(完整版)《计算机网络》教案

《计算机网络》教案苏继斌《计算机网络》课程教学设计一、课程定位本课程是面向全校本科各专业学生的一门重要的公共工程技术基础课程，是理论和实践紧密结合的一门课程，是提高学生信息素质和工程素养的一门重要的基础课程。通过本课程的教学，使学生能够系统地掌握计算机网络的基本概念、核心原理和常用的组网技术，为今后从事基于信息系统的作战、指挥、训练工作奠定必要的工程技术基础。二、教学对象《计算机网络》课程的授课对象是全校本科各专业学生，他们具有基础较好，理解能力强，有强烈的求知欲的特点，并且对计算机网络已有一些初步的认识，接触和使用过不少网络应用。他们希望通过课程学习了解计算机网络内部的工作原理，利用所学知识能解决一些在网络应用方面的实际问题。本课程要求学生具备计算机系统硬件、软件以及通信方面一些必要的基础知识。三、课程教学目标通过本课程的教学，使学生能够系统地掌握计算机网络的基本概念和核心原理，掌握因特网一些重要协议和常用网络设备的基本工作原理。培养学生学习复杂系统工作原理的能力；培养学生科学思维能力和自主学习能力，培养学生分析问题、归纳和综合知识的能力；培养学生理论指导实际，灵活利用所学原理与知识分析和解决实际网络应用中的问题的能力。通过本课程的教学提高学生的信息素质，以适应未来..⋯.的需要。同时通过本课程的教学，可以为学习计算机、通信、信息类专业课程打下坚实的理论基础，为今后从事⋯⋯工作奠定必要的工程技术基础。第2页共132页四、课程教学内容设计本课程教学分为理论教学（44学时）和实践教学（12学时）两部分。理论教学借助计算机网络五层原理性体系结构来组织教学内容，以因特网为实例，围绕基本概念和基本原理，按照：概述、物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层的顺序讲授各层内容，最后教授与以上各层都相关的网络安全。一是概述。使学生对整个计算机网络和因特网的功能、构成有一个整体粗略的了解。了解分组交换的基本原理和特点。理解什么是网络协议，网络协议的分层体系结构及各层的基本功能。二是物理层。主要让学生理解一些数据通信方面的基础知识和物理层能为上层提供什么样的服务，为理解上层协议的工作原理提供一定的基础知识。三是数据链路层。掌握计算机网络的底层技术：数据链路层要解决的几个基本问题，重点是媒体访问控制和局域网技术。四是网络层。网络层是计算机网络的核心，掌握网络层是理解整个计算机网络的工作原理的关键，要掌握IP地址、分组转发、路由选择、网络互联等计算机网络的核心技术和重要概念。还要掌握网络层和数据链路层的关系，以及将网络虚拟化链路的概念。五是运输层。理解运输层在网络分层体系结构中承上启下的重要地位，掌握可靠数据传输和TCP的工作原理，掌握流量控制和拥塞控制的基本原理和方法。六是应用层。由于学生对网络应用的使用较为熟悉，应用层主要是使学生理解应用层是如何利用下层提供的服务来实现各种网络应用的，理解应用层协议所要解决的问题。理解典型网络应用的基本原理。第3页共132页七是网络安全。先介绍网络安全的内容，然后介绍网络安全服务的各种 机制 综治信访维稳工作机制反恐怖工作机制企业员工晋升机制公司员工晋升机制员工晋升机制图 ，最后简要介绍典型的网络安全协议和系统。实践教学以强化学生的动手实践能力为目的，以提高操作技能和面向实用技术为设计原则，以组网技术和构建网络应用服务为核心设计实验内容。具体包括简单局域网组网、网络协议分析、路由器配置、典型应用服务器的配置和简单网络应用程序开发等实用性较强的实践内容。部分实验内容可根据学生学习能力和实际情况，让学生自主选做。五、课程教学模式设计采用以讲授原理性知识为主的教学模式，按照计算机网络五层原理性体系结构来组织教学内容，以因特网为实例，围绕基本概念和基本原理，按照“自底向上”的方法，逐层讲授各层内容，使学生逐步建立起计算机网络的知识体系结构。着眼原理知识，使学生获得长“保质期”的知识，同时关注目前流行的技术，将这些技术作为网络原理的应用实例来学习。在学习计算机网络每层协议的原理时，主要按照“问题→方法和原理→具体技术实例”的思路讲解：先分析该层的主要任务是什么与上下层之间的关系是什么，要解决的主要问题有哪些。针对这些主要问题先讲解解决这些问题的基本方法和基本原理，然后介绍在因特网中实现这些功能的具体协议或网络设备。例如，网络层的一个重要问题就是如何找到一条到目的地的“最佳”路径，即路由选择问题。先讲授基本的原理性选路算法，如距离向量选路算法、链路状态选路算法，然后再介绍因特网中分别采用这两种算法的选路协议：RIP和OSPF。由于计算机网络是一个极其复杂的系统，学习计算机网络的过第4页共132页程实际就是一个在学生的知识空间中“构建”一个计算机网络体系结构的过程。因此，对于每个 知识点 高中化学知识点免费下载体育概论知识点下载名人传知识点免费下载线性代数知识点汇总下载高中化学知识点免费下载 在授课中应强调知识点在整个体系结构中的位置，所起到的重要作用，以及与其他知识点之间的关系。在授课过程中，注重阶段性总结，每章结束时通过总结帮助学生将该章内容关联起来建立起计算机网络某一层的知识结构，然后再放入到整个网络体系结构去，这样学完整个课程后在每个学生掌握的是一个复杂的计算机网络系统，而不仅仅是一些零散的知识点和技术原理。在教学方法上，由“单一的教员讲解”转变为采用引导、启发、研究、讲解、讨论等多种形式，引导学生主动思考、积极研究，激发学生的求知欲、想象力、创新欲和探索精神。在教学过程中强调“课前”、“课中”、“课后”的有机结合。强调课前预习，先以预习作业的形式将问题布置给学生，学生在课前利用已学知识，分析问题并进行创新思维，大胆提出自己的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。在学生充分课前思考的基础上，教员引导学生利用科学思维方法最终将要传授的知识转化为学生自己的创新成果。通过课后开放性问题进一步拓展学生的思维空间。针对学生不会看书，不会学习，课堂互动深度不够，研究讨论参与度不高的问题，部分教学内容采用翻转课堂模式，学生根据教员给出的学习要求、学习资料和启发性问题在课前自学，课堂通过有深度的问题展开讨论，进行深度互动，迫使学生积极思考，指导学生的自主学习，及时纠正学生的学习偏差。在教学手段上，采用幻灯和板书相结合的形式，充分利用多媒体 课件 超市陈列培训课件免费下载搭石ppt课件免费下载公安保密教育课件下载病媒生物防治课件 可下载高中数学必修四课件打包下载 形象、直观、能提高学生的学习兴趣和求知欲的特点，多用图例来描述网络原理和系统结构，用动画来描述协议交互过程和设备工作的流程。同时用板书记录关键性概念，并利用板书灵活动态的特点，在授课过程中对幻灯内容进行灵活扩展和发挥。第5页共132页教学进度总体安排课堂教学实践教学网络教学学时序号教学内容学时学时1概述2物理层42003数据链路层4网络层824学生自主学习1265运输层26应用层847网络安全04总计4412第6页共132页《计算机网络》课程教案第1讲内容备注讲课题目：课程介绍、因特网概述、因特网的组成目的要求：明确课程地位和意义，介绍学习方法。了解计算机网络（特别是因特网）的构成和术语。理解网络核心的分组交换技术的基本工作原理，理解电路交换、分组交换的区别。重点难点：电路交换和分组交换的基本工作原理方法步骤：课堂讲解与实例介绍器材保障：电脑、投影时间地点：教学内容:此处板书§1概述预习思考题：1.你主要用计算机网络或因特网干什么？你认为计算机网络由哪些关键元素组成？你所知道的网络设备有哪些？你知道的连通过预习思考题，学生提前思考课堂内容，增强参与度。接因特网的方式（上网方式）有哪些？2.你认为计算机网络或因特网的核心功能是什么？与电话网、有线电视网有什么本质区别？一、课程简介此处板书(一)课程目标(二)内容、重难点(三)学习方法和要求此处板书二、计算机网络在信息时代中的作用第7页共132页使学生明确学习目标、方法。通过提问的方式，让学生自己把计算机网络在信息时代中的作用讲出来，然后进行总结。突出并强调“计算机网络与传统通信基础设施最大的不同在于：其端系统是功能强大、具有智能的计算机！”，因此“应用层出不穷！需求推动网络技术飞速发展！”。三、因特网概述此处板书(一)网络的网络结合图示，介绍一些名词和术语：主机、端系统、链路、路可将一部分放到课程简介之前作为开场白由器。(二)因特网发展的三个阶段（简单介绍）通过图示介绍一下因特网服务提供商和和WWW对世界的影响，其他内容学生自学。(三)因特网的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化工作（自学）ISP多层结构的形成，布置学生自学，要求学生知道IETF和RFC。四、因特网的组成此处板书(一)因特网的边缘部分幻灯并讲解：使学生因特网有一个初步的认识。简单讲一下其组成。(二)因特网的核心部分（重点）重点讲解分组交换。1、为何需要交换技术？(分析)2、网络核心示意图3、电路交换的基本原理（图例）4、用电路交换进行计算机数据传输的问题（提问）通过该问题，启发学生提出分组交换的思想。5、分组交换的基本原理（图例）分组、存储转发的概念幻灯并讲解：使学生知道什么是端系统，端系统中都有些什么。此处板书6、分组交换与电路交换的比较。1）分组交换存在的问题：时延、丢包等幻灯并讲解：使学生理解电路交第8页共132页换和分组交换的基本原理及其比较。通过提问和启发的方式让学生自己将这些问题找出来2）在资源分配和资源共享方面的比较；3）在时延方面的比较；比较可能没有时间讲完，可让学生课后思考，下次课再讲回顾与小结：1、计算机网络（特别是因特网）的作用；2、因特网的组成；3、电路交换、分组交换的基本工作原理；4、列出本次课要掌握的知识点。作业与思考题：1.习题1-012.习题1-03参考资料：1．《计算机网络—自顶向下方法与（美）JamesF.KuroseKeithW.Ross版社。Internet特色》（第4版），著/陈鸣译，机械工业出2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆著/潘爱民译，清华大学出版社；本次课教学体会：第9页共132页第2讲内容备注讲课题目：计算机网络的类别、性能、体系结构目的要求：掌握计算机网络的基本性能指标、通过研讨理解计算机网络协议分层的意义和作用，理解的基本功能。5层原理体系结构中各层重点难点：分层体系结构方法步骤：课堂讲解与实例介绍器材保障：电脑、投影时间地点：教学内容与时间安排:预习思考题：采用学生主动发言与提问相结合的方式，就这些问题开展简要讨论1.你关心的网络性能有哪些（你如何评价网络运行情况的好坏）？2.如果上网很慢你认为可能的原因是什么？3.两个人如何通过手电筒传递消息？要考虑哪些问题？请设计一种可行的方案。内容回顾与本次课内容介绍一、计算机网络的类别(一)计算机网络的定义此处板书(二)几种不同类别的网络布置学生自学。此处板书三、计算机网络的性能(一)计算机网络的性能指标速率、带宽、吞吐量、时延、利用率、丢包率的概念和单位。第10页共132页(二)时延的类型（重点）1、在路由器的节点时延示意图；2、处理时延；此处板书使学生掌握分组交换网中时延的由哪几部分组成，在什么地方产生。3、排队时延；4、传输时延；5、传播时延；6、传输时延和传播时延的比较。(三)丢包率（增加）使学生认识到丢包问题是分组交换网中的一个重要问题此处板书导致丢包的原因、拥塞的基本概念。四、网络协议和计算机网络的体系结构(一)网络协议网络协议的重要性，网络协议的3要素。通过“手电通信”的工作原理的研讨，让学生意识到网络协议的重要性和网络协议所要规定的内容。(二)灯塔通信问题（研讨题）通过该实例的研究和讨论使学生理解计算机网络中最核心的问题和原理并不难，但同时意识到设计一个完善的网络系统的复杂性。启发学生用分层的思路去设计一个灯塔通信问题，从该问题的解决中理解分层结构在设计通信系统中的优点和作用。从而将讨论题目布置给学生引出计算机网络的分层体系结构。(三)计算机网络的5层原理体系结构重点让学生建立网络体系结构的概念1、以图示的方法从底向上讲解各层的主要功能。然后从上而下总结各层的功能，并强调层间服务与被服务的关系。2、以邮政系统为例说明分层体系结构在现实生活中的作用，并与网络系统进行比较，引出协议数据单元在各层间传递的流程在讲解邮政系统时要突第11页共132页出分层的作用，不同层有不同的传递单元，有不同的控制信息和地址，引出封装的概念和封装的概念3、通过图示和动画讲解协议数据单元在各层间传递的过程，上层协议数据单元是如何封装到下层协议数据单元中的。4、结合邮政系统说明首部在各层协议中的作用。回顾与小结：1、分组交换网络中的几种主要时延产生的原因和区别；2、网络的分层体系结构；3、列出本次课要掌握的知识点。作业与思考题：1.习题1-102.习题1-11参考资料：1．《计算机网络—自顶向下方法与（美）JamesF.KuroseKeithW.Ross版社。Internet特色》（第4版），著/陈鸣译，机械工业出2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆著/潘爱民译，清华大学出版社；本次课教学体会：第12页共132页第3讲内容备注讲课题目：物理层目的要求：掌握物理层的基本功能，理解一些基本的数据通信方面的基础知识和概念。理解常用宽带接入技术的基本原理。重点难点：带宽、调制解调、复用方法步骤：课堂讲解与实例介绍器材保障：电脑、投影时间地点：教学内容与时间安排:§2物理层内容回顾与本次课内容介绍一、物理层的基本概念此处板书物理层的主要任务和物理层规程描述的内容。二、数据通信的基础知识此处板书(一)数字信号关键是使学生能理解数据是如何在媒体中传播的，媒体传输信号的速率是有限的。1.数字信号与模拟信号2.数字信号在传输中会失真3.带宽和传输速率极限(二)调制解调技术此处板书理解调制解调的基本概念和工作原理，以及其用途1.在电信号中表示数字的不同方式2.几种基本的调制方式AM、FM、PM3.调制技术的主要用途第13页共132页此处板书三、物理层下面的传输媒体1.双绞线掌握各种传输媒体的特点，知道如何选用。2.同轴电缆3.光纤4.无线媒体此处板书四、信道复用技术1.复用的基本概念（图示）2.频分复用信道复用的概念很重要，理解除统计时分复用外，信道复用技术就是将一个原来的传输媒体划分为多个小的子信道。3.时分复用4.统计时分复用五、数字传输系统此处板书数字传输系统的作用此处板书六、宽带接入技术1.ADSL重点是让学生理解ADSL与拨号上网的本简单介绍拨号上网的基本原理；ADSL的基本原理；ADSL与拨号上网的区别。2.HFC质区别主要特点简单介绍一下无线接入技术，鼓励学生去查资料补充：无线接入1.3G2.Wi-Fi第14页共132页回顾与小结：1、物理层在整个计算机网络的作用；2、对物理层要掌握到什么程度；3、要掌握的本次课知识点。作业与思考题：习题2-05参考资料：1．《计算机网络—自顶向下方法与（美）JamesF.KuroseKeithW.Ross版社。Internet特色》（第4版），著/陈鸣译，机械工业出2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆著/潘爱民译，清华大学出版社；本次课教学体会：第15页共132页第4讲内容备注讲课题目：数据链路层目的要求：掌握数据链路层的三个基本问题。重点难点：数据链路层的三个基本问题方法步骤：课堂讲解与实例介绍器材保障：电脑、投影时间地点：教学内容与时间安排:预习思考题：1.你知道的接入因特网的方式有哪些，各有什么特点？内容回顾与本次课内容介绍§3数据链路层此处板书一、数据链路层的基本概念此处板书介绍两个主机通过互联网进行通信时数据链路层所处的位置强调：不同段的数据链路层可能采用不同的数据链路层协议过渡：影响数据链路层协议的一个重要因素是信道类型的差异。两种信道类型：点对点信道、广播信道。二、使用点对点信道的数据链路层（1）数据链路和帧此处板书基本概念：链路、数据链路、规程、帧第16页共132页点对点信道的数据链路层通信的主要步骤（2）三个基本问题：重点是让学生理解为什么这三个问题是基本问题，不解决会有什么问题1、封装成帧结合数据突发性解释封装成帧的原因和方法。介绍MTU的概念。（MTU使得软硬件实现更简单）2、透明传输可通过程序设计中转义字符的概念进行类比讲解讨论帧定界符可能导致的错误，引出透明传输问题。讲解：字节填充方法、零比特填充法3、差错检测由误码率引出差错检测问题，并介绍差错检测功能的实现方法。引导学生思考会出现什么问题，如何解决。讲解：循环冗余检验（3）可靠传输：1、可靠传输的工作原理在不可靠的信道上实现可靠的数据传输为上层提供一条可靠的逻辑通道上层用户上层用户通过图例建立可靠数据传输的模型让学生理解可靠数据传输不仅是运输层的功能可靠传输协议可靠传输协议可靠信道不可靠信道课堂讨论通过课堂讨论题让学生自己设计一个简单的可靠传输协议注意引导学生考虑一些特殊情况两台计算机通过一条双向不可靠（可能出现比特差错、分组丢失）信道连接，请设计一个方法实现发送方到接收方的单向可靠数据通信（无差错、无丢失、不失序、不重复）。先解决以上基本问题，再考虑若发送方和接收方之间的往返引导学生自第17页共132页己提出差错检测、确认、超时重传、序号等可靠数据传输机制传播时延很大，你的方法效率如何？如何改进？发送方接收方双向不可靠信道板书（一）停止等待协议前面经讨论已对停止等待协议的基本机制有了一定的认识，现在通过图例系统讲解停止等待协议对各种不同的情况的处理算法（1）超时重传ABAB发送数据发送数据丢弃有差错的报文确认发送数据超时重传确认确认确认发送数据发送数据tttt(a)无差错情况（2）确认丢失(b)超时重传AB发送M1确认M1超时重传M1丢弃重复的M1重传确认M1发送M2tt(a)确认丢失（3）确认迟到（过早超时）第18页共132页AB发送M1确认M1超时重传M1丢弃重复的M1发送M2重传确认M1?tt(b)确认迟到（4）可靠通信的实现使用上述的确认和重传机制，我们就可以在不可靠的传输网络上实现可靠的通信。关键是让学生理解ARQ名称的由来这种可靠传输协议常称为自动重传请求RepeatreQuest)。ARQ(AutomaticARQ表明重传的请求是自动进行的。接收方不需要请求发送方重传某个出错的分组。（5）信道利用率停止等待协议的优点是简单，但缺点是信道利用率太低。BttATDRTTTDTD+RTT+TAU通过图例说明停止等待协议的信道利用率太低引出连续ARQ协议TDRTTTA回顾与小结：1、链路与数据链路2、三个基本问题：封装成帧、透明传输、差错检测3、要掌握的本次课知识点。作业与思考题：1.习题3-04第19页共132页预习讨论题：能否找到一种方法使得多台计算机连接在同一条电缆上可以互相通信？你能想出几种方法？各有什么优缺点？主要论述一种。布置预习讨论题，并让学生开展分组合作设计解决方案，准备在后面的课堂中进行研讨交流参考资料：1．《计算机网络—自顶向下方法与（美）JamesF.KuroseKeithW.Ross版社。Internet特色》（第4版），著/陈鸣译，机械工业出2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆著/潘爱民译，清华大学出版社；本次课教学体会：第20页共132页第5讲内容备注讲课题目：PPP协议与使用广播信道的数据链路层目的要求：了解PPP协议的基本功能。理解媒体访问控制的概念，了解信道共享的一般技术，包括信道划分、受控接入和随机接入。掌握CSMA/CD协议基本原理。重点难点：CSMA/CD协议方法步骤：课堂讲解与实例介绍器材保障：电脑、投影时间地点：教学内容与时间安排:三、点对点协议PPP(一)特点（二）PPP协议不需要的功能（三）PPP协议的组成此处板书此处板书1、封装方法让学生了解各协议之间的关系，建立PPP链路的过程2、链路控制协议LCP为什么需要LCP，LCP的作用是什么3、网络控制协议NCP为什么需要NCP，NCP的作用是什么此处板书（四）PPP协议的帧格式1、帧格式2、透明传输此处板书第21页共132页（五）PPP协议的工作状态（课后自习）简单介绍此处板书四、局域网的数据链路层1、局域网特点2、局域网拓扑通过讨论让学生主动思考，激发学生的创造热情和创新思维3、媒体共享技术[课堂讨论]引出静态划分信道和动态划分信道，以及随机接入和受控接入的概念。讨论广播信道带来的问题，引出静态划分信道和动态划分信道，以及随机接入和受控接入的概念。静态划分信道讨论通过讨论让学生自己提出较为可行的方法来实现媒体访问控制频分多址、时分多址、码分多址动态媒体接入控制（多点接入）随机接入，如以太网⋯注意引导学生发现其他同学提出方案的问题如何减少冲突，冲突后如何办受控接入，如多点线路探询(polling)，或轮询。此处板书五、CSMA/CD协议先介绍以太网环境：总线、广播方式，提供不可靠服务和曼通过幻灯分析碰撞过程，讲解载波监听和冲突检测的目的。彻斯特编码介绍CSMA/CD概念，强调多点接入、载波监听和冲突检测。分析CSMA的碰撞现象，讨论如何尽可能的有效利用信道资源。第22页共132页分析：（1）二进制指数类型退避方法讨论一下这种退避方法的效果。（2）争用期讲解退避方法、分析退避效果。用基本退避时间如何确定来引出争用期的讨论。强调争用期又称为“碰撞窗口”，并用作基本退避时间。（3）最短有效帧长解释引入最短有效帧长的目的。（4）强化碰撞。分析在强化碰撞的情况下，总线占用时间以太网的重要特性：T+T+τBJ（1）碰撞与范围的关系（2）碰撞与主机数量的关系回顾与小结：1、链路与数据链路2、三个基本问题：封装成帧、透明传输、差错检测3、PPP协议：字节填充、零比特填充4、CSMA/CD：碰撞、退避方法、争用期、最短有效帧长、强化冲突作业与思考题：3-07，3-08，3-20、3-25、3-26参考资料：1．《计算机网络—自顶向下方法与Internet特色》（第4版），（美）JamesF.KuroseKeithW.Ross著/陈鸣译，机械工业出版社。第23页共132页2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆著/潘爱民译，清华大学出版社；本次课教学体会：第24页共132页第6讲内容备注讲课题目：使用广播信道的以太网及其扩展目的要求：掌握集线器的工作原理、MAC地址等概念；掌握以太网扩展的方法，理解网桥工作原理和碰撞域等概念。重点难点：MAC地址、网桥工作原理、碰撞域概念方法步骤：课堂讲解与实例介绍器材保障：电脑、投影教学内容与时间安排:预习思考题：网桥和集线器有什么区别？此处板书此处板书一、使用广播信道的以太网(一)使用集线器的星形拓扑（1）介绍从粗同轴电缆到细同轴电缆到集线器（2）使用集线器的双绞线以太网集线器的构造、特点此处板书（二）、MAC地址关键是理解（1）MAC的作用为何需要MAC地址多点接入的标识问题。（2）MAC地址的类型单播地址、广播地址和多播地址（三）、以太网的帧格式此处板书结合幻灯片简单介绍一下以太网帧格式课后思考：如何判断帧结束？有没有透明传输问题？此处板书此处板书二、扩展的以太网第25页共132页(一)在物理层扩展以太网转发器扩展和光纤扩展分析碰撞域的变化情况结合例子，解释在物理层上扩展以太网时，碰撞域的变化情况。总结用集线器扩展局域网的优点和缺点并引出数据链路层上扩展局域网的方法。此处板书(二)在数据链路层上扩展局域网网桥的内部结构、并图示工作过程。用图示的方法介绍网桥的工作过程。网桥能够隔离碰撞域分析网桥的好处和缺点介绍广播风暴的概念。此处板书(三)透明网桥根据网桥的基本结构和工作原理引导学生思考如何实现“透明”1、透明的含义2、网桥的自学习转发表的过程第26页共132页用动画图示的方法介绍透明网桥学习转发表的过程。强调：集线器工作在物理层，逻辑上仍然是一个总线网比较网桥和集线器的区别。回顾与小结：1、以太网的拓扑、MAC地址和帧结构2、以太网的扩展方法：物理层扩展和数据链路层扩展。3、冲突域、广播风暴。作业与思考题：3-32作业与思考题：参考资料：1．《计算机网络—自顶向下方法与Internet特色》（第4版），（美）JamesF.KuroseKeithW.Ross著/陈鸣译，机械工业出版社。2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆著/潘爱民译，清华大学出版社；本次课教学体会：第27页共132页第7讲内容备注讲课题目：以太网扩展（续）、高速以太网、无线局域网目的要求：理解交换机的环路问题、理解VLAN的作用，了解高速以太网的发展，了解无线局域网的基本组成、隐蔽站问题、CSMA/CA的基本工作过程。重点难点：虚拟局域网、无线局域网方法步骤：课堂讲解与实例介绍器材保障：电脑、投影时间地点：预习思考题：1.交换机，用交换机能互连全球所有的主机吗？有什么问题？教学内容与时间安排:内容回顾与本次课内容介绍一、数据链路层上扩展以太网（续）(二)透明网桥此处板书根据网桥的基本结构和工作原理引导学生思考如何实现“透明”4、讨论透明网桥的环路问题和解决方法(三)多接口网桥1、以太网交换机的实质就是多接口的网桥2、以太网交换机的特点全双工、独占带宽3、虚拟局域网虚拟局域网是局域网给用户提供的一种服务。VLAN抑制了广播风暴此处板书幻灯并讲解：以太网第28页共132页交换机和虚拟局域网VLAN的实现方法：VLAN的以太网帧基于端口的VLAN划分:VLAN的以太网帧格式:此处板书二、高速以太网（1）100Base-T以太网（2）使用以太网进行宽带接入此处板书三、无线局域网(一)无线局域网的组成图示讲解重点是接入点的作用。1、有固定基础设施的无线局域网2、移动自组织网络此处板书第29页共132页图示讲解介绍移动自组织网络的军事应用此处板书(二)802.11的MAC层提问思考：考虑到无线信道的特点，CSMA/CD协议能否直接用于无线局域网？以图示说明为什么无线局域网不能使用碰撞检测1、隐蔽站问题此处板书2、CSMA/CA协议分析IEEE802.11多路访问特殊性，引出CSMA/CA协议概念和避免碰撞的关键思想。此处板书说明为什么要确认3、确认与帧间间隔介绍站点在进行数据收发之前需要分别等待一个时间间隔，以以图示说明帧间间隔的作用图示说明帧间间隔的作用。与4、利用退避避免碰撞CSMA/CD算法进行比较。为避免碰撞，如果要发送数据的站发现信道忙在信道恢复空闲时并不是立即发送数据，而是要退避一段随机的时间（大第30页共132页于DIFS）若信道仍然空闲才能发送数据5、利用预约避免碰撞讲解802.11协议中预约机制的工作原理及解决的问题。以图示说明预约是如何解决隐蔽站碰撞的问题回顾与小结：1、VLAN的概念、网桥和交换机中的生成树算法的目的2、802.11LAN体系结构3、CSMA/CA工作原理作业与思考题：1.3-272.3-283.试描述IEEE802.11CSMA/CA协议。假设IEEE802.11RTS和CTS帧与标准的DATA数据和ACK帧一样长，使用CTS和RTS帧还会有好处吗？为什么？预习作业：1.用网桥和交换机能否方便地互连大量异构网络（不同类型的物理网络，这些网络的帧结构、物理地址长度可能都不同）？为什么？2.为什么路由器有多个IP地址？第31页共132页参考资料：1．《计算机网络—自顶向下方法与Internet特色》（第4版），（美）JamesF.KuroseKeithW.Ross著/陈鸣译，机械工业出版社。2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆著/潘爱民译，清华大学出版社；本次课教学体会：第32页共132页第8讲内容备注讲课题目：IP协议目的要求：理解虚拟互连网络的概念，理解异构网络互联的方法及“网络的网络”概念、理解分类IP地址的概念。重点难点：异构网络互联的方法及“网络的网络”概念方法步骤：课堂讲解与实例介绍器材保障：电脑、投影时间地点：教学内容与时间安排:内容回顾与本次课内容介绍§4网络层4.1网络层提供的两种服务此处板书通过图示介绍两种不同的分组交换技术：数据报服务和虚电路服务：图示讲解强调这两种服务都是分组交换仍然是分H4H4H2组交换H2DDBBH6H6VC2H1H1VC1EEAAH5H5CCH3H3数据报网络提供网络层无连接服务：因特网的网络层采用的是数据报方式。虚电路网络提供网络层连接服务：第33页共132页在传输数据前要先在源主机和目的主机间建立一个连接----虚电路很多广域网采用虚电路方式，如虚电路服务（补充）ATM、帧中继、MPLS此处板书1、虚电路号以图示说明虚电路的分配过程什么是虚电路号，虚电路号的分配过程。提问：为什么虚电路号要在每段链路独立分配，而不分配一个全局唯一的号码？2、虚电路的基本工作原理虚电路交换机的转发表虚电路号的改变以图示说明转发表的作用和虚电路号的改变3、虚电路的组成强调该转发表与数据报分组交换机的转发表有何不同。从源到目的地的路径(一系列链路和路由器)路径上每条链路一个独立的VC号标识经过该链路的各条VC沿路径每台路由器的转发表中的表项1、虚电路的信令协议以图示说明虚电路的建立过程2、虚电路和数据报的比较此处板书此处板书此处板书4.2互连网协议IP4.2.1概述1.虚拟互连网络通过图例说明虚拟互连网络的概念第34页共132页路由器网络网络此处板书讲解各网络连接设备的区别和工作层次Internet网络网络网络(a)网络的网络(b)因特网此处板书2、网络连接设备物理层：集线器(hub)、转发器(repeater)通过图例说明三种体系结构的联系和区别数据链路层：交换机(switch)、网桥(bridge)网络层：路由器(router)由于历史的原因，许多有关路由器称为网关。TCP/IP的文献将网络层使用的网络层以上的中继系统：网关(gateway)3、因特网体系结构此处板书比较OSI、TCP/IP和五层原理体系结构OSI的体系结构TCP/IP的体系结构五层原理体系结构76543应用层表示层应用层(各种应用层协议如TELNET,FTP,SMTP等)5应用层会话层运输层网络层43运输层网络层运输层(TCP或UDP)网际层IP2数据链路层2数据链路层物理层网络接口层11物理层4.2.2地址此处板书IP地址及其表示方法通过提问启发学生思考如何设计IP地址的结构〔提问〕：如何设计IP地址更利于路由器转发和寻址？类似第35页共132页从而理解分于MAC地址这样的唯一标识行吗？1分类IP地址类IP地址此处板书仅简单介绍重点是分析特点和缺点不能分配给主机的特殊IP地址常用的三种类别的IP地址此处板书2划分子网从两级IP地址到三级IP地址两级的IP地址不够灵活。仅简单介绍重点是分析特点和缺点划分子网的基本思路从主机号借用若干个位作为子网号host-id也就相应减少了若干个位。划分子网后IP地址就变成了三级结构。subnet-id，而主机号IP地址::={<网络号>,<子网号>,<主机号>}3.无分类编址(4-2)此处板书划分子网在一定程度上缓解了因特网在发展中遇到的困难。但还是不够灵活，仍然有大量地址空间不能被充分利用，大量类地址块由于容纳主机数太小而无法充分被利用。C为什么要提出无分类编址提出构成超网方法：将多个C类地址块合起来形成一个更大的地址块分配给某个组织的网络。解决办法(1993年)：32位IP地址中的网络号的长度可以占任意比例－－网络前缀。无分类编址方式：无分类域间路由选择Inter-DomainRouting)CIDR(Classless无分类的两级编址的记法是：IP地址::={<网络前缀>,<主机号>}(4-3)CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成“CIDR地址通过黑板练习来说明CIDR地址块的计算块”，每块中的地址个数是2的乘方。将“CIDR地址块”分配给一个组织，该组织还可以将该地址第36页共132页块划分为多个更小的地址块（前缀更长）分配给组织内的小单位。用不定长的网络前缀来替代原来分类IP地址中的网络号，路由器按目的地址块进行选路和转发。子网掩码在划分子网和无分类编址方式中，从一个IP数据报的首部并无法判断目的IP地址的网络前缀/网络号。使用子网掩码(subnetmask)可以找出IP地址中的网络部分(网络前缀)。CIDR虽然不使用子网了，但仍然使用“掩码”码”这一名词。用32位的子网掩码来表示网络前缀的长度或“子网掩CIDR还使用“斜线记法”，它又称为CIDR记法，即在IP地址面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数。CIDR地址块128.14.32.0/20表示的地址块共有212个地址（因为斜线后面的20是网络前缀的位数，所以这个地址的主机号是位）。12128.14.32.0/20表示的地址（212个地址）CIDR地址块划分举例IP地址的编址方法分类IP地址。这是最基本的编址方法，在相应的标准协议。子网划分。这是对最基本的编址方法的改进，其标准[RFC950]在1985年通过。1981年就通过了无分类编址。即构成超网，这是比较新的无分类编址方法。1993年提出后很快就得到推广应用。第37页共132页作业与思考题：1.比较虚电路和数据报网络的特点。2.4-10预习4.2.5节，回答：1.什么情况下IP报文会被分片？2.为什么路由器有多个IP地址？参考资料：1．《计算机网络—自顶向下方法与Internet特色》（第4版），（美）JamesF.KuroseKeithW.Ross著/陈鸣译，机械工业出版社。2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆著/潘爱民译，清华大学出版社；本次课教学体会：第38页共132页第9讲内容备注讲课题目：IP协议（续）目的要求：理解ARP协议的工作原理和作用范围，理解的转发过程和IP报文的格式。重点难点：IP报文的转发过程和IP报文分片方法步骤：课堂讲解与实例介绍器材保障：电脑、投影IP报文时间地点：教学内容与时间安排:内容回顾与本次课内容介绍4.2互连网协议IP（续）此处板书此处板书4.2.2IP地址及编址方式(续)通过课堂练习让学生掌握计算方法，并及时纠正错误课堂练习：IP地址的分配板书4.2.3IP地址与硬件地址IP地址与硬件地址关系通过图示说第39页共132页明IP报文和数据链路层帧的关系首部应用层数据IP地址网络层及以上使用IP地址运输层报文段首部硬件地址IP数据报MAC帧首部尾部链路层及以下使用硬件地址IP数据报通过不同类型的网络主机H主机H21IP数据报路由器R路由器R21IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2IP1IP2IP3IP4IP5IP6IP层上的互联网HA3HA4HA5HA6HA2HA1从HA1到HA3从HA4到HA5从HA6到HA2MAC帧卫星网以太网ATM网络4.2.4地址解析协议ARP（续）1.ARP的工作过程板书通过提问引出ARP协议，使学生理解为何需要ARP协议每一个主机都设有一个ARP高速缓存(ARPcache)，缓存已知的IP地址到硬件地址的映射。当主机A欲向本局域网上的某个主机B发送IP数据报时，就先在其ARP高速缓存中查看有无主机B的IP地址。如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入MAC帧，然后通过局域网将该MAC帧发往此硬件地址。否则，执行ARP。2.应当注意的问题通过图例讲解ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。关键是强调ARP的作用范围如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过ARP找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。通过图例说明路由器转发IP报文的过程第40页共132页课堂讨论题启发学生自己去设计一个简单的路由选择协议将自己想象成一个路由器仅知道直接连接的网络可以和邻居交流网1R1如何知道其他网络？网2R3网3网4R2网6网5作业与思考题：1.考虑图中的网络。假设开始时所有计算机的ARP表为空，交换机的转发表也为空，不考虑其他通信的进程。现在计算机D上一个程序发送一个IP报文给C，问计算机A,F和H的网卡分别能检测到哪些分组（什么报文，IP地址和MAC地址和内容）？而计算机A,F和H的协议软件能接收到哪些分组？接着，计算机C上的一个程序发送一个IP报文给D，问计算机A,F和H的网卡分别能检测到哪些分组？而计算机A,F和H的协议软件能接收到哪些分组？RouterSwitchHub1BHub2Hub3HFGACDEI2.4-22预习作业：1.预习4.3节，回答：划分子网和构造超网解决什么问题？子网掩码是干什么的？参考资料：1．《计算机网络—自顶向下方法与Internet特色》（第4版），第41页共132页（美）JamesF.KuroseKeithW.Ross著/陈鸣译，机械工业出版社。2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆著/潘爱民译，清华大学出版社；本次课教学体会：第42页共132页第10讲内容备注讲课题目：划分子网和构造超网目的要求：划分子网、构造超网和无分类IP编址的概念，掌握IP地址的分配。重点难点：IP地址的分配方法步骤：课堂讲解与实例介绍器材保障：电脑、投影时间地点：教学内容与时间安排:内容回顾与本次课内容介绍4.2.5IP数据报的格式位04816192431板书板书版本首部长度区分服务总长度固定部标识生存时间标志片偏移首部协议首部检验和分源地址主要让学生理解为何要提出划分子网目的地址可变部分可选字段（长数度可变）填充据部分首部数据部分IP数据报发送在前1.首部长度2.总长度3.区分服务4.生存时间提问：以太网交换机是如何解决环路问题的？5.协议第43页共132页提问：与以太网帧中的哪个字段有相似的功能？6.首部校验和7.源地址和目的地址8.IP报文的分片通过板书画图说明(1)为什么要分片(2)如何分片和重新组装让学生上黑板进行计算数据部分共3800字节需分片的数据报首部140028003799字节0首部1首部2首部3013991400279928003799字节数据报片1数据报片2数据报片3偏移=0/8=0偏移=1400/8=175偏移=2800/8=350MF=1MF=1MF=0板书板书4.2.6IP数据报的转发1.路由表和IP报文转发10.0.0.420.0.0.7R120.0.0.930.0.0.2R230.0.0.140.0.0.4R3网110.0.0.0网220.0.0.00网3130.0.0.0网440.0.0.0路由器R2的路由表目的主机所在的网络下一跳地址20.0.0.030.0.0.010.0.0.040.0.0.0直接交付，接口0直接交付，接口120.0.0.730.0.0.110.0.0.420.0.0.720.0.0.930.0.0.230.0.0.140.0.0.4R3R1R2链路1链路2链路3链路4第5章网络层12.默认路由第44页共132页N2R2路由表目的网络N1下一跳直接R1N1因特网N2R2默认R13.分组转发算法(1)从数据报的首部提取目的主机的的网络地址为N。板书IP地址D,得出目让学生归纳出IP分组转发的过程(2)若网络N与此路由器直接相连，则把数据报直接交付目的主机D；否则是间接交付，执行(3)。(3)若路由表中有目的地址为D的特定主机路由，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行(4)若路由表中有到达网络N的路由，则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。(4)。(5)若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。(6)报告转发分组出错。板书4.路由聚合通过实例讲解路由聚合举例让学生来填写路由表板书5.最长前缀匹配使用CIDR时，路由表中的每个项目由“网络前缀”和“下一跳地址”组成。在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果。应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由：最长前缀启发学生思考为什么会存在多个匹配结果，为第45页共132页何要最长前缀匹配匹配(longest-prefixmatching)网络前缀越长，其地址块就越小，因而路由就越具体specific)。。(more最长前缀匹配又称为最长匹配或最佳匹配。6.CIDR最主要的特点总结CIDR消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空间。CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。CIDR虽然形式上是二级编址，但实际上可实现多级编址，大的地址块还可以划分为更小的地址块进行分配。等级结构的CIDR地址块分配便于实现路由聚合。作业与思考题：1.4-202.4-29参考资料：1．《计算机网络—自顶向下方法与（美）JamesF.KuroseKeithW.Ross版社。Internet特色》（第4版），著/陈鸣译，机械工业出2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆著/潘爱民译，清华大学出版社；本次课教学体会：第46页共132页第11讲内容备注讲课题目：ICMP和路由选择目的要求：理解ICMP的作用、掌握常用ICMP功能、理解路由选择协议的基本工作原理。重点难点：路由选择协议方法步骤：课堂讲解与实例介绍器材保障：电脑、投影时间地点：教学内容与时间安排:内容回顾与本次课内容介绍板书介绍4.4网际控制报文协议ICMP由于IP不提供可靠数据传输服务，在网际层使用网际控制报ICMP的基本概念和作用文协议ICMP(InternetControlMessageProtocol)允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。4.3.1ICMP报文的种类ICMP报文的种类有两种，即ICMP差错报告报文和ICMP询问报文。板书1.ICMP差错报告报文图例说明ICMP报文的基本格式。强调(1)终点不可达包括协议不可达、主机不可达、端口不可达、不能分片等(2)源点抑制(Sourcequench)网络层拥塞控制，实际中很少使用(3)时间超时ICMP报文是封装在IP报文中传输的包括TTL为0和分片超时(4)参数问题举例说明第47页共132页(5)改变路由（重定向）(Redirect)板书画图，通过图例来举例说明重定向的作用。说明ICMP重定向报文的用途。2.ICMP询问报文板书(1)回送请求和回答报文(2)时间戳请求和回答报文板书板书4.4.2ICMP的应用举例1.PING程序PING用来测试两个主机之间的连通性。PING使用了ICMP回送请求与回送回答报文。PING是应用层直接使用网络层ICMP的例子，它没有通过运输层的TCP或UDP。通过例子和演示来说明PING程序的用途。PING程序执行实例。板书2.Tracerout(Tracert)通过板书画图和实例来Tracerout程序基本原理和工作流程。(1)源向目的地发送一系列UDP段第一个TTL=1说明Tracerout程序是如何利用ICMP报文和IP报文的TTL字段实现Tracert第二个TTL=2,等不可达的端口号程序的。(2)当第n个数据报到达第n个路由器:路由器丢弃数据报并向源发送一个ICMP差错报文(超时报文)报文包含该路由器的IP地址源根据收到的ICMP报文计算RTTTraceroute执行上述过程3次(3)停止规则第48页共132页UDP段最终到达目的主机目的地返回ICMP“终点不可达”分组(由于无进程接收该分组)当源得到该ICMP,停止板书4.5因特网的路由选择协议图例讲解1.引入问题通过静态路由引出动态路由以及动态路由要解决的问题。组织1140.23.1.0/24组织2140.23.2.0/24组织3140.23.3.0/24组织4m0R1140.23.3.132R2m1m2因特网接口m4m0m1m3140.23.4.0/24掩码网络地址下一跳R1路/24/24/24/24/0140.23.1.0140.23.2.0140.23.3.0140.23.4.00.0.0.0--m0m1m2m3m4----由表--R22.静态路由选择和动态路由选择静态路由选择——即非自适应路由选择，其特点是简单和路由器开销较小，但不能及时适应网络状态的变化，只能用于简单的小型网络。动态路由选择——对于复杂多变的大型网络必须采用动态路由选择。动态路由选路能适应网络状态的不断变化，但实现起来较为复杂，路由器的开销也比较大。板书板书4.5.1有关路由选择协议的几个基本概念1.理想的路由算法算法必须是正确的和完整的。算法在计算上应简单。关键是强调任何一种算法都不可能是理想的，但都需要考虑这些问题，可能各有侧重算法应能适应通信量和网络拓扑的变化，这就是说，要有自适应性。算法应具有稳定性。第49页共132页算法应是公平的。算法应是最佳的。板书2.动态路由选择的基本方法路由器之间要互相不断交换网络拓扑和状态信息，然后根据这些信息求出到所有目的地的最佳路由路由选择协议要解决的5个问题Best，什么是最佳路由？启发学生理解为什么需要解决这些问题。Who，和谁进行交换信息？What，交换什么信息？When，何时进行交换信息？How，如何计算和更新路由表？课堂讨论课前根据学生提交的讨论课件，选择3个典型案例，各10分钟，并引导学生发现问题、提出问题并解决问题将自己想象成一个路由器仅知道直接连接的网络网1可以和邻居交流R1如何知道其他网络？网2如何选择最R3网3好的路径？网4网6R2网54.5.2路由选择协议实例：RIP板书板书1.RIP协议中的最佳路由一条好的路由是经过路由器少的路由。RIP中“距离”的定义：针对路由选择协议要解决的5个问题讲解RIP从一个路由器到直接连接的网络的距离定义为从一个路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加1。RIP协议中的“距离”也称为“跳数”，因为每经过一个路由器，跳数就加1。2.RIP协议的基本工作原理1。协议是如何考虑的。板书第50页共132页