《计算机网络技术基础 》（王崇刚）教案 （理论部分） TCPIP协议集（四）IP数据报、地址解析协议、网际控制报文协议、IPv6.docx

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1、_1TCP/IP协议集（四）课题课时2 课时(90 min )知识技能目标：IP据报、地址解析协议、网际控制报文协议、IPv6（1）掌握IP数据报的格式（2 ）掌握IP地址与物理地址（3 ）掌握地址解析协议ARP（4 ）理解反向地址解析协议RARP（5 ）掌握网际控制报文协,议教学目标（6 ）掌握IPv6地址的表示方法和结构、特点（7 ） 了解IPv4到IPv6的过渡技术思政育人目标：了解TCP/IP协议集对于计算机网络的重要意义，体会其对计算机科学与技 术发展的重要意义进而感受科学技术发展所带来的改变，引导学生树立崇尚科 学、尊重发展的理念，切实增强投身建设社会主义现代化科技强国的责任感、使

2、 命感，通过不断深入的学习使学生获得专业认同感和专业自信。教学重难点教学重点：IP数据报的格式、IP地址与物理地址、地址解析协议、网际控制报文协议 教学难点：IP数据报的格式、网际控制报文协议教学方法问答法、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：考勤（2 min ）一问题导入（3 min ）一传授新知（35 min ）一课堂互动（3 min ）一评价修正（2 min ）第2节课：问题导入（3 min ）一传授新知（32 min ）一课堂互动（5 min ）一课堂小 结（3 min ）一任务布置（2 min ）教学过程主要教学内容及步骤设计意第一节

3、课考勤(2 min )【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（3 min）【教师】要求学生使用文旌课堂APP扫描二维码播放IP 数据报格式视频，并提出问题：IP数据报由哪几部分构成？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*(1 )未指明地址：这是16字节的全0地址，可缩写为两个 冒号：。这个地址只能为还没有配置到一个标准的IP地址的主机当作源地址使用。(2 )环回地址：即 0:0:0:0:0:0:0:1(3 )基于IPv4的地址：前缀为0000 0000保留一小部分地 址作为与IPv4兼容的。IPv

4、4映射的IPv6地址000080位;二 000016位;32位FFFFIPv4地址(4)本地链路单播地址+【教师】提出问题，课堂互动问题：使用零压缩简写下列特殊IPv6地址(1) FF01:0:0:0:0:0:0:101(2 ) 0:0:0:0:0:0:0:1(3 ) 0:0:0:0:0:0:0:0(4 ) 小【学生】聆听、思考、完成任务3 . IPv6地址的结构128位的IPv6地址由64位网络地址和64位主机地tit组成。其 中，64位的网络地址又分为48位的全球网络标识符和16位的本地 子网标识符。48 bits16 bits64 bitsGlobal IDSubnet IDIntern

5、et face ID全球网络标识符 本地子网标识符 节点(主机)标识符4 . IPv6的特点IPv6协议不仅是为网络上的计算机设计，还应用于所有的通信 设备，如手机、无线设备、电话等。IPv6的主要特点如下：(1 )更大的地址空间(2 )简化的报头和灵活的扩展(3)层次化的地址结构(4)即插即用的连网方式(5 )网络层的认证与加密(6)服务质量的满足(7)对移动通信更好的支持小【教师】提出问题，课堂互动思考：简述IPv6与IPv4相比，IPv6的主要变化【学生】聆听、思考、完成任务5 .IPv4到IPv6的过渡技术（1）网络过渡技术隧道技术 网络地址转换/协议转换技术（2）主机过渡技术双协议栈

6、:在完全过渡到IPv6之前，使一部分主机（或路由器） 装有两个协议栈，一个IPv4和一个IPv6。（3）应用服务系统过渡技术巩固所学知 识，加深对知识 点的理解，通过 讲解能够帮助学 生强化知识点【教师】提供练习题，并找学生进行讲解课堂互动1 ,简述【CMP协议的要点。（5 min ）2 . ping工作原理 【学生】思考、讨论、完成练习、讲解 【教师】简要总结本节课的要点IP协议提供不可靠无连接的数据报传输服务，IP层提供的服务 是通过IP层对数据报的封装与拆封来实现的。IP数据报的格式分为 报头区和数据区两大部分，其中报头区是为了正确传输高层数据而 加的各种控制信息，数据区包括高层协议需要

7、传输的数据。课堂小结（3 min）总结知识点， 加深学生对IP数 据报和地址解析 协议以及网际控 制报文协议、IPv6 的理解OSI模型把网络工作分为七层，IP地址在OSI模型的第三层， MAC地址在第二层，彼此不直接打交道。在通过以太网发送IP数据 包时，需要先封装第三层（32位IP地址）、第二层（48位MAC地 址）的包头，但由于发送时只知道目标IP地址,不知道其MAC地 址，又不能跨第二、三层，所以需要使用地址解析协议。使用地址解 析协议，可根据网络层IP数据包包头中的IP地址信息解析出目标硬 件地址（MAC地址）信息，以保证通信的顺利进行。网际协议或互联网协议（IP ）是用于报文交换网

8、络的一种面向数 据的协议，是网络层通信的标准协议，它负责提供基本的数据封包传 送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机，但不检查是否被正确 接收。与IP协议配套使用的还有四个协议：地址解析协ARP、逆地址解析协议RARP、网际控制报文协议ICMP、网际组管理协议 IGMP。*A =，一IPv6协议主要定义了三种地址类型：单播地址、组播地址和任 播地址。IPv6不可能立刻替代IPv4 ,因此在相当一段时间内IPv4和 IPv6会共存在一个环境中。【学生】总结回顾知识点作业布置 (2 min)【教师】布置课后作业1 .说明IP地址和硬件地址的区别。为什么要使用这两种不同 的地址？2 .完成课后习题

9、【学生】完成课后任务通过课后作业 复习巩固学到的 知识，提高实际 操作能力教学反思本节课效果不错。实践表明,学生的学习兴趣是自主学习的原动力。教学中,教师 应积极地为学生创设一种情趣盎然的学习句氛，使学生受到陶冶、感染和激励，从而主 动学习。在课堂上教师应大胆地让学生进行自由讨论、交流，赞扬学生一些独特看法， 让学生真切地感受到学习是快乐的。这样自主学习的劲头就更足了。 【教师】通过学生的回答引入要讲的知识【教师】结合教材讲解IP数据报格式一、IP数据报格式1 .定义TCP/IP协议定义了一个在Internet上传输的基本数据单元，称 为IP数据报。2 .组成IP数据报包含报头区和数据区两个部

10、分，数据区是高层传输的 数据，而报头区是为了正确传输高层数据而增加的控制信息。3.格式IP数据报报头包含了一些必要的控制信息，由20个字节的固定部分和变长的可选项部分组成。已知最高位在左边，记为。位；最 低为在右边，记为31位。传授新知(35 min )通过教师的讲 解和演示，帮助学 生了掌握IP数据 报格式和地址解 析协议(1 )版本。版本字段占4位，用来表明IP协议的版本。(2 )首部长度。首部长度字段占4位，表示数据报头的长度。(3 )区分服务。区分服务字段占8位，指示数据报内容的优先 权或者优先级。(4 )总长度。总长度字段是指整个IP数据报的长度(以字节 为单位)，包括数据报头和数据

11、。【教师】提出问题，课堂互动思考：IP数据报最长可达多少字节?小【学生】聆听.思考、回答问题识符来标识，以便使接收端能重装被分段的数据包。(6)标志。标志字段占用3位，但只有低两位有效：标志字段的最低位记为MF ,又称最终分段标志。当MF=1时，表示该数据报后还有分片的数据报；当MF=O时，表示该数据报是最后一个分片。标志字段的中间一位记为DF ,又称禁止分段标志。当DF=1时，表示该数据包不能分片；当DF=O时，才允许分片。(7 )片偏移。片偏移字段占13位，用于指出在较长的分组在 分片后，某片在原分组中的相对位置。(8 )生存周期(TTL)O用于限制数据报在网络中的生存时间。 当TTL的值

12、为0的时候,该数据报将被丢弃(9 )协议。协议字段占8位，用于指定数据区中携带的消息是 由哪种高级协议建立的。常用的协议和相应的协议字段值如下：协议名称IO4PIGMPIPTCPEGPIGPUDPDMESPOSPF协议字段值12468917415089(10 )首部校验和。首部校验和是一个16位的循环冗余校验 码，其值等于IP报头内每一个字段中包含的值的和。作用：用于保证头部数据的完整性和传输的正确性。(11)源IP地址和目的IP地址。源IP地址及目的IP地址均 占32位，分别用于指定发送IP数据报的源主机地址和接收IP数据 报的目的主机地址。*【教师】提出问题，课堂互动问题：对比UDP数据报

13、格式和IP数据报格式的异同【学生】聆听、思考、回答问题 【学生】聆听、思考、记忆 【教师】要求学生扫描二维码播放”地址解析协议”视频,并讲解新知二、地址解析协议1. IP地址与物理地址 1 .匚I， *3 ）定义物理地址：实际通信时，在一个网络中对其内部的一台计算机 进行寻址所使用的地址,也称其为硬件地址或MAC地址。（2 ）表示方法MAC地址的长度为48位（6个字节），通常表示为12个十六 进制数，每两个十六进制数之间用冒号隔开，网络中每个以太网设 备都具有唯一的MAC地址。（3 ） MAC地址和IP地址的异同相同点：它们都唯一不同点：可变性不同长度不同分配依据不同 寻址协议层不同2.地址解

14、析协议IP地址和物理地址的映射包含两个方面：从IP地址到物理地址 的映射和从物理地址到IP地址的映射。这种地址之间的映射关系也 称为地址解析，实现地址解析的协议有两种：地址解析协议（ARP ） 和反向地址解析协议（RARP ）。（1 ）地址解析协议ARP- ARP为IP地址到对应的物理地址提 供动态的映射工作过程：（详见教材）主机A发送广播报文，询问主机B的IP地址与物理地址映射关系主机B发送响应报文，回答其IP地 址与物理地址的映射关系主机Y（2 ）反向地址解析协议RARP-一般用于无盘工作站和终端, 解决已知物理地址获取IP地址的问题课堂互动(3 min )巩固所学知识, 加深对知识点的

15、理解评价修正(2 min)【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 测进行强化矫正盘工作站的地址绑定，并负责响应这些节点的地址请求；新启动的 无盘工作站广播一个RARP请求分组，分组中给出自己的物理地 址；RARP服务器查找地址绑定表,用单播方式发回RARP应答分 组，给出所请求的IP地址。常见协议：BOOTP(自举协议)和DHCP(动态主机配置协议)。【学生】聆听、思考、记忆【教师】提出问题，课堂互动问题：对比UDP数据报格式和IP数据报格式的异同*【学生】聆听、思考、回答问题 【教师】提出问题，要求学生讨论并回答问题什么是最大传送单元MTP ?它和IP

16、数据报首部中的哪个字段 有关系？ 【学生】思考、讨论、回答问题第二节课【教师】要求学生使用文旌课堂APP扫描二维码播放“网际问题导入(3 min)控制报文协议”视频，并提出问题：说一说网际控制报文协议的主要作用是什么?【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【教师】结合学生发言讲解网际控制报文协议传授新知(32 min)一、网际控制报文协议通过之前的学习了解到IP协议并不是一个可靠的协议，它不保 证数据被送达。那么，保证数据送达的工作应该由其他的模块来完 成。其中一个重要的模块就是网际控制报文协议(ICMP )。1.概述ICMP属于网络层协议

17、，允许主机或路由器报告差错情况和提供 有关异常情况的报告。(1)建立在IP层以上的协议是可能做到安全的原因：结合教材讲解 帮助学生掌握 ICMP报文的内 涵、格式、特点和 ICMP报文的种 类以及ping和 tracert 命令、 IPv6.(2) ICMP报文的格式IP数据报ICMP报文的前4个字节是统一的格式，共有三个字段：即类 型、代码和检验和。接着的4个字节的内容与ICMP的类型有关。(3 )特点ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常 情况的报告；ICMP不是高层协议，而是IP层的协议；ICMP报文作为IP层数据报的数据，加上数据报的首 部，组成IP数据报发送出去；IP首部

18、ICMP报文 IP数据报 刊2. ICMP报文的种类ICMP报文大致分为两类：一种是查询报文,一种是差错报文。查询报文：是成对出现的，它帮助主机或网络管理员从一个路 由器或另 T 主机得到特定的信息。(l)ICMP询问报文有2种：回送请求和回答报文时间戳请求和回答报文(2 )用途：Ping查询、子网掩码查询和时间戳查询差错报文：用于报告路由器或主机在处理一个IP数据报时可能 遇到的一些问题，差错报文产生在数据传送发生错误的时候。(1) ICMP差错报告报文共有5种：终点不可达源点抑制时间超过参数问题 改变路由(重定向)(2 )ICMP差错报告报文的数据字段的内容（3 ）不产生ICMP差错报文的

19、5种情况:ICMP 的 前8字节. 一一ICMP差错报告报文 一沪数据报_二n*作为链路层广播的数据报不产生ICMP差错报文;不是IP分片的第一片的不发送ICMP差错报文;可选参数含义-t9ping指定的主机 直到中断a将地址解析为主机名-n count定义用来测试所发出的测试包的个数，缺省值为4-1 size定义所发送缓冲区的数据包的大小,在默认的情况下windows的ping发送的搬包大 小为32 byte-w timeout等待每次回复的超时时间，单位为亳秒（m$）,默认值为1000-4强制使用IPv4版本-6强制使用IPv6版本收到的IP数据报IPICMP差错报告报文字节首部装入ICM

20、P报文的IP数据报A【教师】提出问题，课堂互动问题：简述环回地址、广播地址或多播地址小【学生】聆听、思考、回答问题3.ICMP的应用举例(1) ping作用：常用于验证两个主机之间的连通性。IP数据报i 首部：字节;ip数据版的数据手段 ;:ICMP差错报文不会产生ICMP差错报文（ICMP查询报 文却可能产生）；目的地址是广播地址或多播地址的IP数据报不产生ICMP 差错报文；源地址不是单个主机的数据报（零地址、环回地址、广播 地址或多播地址）不产生ICMP差错报文。Ping是TCP/IP网络中一个最简单而又非常有用的ICMP应用 程序。 格式：ping 可选参数target_name ta

21、rget.name是目的主机的名字或其IP地址ping命令中的常用可选参数及其含义： 举例在IP地址为的主机上测试与IP地址为的主机的连通性，可执行开始 命令提示符命令，在打开的命令提示符窗口输入ping 192.16&1.51，按 Enter键执行，可以看出，两台主机网络相连通。国管理员:命令提示符- XMicrosoft Windows 版本 10. 0.15063(c) 2017 Microsoft Corporation 保留所有权利。C：windowssystem32ping 192. 168. 1. 51在自自自自 正Ping 192. 168.192. 168. 1. 51192

22、. 168. 1. 51192. 168. 1. 51192. 168. 1. 51的回的回的回的回瑞llnsllnsllnsllns A/ zx zx z-m、-m、 召二二、二、二、V 节B日日日 -L2 2 2 2 3333 =一一 32工-P节节TTL=128TTL=128TTL=128TTL=128:攵小F 讯已2? 统4,2= ng=长 pi送目取 缶已计ms 51.估 O L包的= 16数行取 2返 19往9, 4失丢msOC：wi ndowssys tem32小【教师】提出问题，课堂互动问题：1,使用PING命令检查与新浪邮箱的连通性，观察其TTL。2 .使用PING命令检查本

23、机的IP地址是否设置有误。3 .检查本机的IP地址是否设置有误。4 .检查本机的IP地址是否设置有误。小【学生】聆听、思考、回答问题(2 ) tracert作用：用于确定IP数据报访问目标所采取的路径。格式：tracert 可选参数target_name target.name是目的主机的名字或其IP地址。参数：-d :指定不对计算机名解析地址。-h maximum_hops :指定查找目标的跳转的最大数目。-jcomputer-list :指定在 computer-list 中松散源路由。-w timeout :等待由timeout对每个应答指定的毫秒数。target_nam :目标计算机的

24、名称。 举例：查看当前主机访问新浪网的邮件服务器()时所采取的路径分析：可以在命令提示符窗口输入tracert ,即可显示出经过的每一个路由器及使用的时间。 【学生】聆听、思考、记忆A【教师】提出问题，课堂互动输路径信息。小【学生】聆听、思考、回答问题 【教师】结合教材讲解IPv6地址二、IPv6地址1 . IPv6地址的表示方法(1 ) IPv6地址采用十六进制的表示方法，共128位，分8组表 示，每组16位。因为一个十六进制数可以表示4位，所以每组由4 个十六进制数组成，各组之间用:隔开。举例： 1080:0:0:0:8:800:200C:417A FEDC:BA98:7654:3210:

25、FEDC:BA98:7654:3210【教师】提出问题，课堂互动思考：设每隔1微微秒就可以分配出100万个IPv6地址。试计 算大约要用多少年才能够将IPv6地址空间全部用光。沙【学生】聆听、思考、完成任务(2)零压缩零压缩，即一连串连续的零可以为一对冒号所取代，在IPv6地 址段中有时会出现连续的几组。，为了简化书写，这些0可以用: 代替，但一个地址中只能出现一次：。举例：1080:0:0:0:8:800:200C:417A1080:8:800:200C:4l7AFF01:0:0:101:0:0:l:101 FF01:101:0:0:101 或 FF01:0:0:101:l:1010:0:0:0:0:0:0:l:1+【教师】提出问题，课堂互动问题：使用零压缩简写下列IPv6地址(1) FF05:0:0:0:0:0:0:B3(2 ) 1080：0：0：0：8：800：200C：417A沙【学生】聆听、思考、完成任务2 .特殊地址