網(wǎng)絡(luò)通信的工作原理

1、第三章 第二節(jié) 課題：3.2 網(wǎng)絡(luò)通信的工作原理教學(xué)目標(biāo)：1.了解OSI模型中的各個(gè)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(bào)文交換、分組交換的工作原理，能進(jìn)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(bào)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(xué)生探究能力，合作能力、觀察能力；5.通過體驗(yàn)、感悟電路交換、報(bào)文交換、分組交換的工作原理的學(xué)習(xí)過程，體驗(yàn)技術(shù)發(fā)展的過程和思維，體驗(yàn)突破技術(shù)，改造技術(shù)、創(chuàng)新技術(shù)的成就感。教學(xué)重點(diǎn)：OSI模型的理解、TCP/IP協(xié)議的重要地位、電路交換、報(bào)文交換、分組交換三者的特點(diǎn)與區(qū)別教學(xué)難點(diǎn)：OSI模型

2、的理解課時(shí)安排：2課時(shí)教學(xué)方法：演示法，講授法，任務(wù)驅(qū)動(dòng)法教學(xué)過程：第一課時(shí)：數(shù)據(jù)傳輸過程一、OSI參考模型1、很多同學(xué)都非常喜歡玩網(wǎng)絡(luò)游戲，比如魔獸世界，夢(mèng)幻西游。不知道同學(xué)們想不想了解這些網(wǎng)絡(luò)游戲在網(wǎng)上的一個(gè)工作原理，了解游戲是如何在網(wǎng)上運(yùn)作的。2、在了解游戲之前，我們先來看看現(xiàn)實(shí)生活中的郵政系統(tǒng)，參照這個(gè)郵政系統(tǒng)能加快我們對(duì)網(wǎng)絡(luò)游戲的一個(gè)理解。課本上的P55頁上數(shù)據(jù)傳輸過程中，圖3-3 郵政系統(tǒng)的分層模型。大家可以想象一下我們平時(shí)的寫信寄信的一個(gè)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毛錢給你郵政局，那么你要負(fù)責(zé)幫我把信送到。而郵

3、政局呢，也和運(yùn)輸部門有個(gè)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(gè)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(dāng)時(shí)的情況做出的適當(dāng)?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(shí)際上，網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的傳輸過程和現(xiàn)實(shí)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(zhǔn)備運(yùn)到羅馬。如果我想實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，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，這條路要能從出發(fā)點(diǎn)連接到目標(biāo)點(diǎn)。（2）路是有了，我要

4、保證這條路是通暢的，不能說走進(jìn)死胡同，我要保證這條路能夠通車，假設(shè)我是用火車來運(yùn)的話，不會(huì)出現(xiàn)半路出軌的現(xiàn)象（3）路永遠(yuǎn)不會(huì)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(dá)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(qiáng)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(dòng)的送到，少一個(gè)都不行（5）好象一切都準(zhǔn)備好了，現(xiàn)在我們準(zhǔn)備出發(fā)了，但是等等，這條路上只能通一輛火車，萬一羅馬那正好也有一輛火車從那邊開過來，路

5、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?cè)谡f什么，這個(gè)時(shí)候我們非常有必要帶一個(gè)翻譯官，當(dāng)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(dāng)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(duì)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(gè)游戲運(yùn)作的原理。首先，我要有一個(gè)游戲，這個(gè)游戲外表上看起來華麗無比，這就是第7層，應(yīng)用層，也就是我們平時(shí)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

6、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(gè)叫“封包”。這就是第6層，表示層。我們?cè)谕嬗螒虻臅r(shí)候，有一個(gè)人從屏幕邊上跑過來，我的游戲上為什么會(huì)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(gè)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(shí)服務(wù)器也把數(shù)據(jù)發(fā)給我了。在這個(gè)時(shí)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(dāng)然了，這個(gè)交換的情況是非?？斓模倚碌募夹g(shù)可以同時(shí)發(fā)，但是我們還是要有一個(gè)能保證溝通的機(jī)制，保證不會(huì)出什么大問題。這就是第5層，會(huì)話層。萬一網(wǎng)絡(luò)上延遲得厲害怎么辦

7、，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(shí)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(dá)目的地，也就是一個(gè)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(shí)候，如果出現(xiàn)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的

8、經(jīng)歷，現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)都不錯(cuò)了，不會(huì)出現(xiàn)連接超時(shí)了，但是在網(wǎng)絡(luò)不太好的時(shí)間里，就會(huì)出現(xiàn)超時(shí)。實(shí)際上，在這里有一個(gè)計(jì)時(shí)器，比方說，我發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)包出去，30秒內(nèi)沒有返回，我就告訴你，超時(shí)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(xué)可能會(huì)說，這個(gè)網(wǎng)卡或者貓明明是硬件，怎么會(huì)是協(xié)議，是硬件沒錯(cuò)，但是硬件設(shè)計(jì)的規(guī)格是根據(jù)協(xié)議來設(shè)計(jì)的，也許以后協(xié)議變了，硬件就不是這樣設(shè)計(jì)了。這7個(gè)層次，稱之為OSI模型。當(dāng)然了，這個(gè)模型很理想，實(shí)際上在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)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(fù)責(zé)的是網(wǎng)

9、絡(luò)層中的IP地址的分配和路由。而TCP協(xié)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(gè)游戲，或者一個(gè)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(gè)OSI模型和我們的游戲了，大家應(yīng)該明白，再怎么會(huì)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(hào)的嗎？想學(xué)會(huì)如何在網(wǎng)絡(luò)上保護(hù)自己?jiǎn)?？二、TCP/IP協(xié)議體系定義：網(wǎng)絡(luò)中的各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間進(jìn)行相互通信而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定。必要性：在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，為了保證數(shù)據(jù)通信雙方能正確有效地進(jìn)行通信，針對(duì)通信過程的各種問題，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(jiǎn)單的通信協(xié)議使用介紹。常用的通信

10、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(gè)主機(jī)與另一個(gè)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)往來格式以及傳送方式。TCP/IP是INTERNET的基礎(chǔ)協(xié)議，也是一種電腦數(shù)據(jù)打包和尋址的標(biāo)準(zhǔn)方法。三、實(shí)踐園地1OSI 模型和 TCP/IP 協(xié)議體系分別分成幾層（ ） A7 和 7 B4 和 7 C7 和 4 D4 和 4 2、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

11、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(huì)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(shí)（   ）。 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(gè)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(gè)協(xié)議控制信息。 C、接受方從下層向上層傳輸數(shù)據(jù)，每

12、經(jīng)過一層去掉一個(gè)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(gè)協(xié)議控制信息。5、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是支撐網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的通信規(guī)則，因特網(wǎng)上最基本的通信協(xié)議是（     ）。 A、HTTP協(xié)議      B、TCP/IP協(xié)議      C、POP3協(xié)議       D、FTP協(xié)議6：思考1、 學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前，你是否認(rèn)為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是因特網(wǎng)，談?wù)?/p>

13、你的看法。2、瀏覽網(wǎng)頁、收發(fā)郵件、網(wǎng)絡(luò)聊天就是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能，請(qǐng)你談?wù)勥@種說法正確嗎？為什么？第二課時(shí)：數(shù)據(jù)交換技術(shù)一、 導(dǎo)入（提出問題）師：前一節(jié)我們學(xué)習(xí)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(jìn)行的，知道數(shù)據(jù)從一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送到遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上的另一臺(tái)計(jì)算機(jī)，原始數(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(zhǔn)備，而另一臺(tái)計(jì)算機(jī)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)哪兀窟@將是我們這節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容 數(shù)據(jù)交換技術(shù)。數(shù)據(jù)交換技術(shù)包含了電路交換技術(shù)、報(bào)文交換技術(shù)、分組交換技術(shù)

14、，我們先來學(xué)習(xí)電路交換。學(xué)生活動(dòng)：回顧舊知識(shí)，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(zhēng)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(qǐng)看圖示1： 教師講解引導(dǎo)學(xué)生思考電路交換的三個(gè)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(tái)提出請(qǐng)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(diǎn)網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備。C節(jié)點(diǎn)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

15、：電路ABCD建立以后，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(gè)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(qǐng)求，然后逐節(jié)拆除到對(duì)方節(jié)點(diǎn)。2.電路交換技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及其特點(diǎn)1)優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失且保持原來的序列。2)缺點(diǎn)：在某些情況下，電路空閑時(shí)的信道容易被浪費(fèi)：在短時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)電路建立和拆除所用的時(shí)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(diǎn)：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(duì)用戶完全占用。電路交換效率不高。

16、電路交換技術(shù)還可以用日常生活中打電話的例子來簡(jiǎn)單進(jìn)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(shí)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(jìn)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(jì)活動(dòng)，開展探究，類比移植，理論發(fā)現(xiàn)，自我知識(shí)構(gòu)建與內(nèi)化師：我們請(qǐng)八位同學(xué)模擬一個(gè)信息傳輸?shù)慕虒W(xué)活動(dòng)：如圖1：（說明場(chǎng)景：網(wǎng)絡(luò)交換平臺(tái)是一張桌子，A、B、C、D由四位同學(xué)代替，圖中的黑線可以由一條繩代替，形象的連起每個(gè)結(jié)點(diǎn)，兩個(gè)活動(dòng)，由兩組同學(xué)組成）規(guī)則說明：教師給A一首現(xiàn)代詩（不要太長(zhǎng)四十字?jǐn)?shù)左右就可），要求A同學(xué)將這首詩的內(nèi)容傳到D同學(xué)，如果圖中有線連接的就可以直接將

17、紙上的內(nèi)容傳下一個(gè)目標(biāo)，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(gè)目標(biāo)點(diǎn)。每個(gè)點(diǎn)上的同學(xué)只要接到上一節(jié)點(diǎn)同學(xué)的任務(wù)，就不能停歇，并將抄完的傳給下個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，直到?jīng)]有任務(wù)完成為止。四個(gè)同學(xué)演示，其它同學(xué)觀察過程。活動(dòng)方案1、A同學(xué)將整首詩傳給B結(jié)點(diǎn)的同學(xué)活動(dòng)方案2、A同學(xué)將整首詩分為五段，并且按順序一段一段的傳給B結(jié)點(diǎn)同學(xué)1、學(xué)生通過現(xiàn)象思考問題：哪一種方案?jìng)鬏斶@首詩到目標(biāo)點(diǎn)最快，為什么？2、學(xué)生閱讀教材思考這兩個(gè)活動(dòng)與報(bào)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(dòng)方案1讓信息在抄送的過程中當(dāng)某個(gè)同學(xué)忙時(shí)，其它同學(xué)都在閑著等待，造成資源浪費(fèi)。信息不能連續(xù)的傳送到目標(biāo)

18、結(jié)點(diǎn)，出現(xiàn)信息斷斷續(xù)續(xù)，造成信息延時(shí)即“網(wǎng)絡(luò)延時(shí)”2、 活動(dòng)方案2使得信息在抄送的過程中盡可能是讓每個(gè)結(jié)點(diǎn)上的同學(xué)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(biāo)結(jié)點(diǎn)，提高了信息在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的傳輸速度。深入問題假設(shè)，學(xué)生大膽設(shè)想，深入討論：1、 如果下一結(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)信息有抄錯(cuò)現(xiàn)象，怎么處理？2、 假設(shè)代表不僅是中間設(shè)備兩個(gè)，而是多個(gè)呢？如果中間的C結(jié)點(diǎn)或B結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障呢？（如圖3）教師引導(dǎo)理解概念：1、 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)2、 網(wǎng)絡(luò)延時(shí)3、 差錯(cuò)檢測(cè)，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(dú)立思考、合作交流、綜合比較，應(yīng)用理論分析現(xiàn)實(shí)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)