《计算机网络技术基础 》（王崇刚）教案 （理论部分） 网络体系结（二） OSI参考模型、物理层、数据链路层

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课题网络体系结构（二）——OSI参考模型、物理层、数据链路层课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）掌握OSI参考模型的组成（2）掌握物理层的主要特性、作用、设备（3）掌握数据链路层的定义、功能、基本问题（4）掌握PPP协议的帧结构思政育人目标：通过学习网络体系结构，让学生体会分层思维的重要性，培养学生运用科学的思维方式认识事物、解决问题的能力，帮助学生树立勇于探究、不畏困难的科学精神，为提高我国的国际竞争力做出一份贡献。教学重难点教学重点：OSI参考模型的组成、物理层概述、数据链路层概述教学难点：物理层特性、数据链路层的功能和基本问题、PPP协议的帧结构教学方法问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材、文旌课堂APP教学设计第1节课：传授新知（30min）第2节课：传授新知（30min）课堂小结（3min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课考勤

（3min）【教师】使用文旌课堂APP进行签到【学生】按照老师要求签到培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况问题导入（5min）【教师】要求学生通过文旌课堂APP扫描二维码播放“OSI参考模型概述”视频，并提出问题：说一说OSI参考模型分为几层且各层的名称？【学生】聆听、思考、回答问题【教师】通过学生的回答引入要讲的知识OSI模型是一个开放式系统模型，它的目的就是在不需要改变不同系统软硬件逻辑结构的前提下，使不同系统之间可以通信。【学生】聆听、思考、记忆通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣传授新知

（30min）【教师】结合教材讲解OSI参考模型的结构一、OSI参考模型的结构OSI参考模型从下到上由物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层组成。低层（物理层、数据链路层）执行的功能与物理通信相关，如构建帧、传输含有包的信号；中间层（网络层、传输层、会话层）协调结点间的网络通信，如确保通信会话无中断、无差错地持续进行；高层（表示层、应用层）的工作直接影响软件应用和数据表示，包括数据格式化、加密以及数据与文件传输管理。【学生】聆听、思考、记忆✈【教师】提出问题，课堂互动思考：OSI参考模型的七个层次中各层次可否随意改变顺序。OSI参考模型中，划分层（子模块）要遵循以下原则：（1）各层（子模块）具有相对的独立性，保持层间交互的信息最少。（2）单向调用：各层（子模块）只能引用其下层提供的服务。（3）增值服务：在使用下层服务的基础上，各层完成特定的通信功能。✈【学生】聆听、思考、回答问题【教师】要求学生通过文旌课堂APP扫描二维码播放“物理层”视频，并讲解新知二、物理层1．概述物理层是OSI参考模型的最低层，主要为通信提供物理链路，并在两个网络设备之间透明地传输比特流。物理层的数据服务单元：比特传输方式：同步或异步的方式进行传输2．主要任务：确定与传输媒体的接口的一些特性。（1）机械特性：规定了物理连接时所使用可接插连接器的形状和尺寸，连接器中引脚的数量与排列情况等。（2）电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。（3）功能特性：规定了物理接口上各条信号线的功能分配和确切定义。物理接口信号线一般分为数据线、控制线、定时线和地线。（4）规程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。物理层硬件接口主要包括：各种传输介质或传输设备的接口，常用的物理接口有RJ-45（网线接口）和RS-485（串口）。3．物理层下面的传输媒体传输媒体也称为传输介质或传输媒介，它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。传输媒体可分为两大类：导引型传输媒体和非导引型传输媒体。（1）在导引型传输媒体中，电磁波被导引沿着固体媒体（铜线或光纤）传播。（2）非导引型传输媒体就是指自由空间。在非导引型传输媒体中，电磁波的传输常称为无线传输。4．物理层的作用现相邻计算机节点之间比特流的透明传送，尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。使其上面的数据链路层不必考虑网络的具体传输介质是什么。5．常见的物理层的设备物理层常见设备有：网卡光纤、CAT-5线（RJ-45接头）、集线器有整波作用、Repeater加强信号、串口、并口等。【学生】聆听、思考、记忆✈【教师】提出问题，课堂互动思考：OSI参考模型的七个层次中各层次可否随意改变顺序。✈【学生】聆听、思考、回答问题【教师】简单介绍宽带接入技术作为扩展知识三、宽带接入技术从宽带接入的媒体来看，可以划分为两大类：（1）有线宽带接入（2）无线宽带接入简单介绍有线的宽带接入：1．ADSL技术非对称数字用户线ADSL技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。（1）传输距离ADSL的传输距离取决于数据率和用户线的线径（用户线越细，信号传输时的衰减就越大）。ADSL所能得到的最高数据传输速率与实际的用户线上的信噪比密切相关。举例：0.5毫米线径的用户线，传输速率为1.5~2.0Mbit/s时可传送5.5公里，但当传输速率提高到6.1Mbit/s时，传输距离就缩短为3.7公里。如果把用户线的线径减小到0.4毫米，那么在6.1Mbit/s的传输速率下就只能传送2.7公里。（2）特点①上行和下行带宽做成不对称的；②在用户线（铜线）的两端各安装一个ADSL调制解调器；③我国目前采用的方案是离散多音调DMT调制技术。2．光纤同轴混合网（HFC网）（1）特点：①HFC网的主干线路采用光纤；②HFC网采用结点体系结构；③HFC网具有双向传输功能，扩展了传输频带；④每个家庭要安装一个用户接口盒3．FTTx技术FTTx是一种实现宽带居民接入网的方案，代表多种宽带光纤接入方式。FTTx表示FiberToThe…（光纤到…），例如：光纤到户FTTH(FiberToTheHome)：光纤一直铺设到用户家庭，可能是居民接入网最后的解决方法。光纤到大楼FTTB(FiberToTheBuilding)：光纤进入大楼后就转换为电信号，然后用电缆或双绞线分配到各用户。光纤到路边FTTC(FiberToTheCurb)：光纤铺到路边，从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体。【学生】聆听、思考、记忆✈【教师】提出问题，课堂互动问题：对比三种宽带接入技术的优缺点，想一想家中采用的宽带技术。✈【学生】聆听、思考、回答问题通过教师的讲解和演示，帮助学生了解OSI参考模型的结构及物理层相关内容课堂互动（5min）【教师】提出问题，要求学生讨论并回答问题1．物理层要解决哪些问题？物理层的主要特点是什么？2．物理层的接口有哪几个方面的特性？各包含些什么内容？【学生】思考、讨论、回答问题通过练习题巩固所学知识，加深对知识点的理解评价修正（2min）【教师】点评学生的回答，并总结、巩固知识点【学生】聆听、思考、记忆通过形成性检测进行强化矫正第二节课问题导入（5min）【教师】要求学生通过文旌课堂APP扫描二维码播放“数据链路层”视频，并提出问题：1．说一说你所了解到的数据链路层。2．数据链路层的三个基本问题包括哪些？【学生】聆听、思考、回答问题通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣传授新知（30min）【教师】结合教材及数据链路层的简单模型讲解数据链路层一、数据链路层1．数据链路层的定义：数据链路层是OSI参考模型的第二层，其作用主要是负责将由物理层传来的数据封装成数据帧，并保证帧在计算机之间进行无差错地传输，数据链路层传送的是帧。数据链路层分为MAC和LLC两个子层：（1）MAC（介质访问控制）子层功能：①数据帧的封装/拆封②帧的寻址和识别③帧的接收与发送④链路的管理⑤帧的差错控制（2）LLC（逻辑链路层控制）子层功能：为上层提供服务，如从上层接收包并发送到MAC层。2．工作在数据链路层的设备工作在数据链路层的设备包括二层交换机、网桥等。此外，网卡既工作在物理层，也工作在数据链路层，负责传输介质之间的物理连接，帧的发送与接收、封装与拆封等。3．数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：（1）点对点信道：这种信道使用一对一的点对点通信方式。（2）广播信道：这种信道使用一对多的广播通信方式。4．使用点对点信道的数据链路层（1）链路：是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。（2）数据链路：除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。【学生】聆听、思考、记忆✈【教师】提出问题，课堂互动思考：物理线路与数据链路是网络中常用的术语，二者有何区别链路一般是指物理线路，实现规程或协议的硬件和软件加上物理线路就构成了数据链路，此外，一般所说的物理链路就是指物理线路，逻辑链路就是指数据链路。✈【学生】聆听、思考、回答问题5．数据链路层的传输过程常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道，而在这条数字管道上传输的数据单位是帧。✈【教师】提出问题，课堂互动思考：物理层的传输单位是什么？物理层的设备包括哪些？✈【学生】聆听、思考、回答问题6．数据链路层的功能（1）提供链路管理：数据链路的建立、维持和释放。（2）提供流量控制：为防止传输数据的双方速度不匹配或接收方没有足够的接收缓存而导致数据拥塞或溢出。（3）提供差错处理：数据链路层采用差错控制技术，把不可靠的物理连接变为可靠的数据链路，从而保证数据传输的正确性。（4）帧同步：在数据链路层，数据以帧为单位进行传输。帧同步是指接收方应当能从来自物理层的比特流中准确地区分出一帧的开始和结束的位置。（5）寻址：在多点连接的情况下，寻址保证每一帧都能传送到正确的目的结点。同时，接收方也应当知道发送方是哪一个结点。✈【教师】提出问题，课堂互动思考：数据链路层中的链路控制包含哪些功能？✈【学生】聆听、思考、回答问题7．数据链路层的三个基本问题（1）封装成帧封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。确定帧的界限，首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。（2）透明传输（3）差错检测在传输过程中可能会产生比特差错：1可能会变成0而0也可能变成1。在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率，误码率与信噪比有很大的关系。检测方法：循环冗余检验（CRC）CRC是一种常用的检错方法，而FCS是添加在数据后面的冗余码8.PPP协议PPP协议由以下三部分组成：（1）将IP数据报封装到串行链路中的方法。（2）一个链路控制协议LCP（3）一套网络控制协议NCP数据链路协议数据单元被称为帧，PPP帧的首部和尾部分别有四个字段和两个字段，其帧结构为：帧结构各部分含义：①标志字段F：表示一个帧的开始或结束，因此标志字段就是帧的定界符。如果出现两个连续的标志字段，就表示这是一个空帧，应当丢弃。②地址字段A：PPP协议中的帧的地址字段A规定为0xFF（即11111111），这是一个广播地址。③控制字段C：控制字段是帧的关键字段，它表示了帧类型、帧编号、命令和控制信息。PPP协议的控制字段C为0x03（即00000011）。④协议字段：协议字段占两个字节。若取值0x0021表示该帧为IP分组；取值0x8021表示该帧为网络层的控制数据；取值0xC021表示该帧为链路控制数据。⑤信息字段I：可以是任意的比特序列组合，其长度通常不超过1500字节。⑥帧校验字段FCS：它是使用CRC的帧校验序列，占用两个字节的大小。【学生】聆听、思考、记忆结合教材讲解帮助学生掌握数据链路层的内容课堂互动（5min）【教师】提供练习题，并找学生进行讲解思考、讨论、完成练习、讲解通过练习题巩固所学知识，加深对知识点的理解，通过讲解不仅能够帮助学生强化知识点，同时可以培养学生的口语表达能力课堂小结

（3min）【教师】简要总结本节课的要点本节课主要介绍了OSI参考模型中的物理层与数据链路层，物理层是参考模型中的最底层，主要定义了系统的电气、机械、过程和功能标准，物理层的主要功能是利用传输介质为数据链路层提供物理联接，负责数据流的物理传输工作。物理层传输的基本单位是比特流，即0和1，也就是最基本的电信号或光信号，是最基本的物理传输特征。数据链路层传输的基本单位为“帧”，将比特组合成字节，再将字节组合成帧，使用链路层地址（以太网使用MAC地址）来访问介质，并为网络层提供差错控制和流量控制服务。数据链路层由MAC(介质访问控制子层)和LLC(逻辑链路控制子层)组成。介质访问控制子层的主要任务是规定如何在物理线路上传输帧。（和物理层相连）数据链路控制子层主要负责逻辑上识别不同协议类型，并对其进行封装。也就是说数据链路控制子层会接受网络协议数据、分组的数据报并且添加更多的控制信息，从而把这个分