2022年网络层教案 .pdf

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1、南通高等师范学校网络原理课题：网络层功能概述和数据交换方式教学目的1、理解网络层的主要功能；2、理解数据报和虚电路的区别；3、掌握三种数据交换方式的特点。教学重点1、数据报和虚电路的区别；2、三种数据交换方式的特点。教学难点1、三种数据交换方式的特点。教学过程引入在前面的几章中，已经学习了物理层和数据链路层的功能及实现，并对典型的局域网有了一定的了解。各种网络技术的主要区别就在于物理层和数据链路层，当这些不同的网络被互连在一起时，就会出现异构网络互连的问题。当互连网络的规模增加时，相互通信的源和目标节点之间可能会存在一系列的中间节点，从而还会带来路径选择的问题。这些问题都需要网络层去解决。新授

2、网络层传送的数据单位是报文分组或包。在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能要经过许多个结点和链路，也可能还要经过好几个路由器所连接的通信子网。网络层的任务就是要选择最佳的路由，使发送站的运输层所传下来的报文能够正确无误地按照目的地址找到目的站，并交付给目的站的传输层。一、网络层的功能网络层最重要的功能是建立网络连结（在一个子网内或跨越多个子网建立数据通路）的功能，并且利用数据链路层提供的各条链路上传输数据的服务，来完成通路上的数据传输功能（包括对通路的建立、维护和控制等），以及对这种子网运行状态的控制。网络层的功能是通信子网与网络高层的界面，它主要负责控制通信子网的操作，实现网络上不相邻的

3、数据终端设备之间在穿过通信子网逻辑信道上的准确数据运输。DCE2 DCE1 DCE3 DCE5 DCE4 DCE6 DTE2 DTE1 源主机目的主机名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 15 页 -南通高等师范学校网络原理网络层的功能具体包括以下几个方面：1、网络连结功能2、路径选择功能3、网络数据流控制功能4、网络连结上的数据传输与中继功能二、虚电路和数据报通信子网的构成基本上有两种不同的思想，一种是采用连接的，另一种是无连接的，连接通常叫做虚电路，无连接组织结构中的独立分组称为数据报。（1）虚电路服务虚电路服务是网络层向传输层提供的一种使所有分组按顺序到达目的端系

4、统的可靠的数据传送方式。进行数据交换的两个端系统之间存在着一条为它们服务的虚电路。上述虚电路的服务是网络层向传输层提供的服务，也是通信子网向端系统提供的网络服务。但是，提供这种虚电路服务的通信子网内部的实际操作既可以是虚电路方式，也可以是数据报方式。例如，在因特网中，内部使用数据报交换方式，但可以向端系统提供数据报和虚电路两种服务。（2）数据报服务数据报服务一般仅由数据报交换网来提供。由于数据报服务没有建立虚电路的过程，而每一个发出的分组都携带了完整的目的站的地址信息，因而每一个分组都可独立地选择路由。三、数据交换方式（1）电路交换在电路交换（Circuit Switching）网络中，通过网

5、络结点在两个工作站之间建立一条专用的通信电路。【举例】公用电话交换网（PSTN），讲解电路交换过程：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 15 页 -南通高等师范学校网络原理 电路建立 数据传输 电路拆除（2）报文交换报文交换（Message Switching）属于存储交换，它不需要在两个站之间建立一条专用通路。存储交换的主要原理是：把待传输的信息存储起来，等到信道空闲时发出去。只要存储时间足够长，就能够把信道忙碌和空闲的状态均匀化，大大压缩了必需的信道容量和转接设备容量。但是，这种方式对于有实时性要求的信息传输是不允许的，而对于数据通信则是合适的。存储交换具有存储信

6、息的能力，所以能平滑通信和充分利用信道。（3）报文分组交换报文分组交换（Packet Switching）方式是1964 年提出来的，简称为分组交换或包交换，最早在ARPANET 上得以应用。报文分组交换方式采用了较短的格式化的信息单位，称为报文分组，简称报文组（Packet）。在报文交换网络中，报文长度远比分组长得多。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 15 页 -南通高等师范学校网络原理【游戏】通过游戏来比较报文交换与报文分组交换。（4）三种交换方式的区别 电路交换：在数据传送开始之前必须先设置一条完全的通路；在线路释放以前，该通路将被一对用户完全占用；对于猝发式

7、的通信，线路交换效率不高。报文交换：报文从源节点传送到目的节点采用存储转发的方式，在传送报文时，同时只占用一段通道；在交换节点中需要缓冲存储，报文需要排队，因此，报文交换不能满足实时通信的要求。报文分组交换：交换方式和报文交换方式类似，但报文被分成分组传送，并规定了最大的分组长度；在数据报分组交换中，目的节点需要重新组装报文。报文分组交换技术是在数据网络中最广泛使用的一种交换技术。四、其他通信交换技术（1）数字语音插空技术（2）帧中继技术（3）信元交换小结与作业小结（1）网络层的功能（2）虚电路和数据报（3）数据交换方式（4）其他通信交换技术作业电路交换、报文交换和报文分组交换这三种交换技术的

8、主要特点是什么？教学后记运用游戏来讲解报文交换和报文分组交换的工作过程和区别，效果不错！名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 15 页 -南通高等师范学校网络原理课题：流量控制、拥塞控制和网络层设备教学目的1、了解流量控制的类型2、了解拥塞控制的概念3、掌握拥塞控制的一般方法4、理解路由器的功能教学重点1、网络拥塞和死锁2、拥塞控制的一般方法3、路由器的功能教学难点1、拥塞控制的一般方法2、路由器的功能教学过程引入【复习】工作在 OSI 模型的物理层的设备是什么？工作在OSI 模型的数据链路层的设备是什么？那么工作在OSI 模型的网络层的设备是什么？新授一、网络层设备（

9、1）路由器的概念路由器，英文名称为Router，是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，使不同网段和网络之间能够相互“读懂”对方的数据，从而构成一个更大的网络。【类比】与不同国籍的人交流（2）路由器配置方式通过Console 口配置将 RJ45 的一端插入到路由器的Console 口中，另外一端为9 针的串口接口和一个 25 针的串口接口，接在计算机合适的串口上。局域网局域网广域网广域网接口局域网接口名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 15 页 -南通高等师范学校网络原理RS232 串口配置口(Console)电缆配置口(C

10、onsole)S0F0/1S1218.12.225.0202.207.233.0211.81.192.0图7.17路由器端口电源开关电源插座配置口备份口以太网口电话口同异步串口电话口名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 15 页 -南通高等师范学校网络原理二、网络拥塞和死锁网络的吞吐量与通信子网负载有着密切的关系。当通信子网负载比较轻时网络的吞吐量随网络负载的增加而线性增加。当网络负载增加到某一值后，网络吞吐量反而下降，就表示网络中出现了拥塞现象。在一个出现拥塞现象的网络中，到达某个节点的分组将会遇到无缓冲区可用的情况，从而使这些分组不得不由前一节点重传，或者需要由源节

11、点或源端系统重传，从而使通信子网的有效吞吐量下降。由此引起恶性循环，使通信子网的局部甚至全部处于死锁状态，最终导致网络有效吞吐量接近零。【类比】超市促销与汶川地震“最牛学校”相对比，引出流量控制。三、流量控制的类型流量控制包括拥塞控制和死锁控制。【举例】学校消防演习四、拥塞控制的方法拥塞控制主要采用的方法有：（1）发送控制分组（2）许可证法（3）分组丢弃法【举例】举学生生活中遇到的实际事例，来类比这三种控制方法。小结与作业小结（1）网络层设备（2）网络拥塞和死锁（3）流量控制的类型（4）拥塞控制的主要方法作业拥塞控制的主要方法有哪些？教学后记这些理论知识学生理解起来有困难，用学生生活中能碰到的

12、实例来类比，效果好。以后在讲课中要注意游戏与类比讲解的应用。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 15 页 -南通高等师范学校网络原理课题：IP 协议、物理地址与逻辑地址、IP 地址教学目的1、了解 IP 协议，了解IP 数据报格式2、理解物理地址与逻辑地址的概念3、掌握 IP 地址的规划及子网划分技术教学重点1、物理地址与逻辑地址的概念2、IP 地址的规划3、子网划分技术教学难点1、物理地址与逻辑地址的概念2、子网划分技术教学过程引入TCP/IP 的网络层被称为网络互连层或网际层（Internet Layer。网络层的主要协议包括IP 协议、ARP协议、RARP 协议

13、、ICMP协议和一系列路由协议。新授一、IP 协议（1）IP 协议IP 协议定义了用以实现面向无连接服务的网络层分组格式，其中包括IP寻址方式。不同网络技术的主要区别在数据链路层和物理层，如不同的局域网技术和广域网技术。而IP 协议则能够将不同的网络技术在TCP/IP 的网络层统一在 IP 协议之下，以统一的 IP 分组传输提供对异构网络互连的支持。IP 协议使互连起来的许多计算机网络能够通信，因此，TCP/IP 体系中的网络层常常称为网际层（Internet Layer），或 IP 层。（2）IP 数据报格式固 定部分20 字节比特 0 1 2 3 4 5 6 7 优先级DTRC未用比特0

14、4 8 16 19 24 31版本首部长度服务类型总长度标识标志片偏移生存时间协议首部校验和源地址目的地址可选字段（长度可变）填充数据部分可 变部分首部数据部分首部传送IP 数据报图7.7 IP数据报格式名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 15 页 -南通高等师范学校网络原理二、MAC 地址MAC地址是网卡的物理地址，是由网卡生产厂商在制造网卡时，写入网卡的 ROM 中的，不能被修改。MAC由个字节组成，如00-11-D8-40-76-4D，其中前个字节表示网卡生产厂商，后个字节表示网卡编号，世界上任何网卡MAC 地址一般是不会重复的。【任务一】查看网卡的MAC 地址

15、操作步骤：在DOS 窗口，执行ipconfig /all，可以查看MAC 地址 Physical Address.:00-12-3F-67-31-66【任务二】修改电脑的MAC 地址MAC地址是制作在网卡芯片中的，是无法修改的，但操作系统在启动后，会把 MAC 地址记录在注册表或配置文件中，所以修改注册表或配置文件也就相当于修改了MAC 地址。【注意】命令等以后在机房里讲。三、IP 地址IP 地址由 4 个字节组成，形如W.X.Y.Z W的范围为 1-126 的 IP 为 A类 IP，每个 A类 IP 的地址数为224-2 个W 的范围为 128-191 的 IP 为 B类 IP，每个 B类

16、IP 的地址数为216-2=65534个W的范围为 192-223 的 IP 为 C类 IP，每个 C类 IP 的地址数为28-2=254个A类 IP 的默认子网掩码为255.0.0.0，第一个字节代表网络号，后三个字节表示主机号B类 IP 的默认子网掩码为255.255.0.0，第二个字节代表网络号，后二个字节表示主机号C类 IP 的默认子网掩码为255.255.255.0，第三个字节代表网络号，后一个字节表示主机号名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 15 页 -南通高等师范学校网络原理【类比】学校的学号【任务三】1、说出以下IP 地址属什么类型，默认子网掩码是多少

17、，网络号、主机号是什么：10.3.200.2 191.100.0.3 192.168.11.1 218.96.119.138 2、用 _命令可以查出以下主机域名的IP 地址，并分析它们分别是什么类型的IP 地址，网络号、主机号是多少主机域名IP 地址网络类型网络号主机号 四、子网的划分子网划分是指由网络管理员将一个给定的网络分为若干个更小的部分，这些更小的部分称为子网。为了创建子网，网络管理员需要从原有的IP 地址的主机位中借出若干连续的高位作为子网络标识。当需要把一个大网段分割成若干个小网段时，需要使用子网划分技术。如：某公司有一个192.168.11.0/24网段，包括254 个 IP 地

18、址。现在需要需要划分若干个网段，如何划分。【类比】分配学生劳动子网掩码网段数网络地址广播地址有效 IP 地址范围24 位255.255.255.0 1 192.168.11.0 192.168.11.255 192.168.1-254 25 位255.255.255.128 2 192.168.11.0 192.168.11.127 192.168.11.1-126 192.168.11.128 192.168.11.255 192.168.11.129-254 26 位255.255.255.192 4 192.168.11.0 192.168.11.63 192.168.11.1-62 1

19、92.168.11.64 192.168.11.127 192.168.11.63-126 192.168.11.128 192.168.11.191 192.168.11.129-190 192.168.11.192 192.168.11.255 192.168.11.193-254.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 15 页 -南通高等师范学校网络原理小结与作业小结（1）IP 协议（2）MAC 地址（3）IP 地址（4）子网划分作业1、IP 地址分几类、每类的第一个字节所表示的范围是多少？2、什么是私有IP 地址，私有IP 地址范围分别是多少？3、小王所在单位

20、的电脑IP 地址是 192.168.1.5，子网掩码为255.255.255.0，则这个网段的网络地址、广播地址、有效IP 地址范围分别是什么？4、小李所在单位有一个192.168.1.X的 C 类网段，现在想划分4 个子网，请问子网掩码应该设置为_ 并填写下表网段网络地址广播地址有效主机地址范围1 2 3 4 教学后记命令可以放在以后机房实验课中讲，用学号来类比IP 地址，用劳动分配来类比子网划分。用学生平时能接触到的事例来类比，效果好一点。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 15 页 -南通高等师范学校网络原理课题：地址解析协议和反向地址解析协议教学目的1、理解

21、 ARP协议2、理解 RARP 协议教学重点1、ARP协议的概念2、ARP欺骗教学难点ARP欺骗教学过程引入为了使设备之间能够互相通信，源节点需要知道目的节点的IP 地址和 MAC地址。当一台设备试图与另一台已知IP 地址的设备通信时，它必须确定对方的 MAC 地址。这就需要用的ARP协议。【类比】打电话新授一、什么是ARP协议用于把 IP 地址转换成MAC 地址的协议，还有一种RARP是用于把MAC 地址转换成 IP 地址。为什么要将IP 转化成 MAC呢？简单的说，这是因为在TCP网络环境下，一个 IP 包走到哪里，要怎么走是靠路由表定义。但是，当 IP 包到达该网络后，哪台机器响应这个I

22、P 包却是靠该IP 包中所包含的MAC 地址来识别。也就是说，只有机器的MAC 地址和该IP 包中的 MAC 地址相同的机器才会应答这个IP 包。因为在网络中，每一台主机都会有发送ip包的时候。所以，在每台主机的内存中，都有一个ARP-MAC的转换表。通常是动态的转换表【任务】DOS 中的 ARP命令1、查看电脑中的ARP数据arp -a 2、手工添加一条静态ARP记录arp -s 157.55.85.212 00-aa-00-62-c6-09 注意：错误的设置会造成网络不通3、删除一条ARP记录arp -d 157.55.85.212 4、删除全部ARP记录arp -d 二、什么是ARP欺骗

23、我们假设有三台主机A,B,C 位于同一个交换式局域网中，监听者处于主机A，而主机 B,C 正在通信。现在A希望能嗅探到B-C 的数据，于是 A就可以伪装名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 15 页 -南通高等师范学校网络原理成 C 对 B 做 ARP欺骗向B发送伪造的ARP应答包，应答包中IP 地址为 C的 IP 地址而 MAC 地址为 A的 MAC 地址。这个应答包会刷新B的 ARP缓存，让B认为 A就是 C，说详细点，就是让B认为 C的 IP 地址映射到的MAC 地址为主机 A的 MAC 地址。这样，B想要发送给C的数据实际上却发送给了A，就达到了嗅探的目的。我

24、们在嗅探到数据后，还必须将此数据转发给C，这样就可以保证 B,C 的通信不被中断。以上就是基于ARP欺骗的嗅探基本原理，在这种嗅探方法中，嗅探者A实际上是插入到了B-C 中，B 的数据先发送给了A，然后再由A转发给 C，其数据传输关系如下所示：B-A-C B-A-C 【类比】打电话【任务】如何实现反ARP欺骗【思路】把网络中网关的MAC 地址和 IP 地址用 ARP-A 命令进行绑定，可以有效防治 ARP欺骗。操作步骤：1、PING 网关 IP 后再用 ARP-A 可以得到网关IP 对应的 MAC地址2、用 ARP -S 命令把网关的IP 地址和 MAC 地址进行绑定其实这种操作也有一个绿色软

25、件可以代我们完成所有操作。三、反向地址解析协议反向地址解析协议（RARP）把 MAC 地址绑定到IP 地址上。这种绑定允许一些网络设备在把数据发送到网络之前对数据进行封装。一个网络设备或工作站可能知道自己的MAC 地址，但是不知道自己的IP 地址。设备发送RARP请求，网络中的一个RARP 服务器出面来应答RARP 请求，RARP 服务器有一个事先做好的从工作站硬件地址到IP 地址的映射表，当收到RARP 请求分组后，RARP 服务器就从这张映射表中查出该工作站的IP 地址，然后写入RARP响应分组，发回给工作站。小结与作业小结（1）什么是 ARP 协议（2）ARP 欺骗（3）反向地址解析协议

26、作业1、ARP 协议有什么功能2、写出 DOS 环境中有关ARP 的命令A、显示所有ARP 信息B、添加一条ARP 记录：IP 为 192.168.11.150 MAC 地址：00-ab-00-62-c6-09 C、删除所有ARP 记录教学后记使用打电话的例子来讲解ARP 协议，很有效果。在讲课过程中，学生的一个不经意的小小恶作剧却带来了意想不到的效果，直接引出了ARP 欺骗。这样的场景可遇而不可求。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 15 页 -南通高等师范学校网络原理课题：ICMP、IP 多播和 IGMP 教学目的1、理解 ICMP协议2、理解 IP 多播和 I

27、GMP的概念3、理解路由的基本过程4、掌握 ping 命令的使用教学重点1、ICMP协议2、IP 多播3、路由的基本过程4、Ping 命令教学难点1、ICMP 协议2、路由的基本过程3、ping 命令教学过程引入新授一、什么是ICMP协议ICMP 是“Internet Control Message Protocol”（Internet控制消息协议）的缩写。它是TCP/IP 协议族的一个子协议，用于在IP 主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据，但是对于用户数据的传递起着重要的作用。我们在网络中经常会使

28、用到ICMP 协议，只不过我们觉察不到而已。比如我们经常使用的用于检查网络通不通的Ping 命令，这个“Ping”的过程实际上就是ICMP协议工作的过程。还有其他的网络命令如跟踪路由的Tracert命令也是基于ICMP协议的。二、ICMP的重要性 ICMP协议对于网络安全具有极其重要的意义。ICMP 协议本身的特点决定了它非常容易被用于攻击网络上的路由器和主机。许多网络攻击是从ICMP 协议开始的。从技术教度来说，ICMP 就是一个 错误侦测与回报机制，其目的就是让我们能够检测网路的连线状况也能确保连线的准确性。三、PING命令 PING命令就是利用ICMP协议进行网络测试工作的。【任务】使用

29、PING命令测试网络1、利用 WINDOWSXP的帮助系统，查找有关 ping 命令的帮助信息，仔细研读ping名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 15 页 -南通高等师范学校网络原理命令的语法及功能2、思考以下命令的功能，并上机验证a.ping -a 192.168.11.100 b.ping -t 192.168.11.100 c.ping -n 6 192.168.11.100 d.ping -l 2048 192.168.11.100 e.比较 ping -f -l 2048 192.168.11.100(分析能 PING通吗？为什么？)3、修改电脑的TTL

30、值在一般情况下对方PING 我们时，会显示一个TTL 值，根据TTL 值大小，对方可以粗略的判断目标主机的系统类型是Windows 系列还是UNIX/Linux系列，一般情况下Windows 系列的系统返回的TTL值在 128 之间，而 UNIX/Linux系列的系统返回的TTL值在 64 之间，交换机等为255，每经过一个网关会减少1。其实WINDOWS 中 TTL 的值是可以修改的，我们可以通过修改TTL 默认值来迷惑对方。如把自己电脑的TTL 值设置为64（十六进制40）。Windows 系列的系统可以通过修改注册表以下键值实现：HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEM CurrentControlSet Services TcpipParameters，新建 dword 类型的变量，DefaultTTL=40 小结与作业小结作业教学后记名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 15 页 -