第3章 网络体系结构与协议电子教案
本章教学目标
1. 理解网络分层设计思想，掌握网络体系结构的概念；
2. 理解开放系统互联参考模型体系，掌握各层的主要功能及数据传输情况；
3. 掌握TCP/IP的层次结构及各层的功能，理解TCP/IP协议的工作过程；
4. 掌握IP地址的相关概念及IP地址的表示方法； 5. 掌握子网的概念及子网的编址方法； 6. 掌握子网的划分及子网掩码的使用；
本章教学重点：
1. 网络分层设计思想； 2. 开放系统互联参考模型； 3. 子网的划分。
本章教学难点
相关协议的工作过程
本章学时
本章的总学时约14～16个学时
网络体系结构概述
教学目标
1. 理解网络协议的内涵； 2. 理解网络分层设计的思想； 3. 掌握网络体系结构的概念。
教学重点
网络分层设计思想的理解
教学难点
网络分层设计思想的理解
教学课时
讲授2课时
教学设想
网络协议与网络分层设计思想是学习网络体系结构的基础，学生只有很
好地理解了网络协议在网络数据传输的重要性以及网络分层设计的思想，才能理解与掌握开放系统互联参考模型与TCP/IP网络体系。对于网络为什么要使用一定的协议可以使用现实生活中的打电话进行比喻教学；而网络分层设计思想可以用人与人交流的例子进行比喻教学，有助于学生对抽象的网络知识的理解与掌握。
教学过程
一、引入
人与人在日常生活中相互交流时，都在不知不觉遵守了一定的约定，几个人聊天会围绕一个共同的话题，如果某个人对这个话题不了解的话或是听不懂别人所说的语言，那他便不能与参与交流。计算机网络中计算机与计算机之间的交流，各计算机也必须遵守一些事先约定好的规则，如果网络中某台计算机不遵守这一规则，则该计算机就不能与其他交流，如果用网络术语来说就是进行不能进行数据交换。为了使计算机之间能够顺利地进行交流，人们为其制定了相应的规则，设计了计算机网络的体系结构。
二、新授课
网络体系结构概述（板书）
1. 网络体系结构的概念（板书）
网络体系结构是为了完成网络中计算机间的通信合作，把计算机互联的功能划分成有明确定义的层次，规定了同层次实体通信的协议及相邻层之间的接口服务。将这些同层实体通信协议及相邻层接口统称为网络体系结构。
2.网络协议（板书）
网络传送是个很复杂的过程，为了实现计算机之间可靠地交换数据，许多工作要协调（如发送信号的数据格式，通信协调与出错处理，信号编码与电平参数，传输速度匹配等）。（讲解教材中的打电话的例子来说明协议） 假定一个与网络相连的设备正向另一个与网络相连的设备发送数据，由于各个厂家有其各自的实现方法，这些设备可能不完全兼容，它们相互之间不可能识别和通信。解决方法之一是在同一个网络中全部使用某一厂家的专有技术和设备，在网络互连的今天已不可行。另一种方法就是制定一套实现互连的规范（标准），即所谓“协议”。该标准允许每个厂家以不同的方式完成互连产品的开发、设计与制造，当按同一协议制造的设备连入同一网络时，它们完全兼容，仿佛是由同一厂家生产的一样。（网络中使用协议的原因）
将为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准、约定称为网络协议 网络协议有三种组成要素：语法、语义和交换规则。（本行及上行板书）
语义规定通信双方彼此“讲什么”（含义），语法规定“如何讲”（格式），交换规则规定了信息交流的次序（顺序）。
3.分层设计（板书） ⑴ 分层概念
将人与人的“通信”分为三个相关的层次：认识层、语言层、传输层。
如果让一讲南方方言老妪与南京一教授进行如下的“通信”。 话题老妪 南京教授 结 果 用网络术语表达结果 菜价 计算机网络技术 “不可理喻” 认识层“协议”不兼容 方言 语言 英语 “不知所云” 语言层“协议”不兼容 电话 通信方式 电脑 “不可沟通” 传输层“协议”不兼容 如果让一讲南方方言老妪与当地一教授进行如下的“通信”。 老妪 话题 当地教授 结 果 用网络术语表达结果 当地治安 当地治安 “可以交流” 认识层“协议”兼容 方言 语言 方言 “可以理解” 语言层“协议”兼容 电话 电话 “可以沟通” 传输层“协议”兼容 通信方式 所以，人们为了能够彼此交流思想，需借助一个分层次的通信结构；其次，层次之间不是相互孤立的，而是密切相关的，上层的功能是建立在下层的基础上，下层为上层提供某些服务，而且每层还应有一定的规则。网络通信情况同样如此，只是区分更细一些。
⑵ 网络通信分层设计
网络体系通常采用层次化结构，每一层都建立在其下层之上，每一层的目的是向其上一层提供一定的服务，并把服务的具体实现细节对上层屏蔽，如图下图所示。
分层体系结构中，下层通信实体（服务提供者）为上层实体（服务用户）提供的通信功能。
比喻：有两位经理私人关系不太好，又都比较官僚，总之他们之间不能直接通话。
他们每个人都雇用了一位高级助理，负责起草公函、与贸易伙伴沟通的事务性工作。由于公司较大，业务繁忙，高级助理又有一些秘书负责打字、传真、接听电话等一般性工作。这样，每个公司都形成了三个层次的机构。
甲方经理对乙方的供货不满意，希望对乙方经理表达退货的意思，于
是他让自己的高级助理起草一份文件发送出去。这位助理先生领会了经理的意思后，按照业界的惯例写了一份正式公函，并加上了一些冠冕堂皇的理由，然后把它交给秘书发送出去。秘书拿到公函，按照公司通信录查到乙公司的传真号码，整理好后发给了乙公司。乙公司的秘书接到传真后将有用的公函部分呈交给高级助理，而高级助理经过分析后，将关键内容汇报给了经理。乙公司经理对公文格式、表面理由都不感兴趣，当然他更不会关心最初收到的信息是传真、电子邮件还是邮寄信函，他所关心的只是甲公司经理的意见。
这里，甲乙公司都可以看作是网络结点，而经理、助手和秘书是一个个的通信实体。处于不同结点的相同层次的实体叫做对等实体。而协议实际上是对等实体之间的通信规则的约定。比如两个公司的秘书之间就有收发传真、和普通信函的协议，高级助理之间都遵照标准公函的协议，经理之间当然也有协议，不过那就是商人们的事情了。
⑶ 网络采用层次化结构的优点
① 各层之间相互独立，高层不必关心低层的实现细节，只要知道低层所提供的服务，经及本层向上层所提供的服务即可，能真正做到各司其职。
② 现和维护，某个层次实现细节的变化不会对其他层次产生影响。
③ 易于实现标准化。 三、课堂练习
1. 请用自己的语言描述网络体系结构 2. 举例说明网络协议的概念
3. 谈一谈对分层设计的认识
4. 计算机网络中采用层次化结构设计的优点是什么？ 四、课堂总结（学生与老师共同完成）
1. 网络体系结构（请学生用自己的理解进行描述） 2. 网络协议 3. 分层设计
五、作业
本章练习2⑴⑵⑶ 、3⑴ 六、教后记
开放系统互联参考模型一
教学目标
1.了解开放系统互联参考模型体系； 2.掌握物理层的主要功能； 3.了解RS-232接口标准。
教学重点
物理层的主要功能与数据传输情况
教学难点
开放系统互联参考模型的理解
教学课时
讲授2课时
教学设想
开放系统互参考模型仅给出一个框架结构，并没有将其网络模型的每一层限定在统一的一种协议中，也没有给出协议的具体实现技术（即未完全定型），故又称“参考模型”，但它奠定了网络体系结构的基础，成为今天设计和制定网络协议标准最重要的参考模型和依据。虽然它只是一个概念框架，但可以用于帮助理解网络中各种设备之间的复杂交互。在通信过程中OSI参考模型不起任何作用，是适当的软件和硬件来完成实际的工作。在教学过程中要给学生建立起上述的概念。此节课的引入可以从计算机网络发展过程中的网络标准各自为战，不方便互联互通制约网络的发展和国际标准化组织的介绍引入新课。
教学过程
一、引入
计算机网络的发展经历了单机系统、多机系统等发展阶段，IBM公司在20世纪70年代推出了自己公司内部的“SNA系统网络体系结构”以后，世界上很多的公司纷纷效仿，建立起自己公司内部的网络体系结构，如Digital公司的DNA、宝来机器公司的BNA以及Honeywell公司的DSA等，这些体系结构的出现大大加快了计算机网络的发展。但是同时也带来相应的问题，由于各个公司的体系结构的着眼点是各公司内部的网络连接，没有统一的标准，因此各公司之间的网络很难连接起来。为了实现不同厂家生产的计算机系统之间以及不同网络之间的数据通信，国际标准化组织ISO对当时的各类计算机网络体系进行了研究，并于1981年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为开放系统互连参考模型，即OSI/RM，也称为ISO/OSI。
二、新授课
开放系统互联参考模型（板书）
1.国际标准化组织（板书）