biāo)引導(dǎo)學(xué)生建立“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”的哲學(xué)思維。教學(xué)重點IP數(shù)據(jù)報的格式教學(xué)難點IP數(shù)據(jù)報分片二、教學(xué)策略教學(xué)資源教材P142-148；授課過程中充分利用《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》在線開放課程平臺的“模塊五主題二”開展教學(xué)，滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)需求。數(shù)字資源：、課件交互平臺：班級QQ群、教學(xué)策略根據(jù)學(xué)情分析、教學(xué)內(nèi)容，以案例、實踐、多種資源為載體，通過線上線下相結(jié)合的方式開展教學(xué)。本次課采用思政元素貫穿式教學(xué)法，把法律意識、規(guī)則意識的相關(guān)內(nèi)容從課前自學(xué)貫穿到課中講授和課后拓展，從線上貫穿到線下；采用理實一體化的教學(xué)模式，將理論內(nèi)容融入教學(xué)實施各環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮教師主導(dǎo)作用，突出學(xué)生動手能力和專業(yè)技能的培養(yǎng)。教學(xué)重點解決措施1.課前預(yù)習(xí)，收集IP數(shù)據(jù)報相關(guān)資料，課中教師講解2.教師講解、學(xué)生討論，IP數(shù)據(jù)報的格式，總結(jié)規(guī)律3.根據(jù)總結(jié)的規(guī)律，對IP數(shù)據(jù)報的格式進(jìn)行分段理解，教師個別指導(dǎo)教學(xué)難點解決措施1.以現(xiàn)實中容易理解的例子，認(rèn)識IP數(shù)據(jù)報分片的原因2.根據(jù)IP數(shù)據(jù)報的格式，理解IP數(shù)據(jù)報如何分片3.一步一步完成IP數(shù)據(jù)報的分片三、教學(xué)整體設(shè)計課前：利用線上學(xué)習(xí)平臺發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)，結(jié)合預(yù)習(xí)情況，配合教師確定本次課程重難點。課中：教師講解IP數(shù)據(jù)報的格式、IP數(shù)據(jù)報的分片；學(xué)生根據(jù)預(yù)習(xí)情況和教師講解分析理解記憶IP數(shù)據(jù)報的格式以及如何進(jìn)行分片，進(jìn)一步學(xué)會IP數(shù)據(jù)包的捕獲與分析；教師指導(dǎo)學(xué)生，收集學(xué)生存在的問題，教師總結(jié)本次課程內(nèi)容。課后：根據(jù)中國大學(xué)mooc平臺中相關(guān)課程內(nèi)容，繼續(xù)優(yōu)化理論知識，創(chuàng)新實踐內(nèi)容；篩選學(xué)生優(yōu)秀作業(yè)發(fā)布在師生交互平臺中激勵表揚。四、教學(xué)實施第22次課（2課時）課前準(zhǔn)備內(nèi)容教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖線上學(xué)習(xí)發(fā)布線上學(xué)習(xí)視頻完成線上學(xué)習(xí)視頻，提前熟悉知識點，對內(nèi)容有初步了解總體了解新內(nèi)容，熟悉預(yù)備知識發(fā)布任務(wù)發(fā)布預(yù)習(xí)作業(yè)完成教材課前評估對新內(nèi)容預(yù)備知識的掌握程度進(jìn)行評估教學(xué)環(huán)境提前10分鐘進(jìn)入教室，檢查機(jī)房電腦是否正常使用、是否安裝教學(xué)軟件不攜帶食物、開機(jī)檢查自己電腦是否正常使用及保證環(huán)境安全衛(wèi)生保證安全的教學(xué)設(shè)施教學(xué)資料1.紙質(zhì)資料：教材、課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)計劃、考勤表、教案等2.電子資料：課件、任務(wù)工單等存放到教師機(jī)上面，把課件打開。3.在線準(zhǔn)備：發(fā)送中國MOOC大學(xué)APP二維碼、慕課堂二維碼，發(fā)送簽到活動、學(xué)情問卷調(diào)查1.準(zhǔn)備好教材、筆記、筆2.手機(jī)掃碼安裝中國大學(xué)APP二維碼、微信登錄、掃描加入慕課堂班級，進(jìn)行手機(jī)簽到、參與學(xué)情問卷調(diào)查保證教學(xué)正常開展課中探究內(nèi)容教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖方法情景引入秦始皇統(tǒng)一文字的意義討論秦始皇統(tǒng)一文字的意義分組討論混合式教學(xué)法引導(dǎo)式教學(xué)法探究學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)IP數(shù)據(jù)報的格式IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議棧中的兩個核心協(xié)議之一，它將所有高層的數(shù)據(jù)都封裝成IP數(shù)據(jù)報。IP數(shù)據(jù)報的格式能夠說明IP協(xié)議具有什么功能。在TCP/IP協(xié)議棧中，各種數(shù)據(jù)報格式通常以4個字節(jié)為單位來描述。下圖是IP數(shù)據(jù)報的完整格式。從圖可以看出IP數(shù)據(jù)報由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成，首部中的前一部分是固定部分，共20字節(jié)，是所有IP數(shù)據(jù)報必須有的，后一部分是可變部分。首部字段功能說明1．版本與協(xié)議類型在IP報頭中，版本字段表示該數(shù)據(jù)報對應(yīng)的IP協(xié)議版本號，不同IP協(xié)議版本規(guī)定的數(shù)據(jù)報格式稍有不同，目前使用的IP協(xié)議版本號為“4”，通常稱為IPv4。若協(xié)議版本號是6，稱為IPv6。協(xié)議字段表示在IP數(shù)據(jù)報所對應(yīng)的上層協(xié)議（如TCP）或網(wǎng)絡(luò)層中的子協(xié)議（如ICMP）。2．長度（Length）頭長度（InternetHeadLength，IHL）表示報頭占據(jù)了多少個32比特，或者說4個字節(jié)的數(shù)目?？傞L度（TotalLength）表示整個IP數(shù)據(jù)報的長度（其中包含頭部長度和數(shù)據(jù)區(qū)長度）。數(shù)據(jù)報的總長度以32字節(jié)為單位。3．服務(wù)類型（TypeofService，TOS）服務(wù)類型字段規(guī)定對本數(shù)據(jù)報的處理方式，常用于服務(wù)質(zhì)量（QualityofService，QoS）中，如圖3.3所示。前3位為優(yōu)先級，用于表示數(shù)據(jù)報的重要程度，優(yōu)先級取值從0（普通優(yōu)先級）～7（網(wǎng)絡(luò)控制高優(yōu)先級）。第4位到第7位分別為D、T、R和C位，表示本數(shù)據(jù)報希望的傳輸類型。D表示時延（Delay）需求，T表示吞吐量（Throughput）需求，R代表可靠性（Reliability）需求，C代表花銷需求，并且這幾位是互相排斥的，只有其中一個位可以被置1。01234567優(yōu)先級DTRC保留4．生存周期（TimeToLive，TTL）IP數(shù)據(jù)報的路由選擇具有獨立性，因此從源主機(jī)到目的主機(jī)的傳輸延遲也具有隨機(jī)性。如果路由表發(fā)生錯誤，數(shù)據(jù)報有可能進(jìn)入一條循環(huán)路徑，無休止地在網(wǎng)絡(luò)中流動。生存周期是用以限定數(shù)據(jù)報生存期的計數(shù)器，最大值為28-1=255。數(shù)據(jù)報每經(jīng)過一個路由器其生存周期就要減1，當(dāng)生存周期減到0時，報文將被刪除。5．頭部校驗和（Checksum）頭部校驗和用于保證IP數(shù)據(jù)報報頭的完整性。在IP數(shù)據(jù)報中只含有報頭校驗字段，而沒有數(shù)據(jù)區(qū)校驗字段。這樣做的最大好處是可大大節(jié)約路由器處理每一數(shù)據(jù)報的時間，并允許不同的上層協(xié)議選擇自己的數(shù)據(jù)校驗方法。6．地址在IP數(shù)據(jù)報報頭中，源IP地址和目的IP地址分別表示該IP數(shù)據(jù)報發(fā)送者和接收者地址。在整個數(shù)據(jù)報傳輸過程中，無論經(jīng)過什么路由，無論如何分片，這兩個字段一直保持不變。7．選項（Options）和填充字段（Padding）IP選項主要用于控制和測試兩大目的。作為選項，用戶可以使用也可以不使用它們。但作為IP協(xié)議的組成部分，所有實現(xiàn)IP協(xié)議的設(shè)備必須能處理IP選項。跟隨教師思路，學(xué)習(xí)理解IP數(shù)據(jù)報的格式知識目標(biāo)1：理解IP數(shù)據(jù)報的格式素質(zhì)目標(biāo)：通過采用剝洋蔥的方式揭開IP數(shù)據(jù)包神秘的面紗，引導(dǎo)學(xué)生建立“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”的哲學(xué)思維?；旌鲜浇虒W(xué)法引導(dǎo)式教學(xué)法探究學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)IP數(shù)據(jù)的分片傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層幀數(shù)據(jù)字段允許的最大長度稱為最大傳輸單元（MaximumTransferUnit，MTU）。一個IP數(shù)據(jù)報的長度只有小于或等于一個網(wǎng)絡(luò)的MTU，才能在這個網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸。如果一個IP數(shù)據(jù)報的長度超過傳輸網(wǎng)絡(luò)所允許的MTU，必須將IP數(shù)據(jù)報進(jìn)行分片。分片的過程是將IP數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)分為多個數(shù)據(jù)片。IP數(shù)據(jù)報分片的原則是，除最后一個數(shù)據(jù)片，其他數(shù)據(jù)片必須是8B的倍數(shù)，且加上IP首部后盡量接近MTU。IP數(shù)據(jù)報報頭中，標(biāo)識、標(biāo)志和片偏移3個字段與控制分片和重組有關(guān)。1．標(biāo)識（Identification）用以標(biāo)識被分片后的數(shù)據(jù)報。目的主機(jī)利用此域和目的地址判斷收到的分片屬于哪個數(shù)據(jù)報，以便數(shù)據(jù)報重組。所有屬于同一數(shù)據(jù)報的分片被賦予相同的標(biāo)識值。2．標(biāo)志（Flag）該字段用來告訴目的主機(jī)該數(shù)據(jù)報是否已經(jīng)分片，是否是最后一個分片，長度為3位。最高位為0；次高位為DF（Don’tFragment），該位的值若為“1”表示不可分片，若為“0”表示可分片；第三位為MF（MoreFragment），其值若為“1”代表還有進(jìn)一步的分片，其值若為“0”表示接收的是最后一個分片。3．片偏移（Offset）該字段指出本片數(shù)據(jù)在初始IP數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)區(qū)中的位置，位置偏移量以8個字節(jié)為單位。由于各分片數(shù)據(jù)報獨立地進(jìn)行傳輸，其到達(dá)目的主機(jī)的順序是無法保證的，而路由器也不向目的主機(jī)提供附加的片順序信息，因此，重組的分片順序由片偏移提供。跟隨教師思路，學(xué)習(xí)理解IP數(shù)據(jù)報的分片，并進(jìn)行分組討論，總結(jié)規(guī)律知識目標(biāo)2：掌握IP數(shù)據(jù)報分片混合式教學(xué)法引導(dǎo)式教學(xué)法探究學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)課后拓展內(nèi)容教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖方法動手實踐——IP數(shù)據(jù)包的捕獲與分析在一臺安裝了Wireshark軟件且能接入Internet的計算機(jī)上，啟動Wireshark。捕獲數(shù)據(jù)包，分析網(wǎng)絡(luò)體系分層結(jié)構(gòu)通過Wireshark軟件對所學(xué)知識進(jìn)行模擬實踐能力目標(biāo)：能夠捕獲與分析IP數(shù)據(jù)包探究學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)考核評價內(nèi)容教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖方法預(yù)習(xí)任務(wù)評價根據(jù)學(xué)習(xí)通平臺記錄的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和測試情況評定預(yù)習(xí)成績按時完成課前預(yù)習(xí)線上線下相結(jié)合探究學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)課堂參與度評價課程中的案例、思考、練習(xí)，鼓勵學(xué)生主動參與討論、分享思路、幫助同學(xué)，表現(xiàn)突出的，當(dāng)場記錄加1~2分，若