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課題網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（二）——OSI參考模型、物理層、數(shù)據(jù)鏈路層課時(shí)2課時(shí)（90min）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)技能目標(biāo)：（1）掌握OSI參考模型的組成（2）掌握物理層的主要特性、作用、設(shè)備（3）掌握數(shù)據(jù)鏈路層的定義、功能、基本問(wèn)題（4）掌握PPP協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)思政育人目標(biāo)：通過(guò)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生體會(huì)分層思維的重要性，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)的思維方式認(rèn)識(shí)事物、解決問(wèn)題的能力，幫助學(xué)生樹(shù)立勇于探究、不畏困難的科學(xué)精神，為提高我國(guó)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力做出一份貢獻(xiàn)。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：OSI參考模型的組成、物理層概述、數(shù)據(jù)鏈路層概述教學(xué)難點(diǎn)：物理層特性、數(shù)據(jù)鏈路層的功能和基本問(wèn)題、PPP協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)教學(xué)方法問(wèn)答法、討論法、講授法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材、文旌課堂APP教學(xué)設(shè)計(jì)第1節(jié)課：傳授新知（30min）第2節(jié)課：傳授新知（30min）課堂小結(jié)（3min）教學(xué)過(guò)程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟設(shè)計(jì)意圖第一節(jié)課考勤

（3min）【教師】使用文旌課堂APP進(jìn)行簽到【學(xué)生】按照老師要求簽到培養(yǎng)學(xué)生的組織紀(jì)律性，掌握學(xué)生的出勤情況問(wèn)題導(dǎo)入（5min）【教師】要求學(xué)生通過(guò)文旌課堂APP掃描二維碼播放“OSI參考模型概述”視頻，并提出問(wèn)題：說(shuō)一說(shuō)OSI參考模型分為幾層且各層的名稱？【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、回答問(wèn)題【教師】通過(guò)學(xué)生的回答引入要講的知識(shí)OSI模型是一個(gè)開(kāi)放式系統(tǒng)模型，它的目的就是在不需要改變不同系統(tǒng)軟硬件邏輯結(jié)構(gòu)的前提下，使不同系統(tǒng)之間可以通信?！緦W(xué)生】聆聽(tīng)、思考、記憶通過(guò)問(wèn)題導(dǎo)入的方法，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣傳授新知

（30min）【教師】結(jié)合教材講解OSI參考模型的結(jié)構(gòu)一、OSI參考模型的結(jié)構(gòu)OSI參考模型從下到上由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層組成。低層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層）執(zhí)行的功能與物理通信相關(guān)，如構(gòu)建幀、傳輸含有包的信號(hào)；中間層（網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層）協(xié)調(diào)結(jié)點(diǎn)間的網(wǎng)絡(luò)通信，如確保通信會(huì)話無(wú)中斷、無(wú)差錯(cuò)地持續(xù)進(jìn)行；高層（表示層、應(yīng)用層）的工作直接影響軟件應(yīng)用和數(shù)據(jù)表示，包括數(shù)據(jù)格式化、加密以及數(shù)據(jù)與文件傳輸管理?！緦W(xué)生】聆聽(tīng)、思考、記憶?【教師】提出問(wèn)題，課堂互動(dòng)思考：OSI參考模型的七個(gè)層次中各層次可否隨意改變順序。OSI參考模型中，劃分層（子模塊）要遵循以下原則：（1）各層（子模塊）具有相對(duì)的獨(dú)立性，保持層間交互的信息最少。（2）單向調(diào)用：各層（子模塊）只能引用其下層提供的服務(wù)。（3）增值服務(wù)：在使用下層服務(wù)的基礎(chǔ)上，各層完成特定的通信功能。?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、回答問(wèn)題【教師】要求學(xué)生通過(guò)文旌課堂APP掃描二維碼播放“物理層”視頻，并講解新知二、物理層1．概述物理層是OSI參考模型的最低層，主要為通信提供物理鏈路，并在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間透明地傳輸比特流。物理層的數(shù)據(jù)服務(wù)單元：比特傳輸方式：同步或異步的方式進(jìn)行傳輸2．主要任務(wù)：確定與傳輸媒體的接口的一些特性。（1）機(jī)械特性：規(guī)定了物理連接時(shí)所使用可接插連接器的形狀和尺寸，連接器中引腳的數(shù)量與排列情況等。（2）電氣特性：指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。（3）功能特性：規(guī)定了物理接口上各條信號(hào)線的功能分配和確切定義。物理接口信號(hào)線一般分為數(shù)據(jù)線、控制線、定時(shí)線和地線。（4）規(guī)程特性：指明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。物理層硬件接口主要包括：各種傳輸介質(zhì)或傳輸設(shè)備的接口，常用的物理接口有RJ-45（網(wǎng)線接口）和RS-485（串口）。3．物理層下面的傳輸媒體傳輸媒體也稱為傳輸介質(zhì)或傳輸媒介，它就是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送器和接收器之間的物理通路。傳輸媒體可分為兩大類：導(dǎo)引型傳輸媒體和非導(dǎo)引型傳輸媒體。（1）在導(dǎo)引型傳輸媒體中，電磁波被導(dǎo)引沿著固體媒體（銅線或光纖）傳播。（2）非導(dǎo)引型傳輸媒體就是指自由空間。在非導(dǎo)引型傳輸媒體中，電磁波的傳輸常稱為無(wú)線傳輸。4．物理層的作用現(xiàn)相鄰計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)之間比特流的透明傳送，盡可能屏蔽掉具體傳輸介質(zhì)和物理設(shè)備的差異。使其上面的數(shù)據(jù)鏈路層不必考慮網(wǎng)絡(luò)的具體傳輸介質(zhì)是什么。5．常見(jiàn)的物理層的設(shè)備物理層常見(jiàn)設(shè)備有：網(wǎng)卡光纖、CAT-5線（RJ-45接頭）、集線器有整波作用、Repeater加強(qiáng)信號(hào)、串口、并口等。【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、記憶?【教師】提出問(wèn)題，課堂互動(dòng)思考：OSI參考模型的七個(gè)層次中各層次可否隨意改變順序。?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、回答問(wèn)題【教師】簡(jiǎn)單介紹寬帶接入技術(shù)作為擴(kuò)展知識(shí)三、寬帶接入技術(shù)從寬帶接入的媒體來(lái)看，可以劃分為兩大類：（1）有線寬帶接入（2）無(wú)線寬帶接入簡(jiǎn)單介紹有線的寬帶接入：1．ADSL技術(shù)非對(duì)稱數(shù)字用戶線ADSL技術(shù)就是用數(shù)字技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的模擬電話用戶線進(jìn)行改造，使它能夠承載寬帶業(yè)務(wù)。（1）傳輸距離ADSL的傳輸距離取決于數(shù)據(jù)率和用戶線的線徑（用戶線越細(xì)，信號(hào)傳輸時(shí)的衰減就越大）。ADSL所能得到的最高數(shù)據(jù)傳輸速率與實(shí)際的用戶線上的信噪比密切相關(guān)。舉例：0.5毫米線徑的用戶線，傳輸速率為1.5~2.0Mbit/s時(shí)可傳送5.5公里，但當(dāng)傳輸速率提高到6.1Mbit/s時(shí)，傳輸距離就縮短為3.7公里。如果把用戶線的線徑減小到0.4毫米，那么在6.1Mbit/s的傳輸速率下就只能傳送2.7公里。（2）特點(diǎn)①上行和下行帶寬做成不對(duì)稱的；②在用戶線（銅線）的兩端各安裝一個(gè)ADSL調(diào)制解調(diào)器；③我國(guó)目前采用的方案是離散多音調(diào)DMT調(diào)制技術(shù)。2．光纖同軸混合網(wǎng)（HFC網(wǎng)）（1）特點(diǎn)：①HFC網(wǎng)的主干線路采用光纖；②HFC網(wǎng)采用結(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)；③HFC網(wǎng)具有雙向傳輸功能，擴(kuò)展了傳輸頻帶；④每個(gè)家庭要安裝一個(gè)用戶接口盒3．FTTx技術(shù)FTTx是一種實(shí)現(xiàn)寬帶居民接入網(wǎng)的方案，代表多種寬帶光纖接入方式。FTTx表示FiberToThe…（光纖到…），例如：光纖到戶FTTH(FiberToTheHome)：光纖一直鋪設(shè)到用戶家庭，可能是居民接入網(wǎng)最后的解決方法。光纖到大樓FTTB(FiberToTheBuilding)：光纖進(jìn)入大樓后就轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后用電纜或雙絞線分配到各用戶。光纖到路邊FTTC(FiberToTheCurb)：光纖鋪到路邊，從路邊到各用戶可使用星形結(jié)構(gòu)雙絞線作為傳輸媒體?！緦W(xué)生】聆聽(tīng)、思考、記憶?【教師】提出問(wèn)題，課堂互動(dòng)問(wèn)題：對(duì)比三種寬帶接入技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，想一想家中采用的寬帶技術(shù)。?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、回答問(wèn)題通過(guò)教師的講解和演示，幫助學(xué)生了解OSI參考模型的結(jié)構(gòu)及物理層相關(guān)內(nèi)容課堂互動(dòng)（5min）【教師】提出問(wèn)題，要求學(xué)生討論并回答問(wèn)題1．物理層要解決哪些問(wèn)題？物理層的主要特點(diǎn)是什么？2．物理層的接口有哪幾個(gè)方面的特性？各包含些什么內(nèi)容？【學(xué)生】思考、討論、回答問(wèn)題通過(guò)練習(xí)題鞏固所學(xué)知識(shí)，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解評(píng)價(jià)修正（2min）【教師】點(diǎn)評(píng)學(xué)生的回答，并總結(jié)、鞏固知識(shí)點(diǎn)【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、記憶通過(guò)形成性檢測(cè)進(jìn)行強(qiáng)化矯正第二節(jié)課問(wèn)題導(dǎo)入（5min）【教師】要求學(xué)生通過(guò)文旌課堂APP掃描二維碼播放“數(shù)據(jù)鏈路層”視頻，并提出問(wèn)題：1．說(shuō)一說(shuō)你所了解到的數(shù)據(jù)鏈路層。2．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)基本問(wèn)題包括哪些？【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、回答問(wèn)題通過(guò)問(wèn)題導(dǎo)入的方法，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣傳授新知（30min）【教師】結(jié)合教材及數(shù)據(jù)鏈路層的簡(jiǎn)單模型講解數(shù)據(jù)鏈路層一、數(shù)據(jù)鏈路層1．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層的定義：數(shù)據(jù)鏈路層是OSI參考模型的第二層，其作用主要是負(fù)責(zé)將由物理層傳來(lái)的數(shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)幀，并保證幀在計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行無(wú)差錯(cuò)地傳輸，數(shù)據(jù)鏈路層傳送的是幀。數(shù)據(jù)鏈路層分為MAC和LLC兩個(gè)子層：（1）MAC（介質(zhì)訪問(wèn)控制）子層功能：①數(shù)據(jù)幀的封裝/拆封②幀的尋址和識(shí)別③幀的接收與發(fā)送④鏈路的管理⑤幀的差錯(cuò)控制（2）LLC（邏輯鏈路層控制）子層功能：為上層提供服務(wù)，如從上層接收包并發(fā)送到MAC層。2．工作在數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備工作在數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備包括二層交換機(jī)、網(wǎng)橋等。此外，網(wǎng)卡既工作在物理層，也工作在數(shù)據(jù)鏈路層，負(fù)責(zé)傳輸介質(zhì)之間的物理連接，幀的發(fā)送與接收、封裝與拆封等。3．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有以下兩種類型：（1）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道：這種信道使用一對(duì)一的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式。（2）廣播信道：這種信道使用一對(duì)多的廣播通信方式。4．使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道的數(shù)據(jù)鏈路層（1）鏈路：是一條無(wú)源的點(diǎn)到點(diǎn)的物理線路段，中間沒(méi)有任何其他的交換結(jié)點(diǎn)。（2）數(shù)據(jù)鏈路：除了物理線路外，還必須有通信協(xié)議來(lái)控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。若把實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路。現(xiàn)在最常用的方法是使用適配器（即網(wǎng)卡）來(lái)實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的硬件和軟件?！緦W(xué)生】聆聽(tīng)、思考、記憶?【教師】提出問(wèn)題，課堂互動(dòng)思考：物理線路與數(shù)據(jù)鏈路是網(wǎng)絡(luò)中常用的術(shù)語(yǔ)，二者有何區(qū)別鏈路一般是指物理線路，實(shí)現(xiàn)規(guī)程或協(xié)議的硬件和軟件加上物理線路就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路，此外，一般所說(shuō)的物理鏈路就是指物理線路，邏輯鏈路就是指數(shù)據(jù)鏈路。?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、回答問(wèn)題5．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層的傳輸過(guò)程常常在兩個(gè)對(duì)等的數(shù)據(jù)鏈路層之間畫(huà)出一個(gè)數(shù)字管道，而在這條數(shù)字管道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位是幀。?【教師】提出問(wèn)題，課堂互動(dòng)思考：物理層的傳輸單位是什么？物理層的設(shè)備包括哪些？?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、回答問(wèn)題6．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層的功能（1）提供鏈路管理：數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和釋放。（2）提供流量控制：為防止傳輸數(shù)據(jù)的雙方速度不匹配或接收方?jīng)]有足夠的接收緩存而導(dǎo)致數(shù)據(jù)擁塞或溢出。（3）提供差錯(cuò)處理：數(shù)據(jù)鏈路層采用差錯(cuò)控制技術(shù)，把不可靠的物理連接變?yōu)榭煽康臄?shù)據(jù)鏈路，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。（4）幀同步：在數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)以幀為單位進(jìn)行傳輸。幀同步是指接收方應(yīng)當(dāng)能從來(lái)自物理層的比特流中準(zhǔn)確地區(qū)分出一幀的開(kāi)始和結(jié)束的位置。（5）尋址：在多點(diǎn)連接的情況下，尋址保證每一幀都能傳送到正確的目的結(jié)點(diǎn)。同時(shí)，接收方也應(yīng)當(dāng)知道發(fā)送方是哪一個(gè)結(jié)點(diǎn)。?【教師】提出問(wèn)題，課堂互動(dòng)思考：數(shù)據(jù)鏈路層中的鏈路控制包含哪些功能？?【學(xué)生】聆聽(tīng)、思考、回答問(wèn)題7．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層的三個(gè)基本問(wèn)題（1）封裝成幀封裝成幀就是在一段數(shù)據(jù)的前后分別添加首部和尾部，然后就構(gòu)成了一個(gè)幀。確定幀的界限，首部和尾部的一個(gè)重要作用就是進(jìn)行幀定界。（2）透明傳輸（3）差錯(cuò)檢測(cè)在傳輸過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生比特差錯(cuò)：1可能會(huì)變成0而0也可能變成1。在一段時(shí)間內(nèi)，傳輸錯(cuò)誤的比特占所傳輸比特總數(shù)的比率稱為誤碼率，誤碼率與信噪比有很大的關(guān)系。檢測(cè)方法：循環(huán)冗余檢驗(yàn)（CRC）CRC是一種常用的檢錯(cuò)方法，而FCS是添加在數(shù)據(jù)后面的冗余碼8.PPP協(xié)議PPP協(xié)議由以下三部分組成：（1）將IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝到串行鏈路中的方法。（2）一個(gè)鏈路控制協(xié)議LCP（3）一套網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元被稱為幀，PPP幀的首部和尾部分別有四個(gè)字段和兩個(gè)字段，其幀結(jié)構(gòu)為：幀結(jié)構(gòu)各部分含義：①標(biāo)志字段F：表示一個(gè)幀的開(kāi)始或結(jié)束，因此標(biāo)志字段就是幀的定界符。如果出現(xiàn)兩個(gè)連續(xù)的標(biāo)志字段，就表示這是一個(gè)空幀，應(yīng)當(dāng)丟棄。②地址字段A：PPP協(xié)議中的幀的地址字段A規(guī)定為0xFF（即11111111），這是一個(gè)廣播地址。③控制字段C：控制字段是幀的關(guān)鍵字段，它表示了幀類型、幀編號(hào)、命令和控制信息。PPP協(xié)議的控制字段C為0x03（即00000011）。④協(xié)議字段：協(xié)議字段占兩個(gè)字節(jié)。若取值0x0021表示該幀為IP分組；取值0x8021表示該幀為網(wǎng)絡(luò)層的控制數(shù)據(jù)；取值0xC021表示該幀為鏈路控制數(shù)據(jù)。⑤信息字段I：可以是任意的比特序列組合，其長(zhǎng)度通常不超過(guò)1500字節(jié)。⑥幀校驗(yàn)字段FCS：它是使用CRC的幀校驗(yàn)序列，占用兩個(gè)字節(jié)的大小?！緦W(xué)生】聆聽(tīng)、思考、記憶結(jié)合教材講解幫助學(xué)生掌握數(shù)據(jù)鏈路層的內(nèi)容課堂互動(dòng)（5min）【教師】提供練習(xí)題，并找學(xué)生進(jìn)行講解思考、討論、完成練習(xí)、講解通過(guò)練習(xí)題鞏固所學(xué)知識(shí)，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，通過(guò)講解不僅能夠幫助學(xué)生強(qiáng)化知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)可以培養(yǎng)學(xué)生的口語(yǔ)表達(dá)能力課堂小結(jié)

（3min）【教師】簡(jiǎn)要總結(jié)本節(jié)課的要點(diǎn)本節(jié)課主要介紹了OSI參考模型中的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層，物理層是參考模型中的最底層，主要定義了系統(tǒng)的電氣、機(jī)械、過(guò)程和功能標(biāo)準(zhǔn)，物理層的主要功能是利用傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理聯(lián)接，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流的物理傳輸工作。物理層傳輸?shù)幕締挝皇潜忍亓?，?和1，也就是最基本的電信號(hào)或光信號(hào)，是最基本的物理傳輸特征。數(shù)據(jù)鏈路層傳輸?shù)幕締挝粸椤皫?，將比特組合成字節(jié)，再將字節(jié)組合成幀，使用鏈路層地址（以太網(wǎng)使用MAC地址）來(lái)訪問(wèn)介質(zhì)，并為網(wǎng)絡(luò)層提供差錯(cuò)控制和流量控制服務(wù)。數(shù)據(jù)鏈路層由MAC(介質(zhì)訪問(wèn)控制子層)和LLC(邏輯鏈路控制子層)組成。介質(zhì)訪問(wèn)控制子層的主要任務(wù)是規(guī)定如何在物理線路上傳輸幀。（和物理層相連）數(shù)據(jù)鏈路控制子層主要負(fù)責(zé)邏輯上識(shí)別不同協(xié)議類型，并對(duì)其進(jìn)行封裝。也就是說(shuō)數(shù)據(jù)鏈路控制子層會(huì)接受網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)、分組的數(shù)據(jù)報(bào)并且添加更多的控制信息，從而把這個(gè)分