网络体系结构与 TCP/IP 协议教学设计 网络体系结构与 TCP/IP 协议 教材内容： 2.2 网络体系结构与 TCP/IP 协议 适应的课程标准： 2.3 熟悉 TCP/IP 协议（传输控制协议/网际协议）的主要功能和作用，理解网卡、交换机、路由 器等基本网络设备的作用和工作原理。 课程标准 和 教学目标 教学目标： ●了解网络体系结构的概念。 ●了解数据在网络中的传输过程。 ●了解 OSI 参考模型与 TCP/IP 体系结构及其 对应关系。 ●能利用分层的思想简化复杂的大问题。 ●了解 TCP/IP 协议簇的概念 ●掌握 IP 协议、TCP 协议和 UDP 协议的功 指向的核心素养： 计算思维：针对较为复杂的任务，能运用形式化 方法描述问题，并采用模块化和系统化方法设计 解决问题的方案。能把利用信息技术解决问题的 过程迁移到学习和生活的其他相关问题的解决过 程中。 数字化学习与创新：在利用信息技术支持学习的 过程中，认识到网络和相关资源的教育优势。在 能和作用。 网络学习空间中开展协作学习，建构知识。 信息社会责任：认识信息技术发展对社会进步和 人们生活带来的影响。 学习环境：有教学控制软件的多媒体机房，装有 MS 软件和班级讨论区。 建议课时：2 课时 教学活动 设计 第 1 课时 2.2.1 OSI 参考模型 2.2.2 TCP/IP 体系结构 教学环节 情境导入 1 教学过程 设计意图 教师引导学生针对以下问题进行思考、讨论回答。 引导学生对身边熟悉的现象进行较深入的 导入 1：网上购物非常普通，但是网购商品从购买到收 分析思考，并归纳提炼，一方面训练学生 货中间具体经历了哪些过程？ 的思维能力，另一方面为引入新课铺垫。 师生互动共同得出网购商品所经历的“全”过程，并用较 完整的语言加以描述。 情境导入 2 完整的网购“全”过程比较复杂，仅由顾客或商家来实现 启发学生思考，同时吸引学生的注意力。 新课教学 除了顾客与商家之外，还有许多人员与组织参与进来。 用类似的类比例子来说明分层设计思想中 进而对“全”过程分层：按顾客与商家的“购销层”－快递 的三个核心概念——协议、服务、接口， 公司收件与送件的“快递层”－快递或运输公司将货物运 并使学生体会到分层使得复杂的问题简化 出或送达的“运输层”。 为若干个较简单的问题。 整个过程非常困难。现实中的网购是如何高效而顺畅的 进行的呢？ “购 销层”的顾客与商家按照“买卖规则 ”（ 即“购 销协 议”）确定商品类型金额与收货约定等，“快递层”的员工 按照“收件要求和格式化的快递单”（即“快递协议”）实 现收件封包和上门送件，“运输层”按照“装货要求和交通 法规等规则”（即“运输协议”）实现货物的发送与送达。 “快递层”以快递员作为“接口”为“购销层”提供“收件服务” 与“送件服务”，“运输层”以收发货员作为“接口”为“快递 层”提供“送货服务”与“收货服务”。 师生互动实现对全过程的分层、并结合图示标注相应 “协议”“服务”与“接口”。 合作探究 数据通过网络实现传输通信也是一个非常复杂系统问题， 以切合历史并内含逻辑的问题为引导，有 从历史的角度看，最初是通过什么样的方式实现的？后 利于持续的吸引学生的注意力去探究答案。 来又出现了什么问题？想用什么办法来解决？最终有没 使学生获得既切合历史又符合逻辑的知识， 有达成目标？为什么？ 感受技术背后的思想，使学生既知其然又 叫学生阅读课本与教师提供的补充材料，结合学生之间 知其所以然。通过自主合作探究的方式使 的交流讨论，通过合作探究解答上述问题。 学生掌握的知识更加深刻，更具有迁移性。 最终引导学生得出：①各厂商利用分层的思想设计各自 的网络体系结构以实现网络通信。②随后出现的问题是 不同厂商依据自身的网络体系结构所建立的网络很难实 现互连。③国际标准化组织（ISO）推出 OSI 参考模型 想作为标准的网络体系结构以实现不同网络的互连。④ OSI 参考模型没有实现自身最初的目标。⑤因为 OSI 参 考模型的理论框架比较完善，开发相应的协议与工具的 工作量很大，另一方面随着因特网的快速发展，利用 TCP/IP 协议实现不同网络互连得到普及， OSI 参考模 型的最初问题已基本不存在。因此 OSI 参考模型目前的 应用基本在理论层面。 知识讲解 结合图示讲授 OSI 参考模型的七层结构以及数据传输过 程、结合类比（如邮寄包裹）重点强调第二层（即数据 链路层实现相邻节点的可靠数据传输）、第三层（网络 层的路由选择功能）、第四层（传输层的端到端传输功 能）。 结合图示讲授 TCP/IP 体系结构与 OSI 参考模型的对应 关系、主要协议以及实现途径。 思考练习 对 OSI 参考模型以及 TCP/IP 体系结构的 相关知识基本都是事实性的知识，对学生 来说参准确无误的领会这些知识是首要目 标，并且这类知识在课堂内探究效益不大， 同时学生在本课内的探究活动已较充分， 在学生有前面背景知识的基础上，采用讲 授为主的教学设计既高效又便于学生准确 领会知识。 要求学生阅读课本及相关材料，然后交流讨论课本中的 阅读并交流讨论、独立思考与对比分析的 “问题与讨论”、独立思考课本中的“思考与练习”，对学 设计，让学生对所接受的知识进一步内化 有余力的学生要求对比分析 TCP/IP 体系结构与 OSI 参 整理，同时弥补讲授法所授知识通常不够 考模型各自的特点。 “活”并且不够持久的不足。 抽查学生“思考练习”环节中的问题，并有针对性的点评。 课堂小结 ●知识梳理： 通过回顾总结帮助学生掌握分层设计思想、 1. 总结分层设计思想解决复杂问题的步骤； 网络体系结构的概念和实例以及服务、接 2. 简述网络体系结构的概念； 口和协议等概念，理解数据在网络中的传 3. 回顾数据在网络中的传输过程； 输过程，通过梳理总结评价回顾实现知识 4. 总结 OSI 参考模型与 TCP/IP 体系结构及其对应关系。 的升华。 ●学习评价：对自己和同伴的表现进行客观的评价，并 思考后续完善的方向。（ 5=优秀，4=超出一般水平， 3=满意，2=有待改进，1=不太理想） 作业布置 基础作业（面向所有学生）： 课后作业是课堂学习的延伸，是巩固和升 1.选择题（详见课后练习 1-6）。 华知识点的有效途径。根据学生的基础和 2.思考教材“问题与讨论”中：OSI 七层模型概念清楚、 能力设置不同难度的作业，以满足不同层 理论也比较完整，但实际应用中为什么远不如 TCP/IP 次的学生需求。 结构广泛？ 3.查阅资料，辨析“服务”和“协议”这两个术语的区别与 联系。 提升作业（面向学有余力学生）： 列举适合用分层设计思想来解决的一个复杂系统问题， 然后设计一个层次模型解决这个问题。 第 2 课时 2.2.3 主要的 TCP/IP 协议 新课导入 教师引导学生针对以下问题进行思考、讨论回答。 IP 协 议 主 要 是 为 了 实 现 “ 机 到 机 连 接 ” ， 导入：TCP/IP 体系结构实现不同网络中计算机之间的 TCP 和 UDP 协议是为了实现“端到端”连接， 互相连接，如下图，是由 3 个局域网互连组成的一个较 引导学生从网络互联与数据传输的底层需 大的网络，网络 1 中 PC11 计算机中的程序 A（进程 求出发思考，从而引出 IP 协议、TCP 协议 A），向网络 2 中 PC22 计算机中的程序 B（进程 B） 和 UDP 协议的主要功能。 发送数据，要读成这个任务需要实现哪几个关键步骤？ 用什么方法可以实现？ 师生互动分析出：第一步，数据从 PC11 计算机经过 “合适的路径”传送到 PC22 计算机，第二步，PC22 计 算机把收到的计算机传送到程序 B（进程 B）。实现第 一步的一种方法是给网络中的所有计算机按统一规则编 号，并且用一定的方法来“查找从 PC11 到 PC22 的路 径”；实现第二步的一个方法是给 PC22 计算机中所有 正在运行的程序（即进程）也编上特定的号码。 知识讲解 1.通过上述案例分析，引导学生得出实现第一个步骤的 通过从网络互联与数据传输的底层需求案 主要协议是网络层中的 IP 协议，实现第二个步骤主要 例的分析入手，由学生自行得出数据经网 是传输层中的 TCP 协议和 UDP 协议。 络传输的关键步骤以及相应的协议，从而 2.通过上述案例分拆，引导学生得出 IP 协议主要实现 使学生对 IP 协议、TCP 协议和 UDP 协议 “编址”与“路由寻址”功能，TCP 协议和 UDP 协议主要实 的功能有更深刻的认识。 现“端到端”连接。 自主学习 1.学生自主学习教材中“IP 协议概述”、“IP 地址”两部分 IP 协议、TCP 协议和 UDP 协议相关介绍 内容、以及教师提供的补充材料。然后要求学生思考并 性知识是确定的事实性知识，主要目标是 交流问题： 要准确的了解，通过让学生阅读文本内化 ①IP 协议的功能与特性？ 知识既能提高效率，又能提高学生的自主 ② 点分十进制的 IP 地址是如何形成的？ 学习能力，同时设计中要求学生思考表达 ③ 确定 IP 中网络地址与主机地址的方案有哪些？ 交流问题，既利于学生巩固所学知识，又 ④ 为什么要推出 IPv6？ 锻炼了学生思考与表达能力。 教师对学生的学习交流情况进行小结提升。 2.学生自主学习教材中“TCP 协议”、“UDP 协议”两部分 内容、以及教师提供的补充材料。然后要求学生思考并 交流问题： ①TCP 协议与 UDP 协议均属于传输层协议，均能实现 端到端的传输，两者有何不同？ ②TCP 协议是如何实现可靠传输？ ③TCP 协议与 UDP 协议的应用场景有什么不同？ ④ 什么是套接字？列举一些常用应用的默认端口号。 教师对学生的学习交流情况进行小结提升。 课堂小结 ●知识梳理： 通过回顾总结帮助学生掌握 IP 协议、TCP 1. 总结 IP 协议、TCP 协议、UDP 协议的主要功能和特 协 议 和 UDP 协 议 的 功 能 和 特 性 ， 知 道 性； TCP 与 UDP 协议的应用场合，理解 IPv4 2. 简述 IPv4 协议的编址方案； 协议的编址方案，了解 IPv6 及套接字， 3. IPv6 相比 IPv4 的主要优点； 通过梳理总结评价回顾实现知识的升华。 4. 回顾 TCP 协议与 UDP 协议的应用场合。 5. 简述套接字及列举常用应用的默认端口号。 ●学习评价：对自己和同伴的表现进行客观的评价，并 思