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项目二 数据通信网络体系结构【教学目标】1. 知识目标：（1）了解计算机网络体系结构的定义。（2）理解数据封装与解封装的过程。（3）了解OSI参考模型的层次结构及各层功能。（4）了解TCP/IP体系结构及各层协议。2. 技能目标：能解释数据的封装与解封装的过程。3. 素养目标（1）培养沟通交流及团队合作意识（2）养成规范操作的职业习惯（3）培养精益求精的工匠精神【教学重点】OSI参考模型的层次结构及各层功能。【教学难点】TCP/IP体系结构及各层协议【教学方法】项目教学法、启发式教学法、自主探究、合作探究。【导入新课】网络设备数据交换是如何交换数据的呢？采用了什么样的层结构与协议呢？我们一起来学习。【教学过程】任务一：网络体系结构任务要求：了解计算机网络体系结构的定义，理解OSI参考模型的层次结构及各层功能。1. 什么是网络体系结构从计算机网络的硬件设备来看，除了终端、信道和交换设备以外，为了保证通信的正常进行，必须事先做一些规定，而且通信双方要正确执行这些规定，这种通信双方必须遵守的规则和约定称为协议或规程。2. OSI参考模型的层次结构OSI参考模型是为网络而构建的最基本的层次结构模型。它描述了数据和网络信息怎样从-台计算机的应用程序，经过网络介质，传送到另一台计算机的应用程序。在OSI参考模型中，是采用分层的方法来实现的。采用OSI参考模型的主要优点如下：（1）将网络的通信过程划分为小一些、简单一些的部件，有助于各个部件的开发、设计和故障排除。（2）通过网络组件的标准化，允许多个供应商进行开发。（3）通过定义在模型的每一层实现什么功能，鼓励产业的标准化。（4）允许各种类型的网络硬件和软件相互通信。（5）防止对某一层所做的改动影响到其他的层，这样就有利于开发。3. OSI参考模型各层的功能0SI参考模型有7个不同的层，分为两个组。上面3层定义了终端系统中的应用层析如何彼此通信，以及如何与用户通信，这3层并不知道有关联网或网络地址的任何信息，这是下面4层的任务。应用层应川恨协议，应用层表示层表示层协以一表示层会话层_2型业性一.会话层传输层_蝉业L传输层网路层IW络层数据链路层数据链路层物理屋 物理层 C传输介质&主机A主机B图2-2 0S1参考模型各层的功能图2-1 0S1参考模型图1）应用层应用层是0SI体系结构中的最高层，是利用网络资源、唯一面向应用程序直接提供服务的层,只有当马上要访问网络时，才会实际用到这-层。2）表示层表示层因它的用途而得名，即它为应用层提供数据，并负责数据转换和代码的格式化。3）会话层会话层的任务就是提供一种有效的方法，以组织并协商两个表示层进程之间的会话，并管理他们之间的数据交换。4）传输层传输层为主机应用程序提供端到端的数据传输服务，并且可以在互联网的发送方主机和目的主机之间建立逻辑连接。传输层通过提供透明的数据传输，对高层隐瞒了任何与网络有关的细节信息。5）网络层网络层是0SI参考模型中的第三层，负责设备的寻址，跟踪网络中设备的位置，并决定传送数据的最佳路径，这意味着网络层必须在位于不同地区的互联网设备之间传送数据流。6）数据链路层数据链路层位于0S1参考模型的第二层，它控制着网络层和物理层的通信，是一个桥梁，在相邻网络实体（即相邻节点）之间建立、维持和释放数据链路连接，并且传输数据链路服务数据单元。7）物理层在0SI参考模型中，物理层位于模型的最底层，也是模型的第一层。物理层并不是指物理设备或媒介，而是有关物理设备通过物理媒介进行连接的描述和规定。任务二：数据的封装与解封装任务要求：掌握各层的协议数据单元，理解数据的封装与解封装过程。1. 各层的协议数据单元在0SI参考模型中，节点间的对等层之间需要交换的信息单元被称为协议数据单元（ProtocolData Unit, PDU）。在PDU前面添加一个单字母作为前缀，表示是哪一层的数据。源端口目的端口数据源【P地址目的IP地址协议数据段数据段数据包目的MAC源MAC以太网帧校验地址地址字段VL序列数据帧101 101 I 10001 I IIO(X)()比特图2-4协议数据单元和分层寻址2. 数据的封装与解封装封装数据是指网络节点对要传送的数据增加特定的协议头和协议尾的过程。0SI参考模型每层都要对数据进行封装，以保证数据能准确到达接收节点的对等层。接收端收到数据后将反向识别、提取和去除发送端对等层所增加的协议头和协议尾，这个过程被称为数据解封装。图2-5 0SI参考模型中数据的传输过程（1）发送端在传输数据给接收端的过程中，发送端的应用层为数据增加本层的控制报头AH,然后传送给表示层。表示层接收到此数据后，加上本层控制报头PH,然后传送到会话层。会话层收到此数据，加上会话层的控制报头SH,然后发送给传输层。（2）传输层接收数据，加上本层控制报头TH,形成传输层的协议数据单元PDU,之后发送到网络层。（3）网络层的数据单元有长度限制，所以接收到的数据如果过长将会被分割成多个较短的数据字段，每个分割后的数据字段加上本层的控制报头NH后，形成网络层的PDU。（4）分组传送到数据链路层，加上本层的控制报头DH和控制报尾DT,形成帧。帧是数据链路层的协议数据单元，需要被送往物理层处理。（5）物理层收到帧后，将以比特流的方式通过传输介质传输到接收端的物理层。（6）接收端收到比特流后，从物理层依次向上传递。每一层对收到的数据进行解析和处理，去掉对应的报头和报尾，也就是对数据解封装，然后得到所需的原始数据。如图2-6所示，以用户浏览网站为例说明数据的封装、解封装过程。WWW信息DataSegmentNetworkHeaderSegmentHeader T、Frame NetworkHeader | HeaderSegment _ FrameHeader 1 uala 1 TrailerDataPacket0111111010101100010101101010110001BitsFramedependent)图2-6数据封装示例第1步：当用户输入要浏览的网站信息后就由应用层产生相关的数据，通过表示层转换成为计算机可识别的ASCII码，再由会话层产生相应的主机进程传给传输层。第2步：传输层将以上信息作为数据并加上相应的端口号信息以便目的主机辨别此报文，得知具体应由本机的哪个任务来处理。第3步：在网络层加上IP地址使报文能确认应到达具体某个主机，再在数据链路层加上MAC地址，转成比特流信息，从而在网络上传输。第4步：报文在网络上被各主机接收，通过检查报文的目的MAC地址判断是否是自己需要处理的报文，如果发现MAC地址与自己不一致，则丢弃该报文，一致就去掉MAC信息送给网络层判断其IP地址：然后根据报文的目的端口号确定是由本机的哪个进程来处理，这就是报文的解封装过程。任务三：常用的网络协议与网络命令任务要求：理解TCP/IP层次结构，了解TCP/IP协议族中的各个协议。1. TCP/IP的层次结构0SI参考模型的提出在计算机网络发展史上具有里程碑的意义，以至于提到计算机网络就不能不提0SI参考模型。2. TCP/IP协议族应用层协议应用层负责处理特定的应用程序细节，显示接收到的信息，把用户的数据发送到低层，为应用软件提供网络接口，应用层包含大量常用的应用程序。在此将重点介绍常用的儿种应用层协议。1）远程登录协议（Telnet）2）文件传输协议（FTP）3）简单文件传输协议（TFTP）4）简单邮件传输协议（SMTP）5）域名服务（DNS）3. TCP/IP协议族传输层协议传输层位于应用层和网络层之间，为终端主机提供端到端的连接，以及流量控制（由窗口机制实现）、可靠性（由序列号和确认技术实现）、支持全双工传输等等。D传输控制协议（TCP）2）用户数据报协议（UDP）3）TCP与UDP的区别4）端口号4. TCP/IP协议族网络层协议1）ICMP （Internet Control Message Protocol,因特网控制消息协议）2）Internet控制报文协议（ICMP）3）地址解析协议（ARP）4）逆向地址解析协议5. 常用的网络命令1）ping命令ping命令主要用于测试一台主机与另一台主机之间能否连通。使用ping命令时，源主机将向目的主（1）ping命令格式。ping IP地址/主机名/域名。（2）ping命令常用参数。ping IP地址-1：对某一 IP地址不断地执行ping命令，直到用户按Ctrl+C键中止。常用命令参数：arp -a：用于查看高速缓存中IP地址与MAC地址所有的对应关系，如图2-18所示。arp -s IP地址MAC地址：向ARP高速缓存中添加一个IP地址与MAC地址的对应关系。arp -d IP地址：从ARP高速缓存中删除一个IP地址与MAC地址的对应关系。3） traccrt 命令tracert命令是路由跟踪命令，用户可以跟踪从一台主机到另一台主机之间经过的路由，常用于查看数据传输路径和定位问题出在哪个节点上。tracert命令的格式如下。traceroute IP地址/主机名。【项目小结】本任务主要学习了。1）计算机网络体系结构的定义。2）数据封装与解封装的过程。3）OSI参考模型的层次结构及各层功能。4）TCP/IP体系结构及各层协议。任务评价表学生：级 班星期日期项目名称数据通信网络体系结构组长评价内容主要评价标准分数小组评价教师评价任务一理解0S1参考模型的层次结构及功能10分任务二掌握各层的协议数据单元，理解数据的封装与解封装10分任务三理解TCP/IP层次结构、各个协议以有常用的网络命令20分任务四理解IP地址的概念、表示方法、分类；掌握特殊IP地址、公有地址以及私有地址的范围30分任务五能够进行子网划分与计算30分总分合计项目总结（心得体会）说明：（1）从设备选择、设备连线、设备配置、连通测试等方面对任务进行评价。（2）满分100分，总分二组长评价x40防教师评价x60%o
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