课题：3.2 网络通信的工作原理
教学目标：1.了解OSI模型中的各个层次；2.了解TCP/IP协议在OSI模型的位置；3.了解数据交换技术的电路交换、报文交换、分组交换的工作原理，能进行不同的数据交换技术比较；4.使用数据交换技术的电路交换、报文交换、分组交换的工作原理解释生活中技术问题，培养学生探究能力，合作能力、观察能力；5.通过体验、感悟电路交换、报文交换、分组交换的工作原理的学习过程，体验技术发展的过程和思维，体验突破技术，改造技术、创新技术的成就感。
教学重点：OSI模型的理解、TCP/IP协议的重要地位、电路交换、报文交换、分组交换三者的特点与区别
教学难点：OSI模型的理解
课时安排：2课时
教学方法：演示法，讲授法，任务驱动法
教学过程：
第一课时：数据传输过程
一、OSI参考模型
1、很多同学都非常喜欢玩网络游戏，比如魔兽世界，梦幻西游。不知道同学们想不想了解这些网络游戏在网上的一个工作原理，了解游戏是如何在网上运作的。
2、在了解游戏之前，我们先来看看现实生活中的邮政系统，参照这个邮政系统能加快我们对网络游戏的一个理解。课本上的P55页上3.2.1数据传输过程中，图3-3 邮政系统的分层模型。大家可以想象一下我们平时的写信寄信的一个过程。首先我们写好信后，要让这封信能寄出去，我们就得贴邮票。而邮票，就是我们和邮政局的约定，我交8毛钱给你邮政局，那么你要负责帮我把信送到。而邮政局呢，也和运输部门有个类似的约定。通过这一系列的约定，我们可以保证我们所写的信能送到我们想要送到的目的地。但是这里注意一个问题：邮票做为约定不是一成不变的。比如说，刚刚前，也许送信只需要几分前。而现在人民的生活富裕了，相应的，一封信是8毛钱。也就是说，协议，或者约定完全是按照当时的情况做出的适当的处理。如果情况出现变化，协议一样可以随着情况而做出改变。
3、实际上，网络上数据的传输过程和现实中是非常类似的，我们可以来想象一下：
我现在有一批水果，准备运到罗马。如果我想实现这个目标，我需要什么条件？
（1）首先我要有一条路，不管是马路还是铁路，这条路要能从出发点连接到目标点。
（2）路是有了，我要保证这条路是通畅的，不能说走进死胡同，我要保证这条路能够通车，假设我是用火车来运的话，不会出现半路出轨的现象
（3）路永远不会只有一条。条条道路通罗马，那么，我要保证我要走的道路能最快，最省钱的到达目的地。因此，我要选择一条近路。
路已经有了，基本条件已经具备，我们现在可以开始送东西了，但是是不是有了路就万无一失了。我们还需要有什么？
（4）路是有了，我们现在坐火车把东西送过去，结果送到半中间被强盗打劫了，或者是被人偷了，所以我们要保证在送过去的途中要原封不动的送到，少一个都不行
（5）好象一切都准备好了，现在我们准备出发了，但是等等，这条路上只能通一辆火车，万一罗马那正好也有一辆火车从那边开过来，路上撞到了怎么办，那么我们要和他们先沟通好。
（6）沟通好了，现在发货，我们坐着火车到了罗马，决定送过去，但是发现，我们听不懂罗马人的话，罗马人也不知道我们在说什么，这个时候我们非常有必要带一个翻译官，当然这并不是最好的选择，如果我们和罗马人说的是同样的语言就好了。不管怎么样，来接纳的人总算能和我们沟通了，当然，这是人和人的沟通，不是人和货物的沟通。
（7）真正的货物终于送到了，完成了。
把这对应的7层，放到网络游戏之中。我们就可以了解了一个游戏运作的原理。首先，我要有一个游戏，这个游戏外表上看起来华丽无比，这就是第7层，应用层，也就是我们平时所用的所有的网络上的软件，游戏等等。
接下来到第6层，游戏有了，在玩的过程中，我们要想把数据发送到服务器去，但是服务器不可能用眼睛看着我们玩游戏，因此我们要把游戏里的数据打包，包装好，用统一的格式发出去，这个叫“封包”。这就是第6层，表示层。
我们在玩游戏的时候，有一个人从屏幕边上跑过来，我的游戏上为什么会显示？原因在于服务器把数据发给我，告诉我有一个人从那边过来了。因此，不光是我发数据给服务器，同时服务器也把数据发给我了。在这个时候，我们就需要控制一下路线，是服务器先发呢，还是我这先发，当然了，这个交换的情况是非常快的，而且新的技术可以同时发，但是我们还是要有一个能保证沟通的机制，保证不会出什么大问题。这就是第5层，会话层。
万一网络上延迟得厉害怎么办，万一有游戏这卡住了怎么办，我就需要有第4层，传输层，我要保证我的数据是正确的，完整的，如果有问题，随时纠正和重新发送，把上面3层传下来的东西，交到下一层网络层去传送。
上面四层称之为网络上前四层，下面我们来看看下三层，也就是基础的部分
我们游戏之中有南方的玩家，也有北方的玩家，一般情况下南方都是电信的路线，北方都是网通，不管是什么路线，我走啊走啊总能让封包走到服务器那。这就是我们的网络层。我要知道我走哪条路能到达目的地，也就是一个路由的作用。
再往下，我把数据发出去了，我怎么知道数据到没到服务器，或者说我在玩游戏的时候，如果出现卡了的状态，游戏怎么知道我卡了，服务器怎么知道我卡了？大家都有用QQ的经历，现在的网络都不错了，不会出现连接超时了，但是在网络不太好的时间里，就会出现超时。实际上，在这里有一个计时器，比方说，我发一个数据包出去，30秒内没有返回，我就告诉你，超时了。这就是数据链路层，控制着我们数据的发送接收。
最后的最后，不管怎么样，我们要有一根网线，并且有网卡，或者猫。
所有的这些，都是协议，有同学可能会说，这个网卡或者猫明明是硬件，怎么会是协议，是硬件没错，但是硬件设计的规格是根据协议来设计的，也许以后协议变了，硬件就不是这样设计了。
这7个层次，称之为OSI模型。当然了，这个模型很理想，实际上在这个网络运作的过程中起作用的是一些协议体系。比如前面说的IP协议。IP协议负责的是网络层中的IP地址的分配和路由。而TCP协议，主要是作用于传输层中，控制数据的传输问题，把一个游戏，或者一个软件的不相同的东西，转换为可以在网络上传输的共同的内容。
了解了整个OSI模型和我们的游戏了，大家应该明白，再怎么会玩游戏的，仅仅能接触到的是7层中的应用层而已，想知道有黑客是怎么盗取帐号的吗？想学会如何在网络上保护自己吗？
二、TCP/IP协议体系
定义：网络中的各种计算机系统、网络设备之间进行相互通信而建立的规则、标准或约定。
必要性：
在计算机网络中，为了保证数据通信双方能正确有效地进行通信，针对通信过程的各种问题，制定了一整套约定，这就是网络系统的通信协议。
简单的通信协议使用介绍。
常用的通信协议：
TCP/IP “transmission Control Protocol/Internet Protocol” ）（传输控制协议/互联网络协议）协议， TCP/IP（传输控制协议/网间协议）是一种网络通信协议，它规范了网络上的所有通信设备，尤其是一个主机与另一个主机之间的数据往来格式以及传送方式。TCP/IP是INTERNET的基础协议，也是一种电脑数据打包和寻址的标准方法。
三、实践园地
1．OSI 模型和 TCP/IP 协议体系分别分成几层（ ）
A．7 和 7 B．4 和 7 C．7 和 4 D．4 和 4
2、OSI 七层模型中，网卡的作用属于哪一层（ ）
A．应用层 B．表示层 C．传输层 D．物理层
3．在 TCP/IP 协议体系中 HTTP 是通过哪一层使用网络的（ ）
A．应用层 B．传输层 C．网际层 D．网络接口
4、在OSI参考模型中，将网络结构自上而下划分为七层（1）应用层（2）表示层（3）会话层（4）传输层（5）网络层（6）数据链路层（7）物理层。工作时（ ）。
A、接收方从上层向下层传输数据，每经过一层增加一个协议控制信息。
B、发送方从上层向下层传输数据，每经过一层去掉一个协议控制信息。
C、接受方从下层向上层传输数据，每经过一层去掉一个协议控制信息。
D、发送方从下层向上层传输数据，每经过一层附加一个协议控制信息。
5、网络协议是支撑网络运行的通信规则，因特网上最基本的通信协议是（ ）。
A、HTTP协议 B、TCP/IP协议 C、POP3协议 D、FTP协议
6：思考
1、 学习本节内容之前，你是否认为计算机网络就是因特网，谈谈你的看法。
2、浏览网页、收发邮件、网络聊天就是计算机网络的功能，请你谈谈这种说法正确吗？为什么？
第二课时：数据交换技术
一、 导入（提出问题）
师：前一节我们学习了数据的传输过程，知道数据在网络中传输是以分层协议管理协作的基础上进行的，知道数据从一台计算机发送到远程网络上的另一台计算机，原始数据经过层层网络协议的到封装成数据包，放到发送端口做好发送的准备，而另一台计算机接收端将接到的数据逆向地将接收到的数据层层按到协议恢复到原发送的状态。但是发送端的数据放到网络发送端口后在网络上又是如何传输的呢？这将是我们这节课要学习的内容 ——数据交换技术。数据交换技术包含了电路交换技术、报文交换技术、分组交换技术，我们先来学习电路交换。
学生活动：回顾旧知识，思考新问题
二、创设情景，开展探究、讨论。
师：我们都从电影中看到过战争年代的老式（手摇式呼叫人工连接）电话，它的传输过程类似网络中电路交换技术。请看图示1：
教师讲解引导学生思考电路交换的三个过程，通过流程的现象讨论分析：
1)电路建立：在用户A向D用户传输任何数据之前，要先经过呼叫过程建立一条端到端的电路。典型的做法是，A用户向与其相连的B网络交换平台提出请求，然后B用户呼叫C网络交换设备，然后手工连接C节点网络交换设备。C节点网络交换设备向D用户呼叫并建立连接，这样A与D之间就有一条专用电路ABCD，用于A用户与D用户之间的数据传输。
2)数据传输：电路ABCD建立以后，数据就可以从A用户发送到B网络交换设备，再由B交换到C；C向D发送数据。在整个数据传输过程中，所建立的电路必须始终保持连接状态。
3)电路拆除：数据传输结束后，由某一方（A或D）发出拆除请求，然后逐节拆除到对方节点。
2.电路交换技术的优缺点及其特点
1)优点：数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原来的序列。
2)缺点：在某些情况下，电路空闲时的信道容易被浪费：在短时间数据传输时电路建立和拆除所用的时间得不偿失。因此，它适用于系统间要求高质量的大量数据传输的情况。
3)特点：在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路。在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。电路交换效率不高。
电路交换技术还可以用日常生活中打电话的例子来简单进行说明:
小明打电话给小刚,首先是小明拨打小刚的电话,此时等候小刚接电话,一旦小刚接起电话后,表示已经建立连接;其次双方进行交流,即数据传输,最后双方挂掉电话,即电路拆除.
三、设计活动，开展探究，类比移植，理论发现，自我知识构建与内化
师：我们请八位同学模拟一个信息传输的教学活动：
如图1：（说明场景：网络交换平台是一张桌子，A、B、C、D由四位同学代替，图中的黑线可以由一 条绳代替，形象的连起每个结点，两个活动，由两组同学组成）
规则说明：教师给A一首现代诗（不要太长四十字数左右就可），要求A同学将这首诗的内容传到D同学，如果图中有线连接的就可以直接将纸上的内容传下一个目标，如果没有线连接的，必需抄一份，然后将抄好那一份的传给下一个目标点。每个点上的同学只要接到上一节点同学的任务，就不能停歇，并将抄完的传给下个目标点，直到没有任务完成为止。
四个同学演示，其它同学观察过程。
活动方案1、A同学将整首诗传给B结点的同学
活动方案2、A同学将整首诗分为五段，并且按顺序一段一段的传给B结点同学
1、学生通过现象思考问题：哪一种方案传输这首诗到目标点最快，为什么？
2、学生阅读教材思考这两个活动与报文交换技术、分组交换技术有什么相似之处？
探究结论：
1、 活动方案1让信息在抄送的过程中当某个同学忙时，其它同学都在闲着等待，造成资源浪费。信息不能连续的传送到目标结点，出现信息断断续续，造成信息延时——即“网络延时”
2、 活动方案2使得信息在抄送的过程中尽可能是让每个结点上的同学都有事做而忙碌不停，直到信息抄送完。信息绵绵不断的传送到目标结点，提高了信息在整个网络中的传输速度。
深入问题假设，学生大胆设想，深入讨论：
1、 如果下一结点发现信息有抄错现象，怎么处理？
2、 假设代表不仅是中间设备两个，而是多个呢？如果中间的C结点或B结点出现故障呢？（如图3）
教师引导理解概念：
1、 存储——转发
2、 网络延时
3、 差错检测，以及信息重发
4、 多路径选择，以确保单一路径的不可靠性
四、思考、合作交流、综合比较，应用理论分析现实问题
师：分组交换使得数据在网络中传输速度和信息的吞吐量大大提高，虽然比不上电路交换速度快，但是语音信息数据以分组交换方式在网络上传输效果接近了电路交换的效果。现实中的IP电话就是使用数据分组交换技术的具体体现。讨论为什么打IP电话便宜？请做下面一道数学应用题，并展开讨论：
题目：假设图中网络交换平台是电信部门，A与D是用户，用户的连接线是从用户家连接到电信部门，用户每月都向电信部门交纳有一定的线路租用费（电话月租5元/月），用户还要上网，也按使用网络时间交费，网络信息使用费2元/小时。
现实中电信部门是这样工作的：
网络交换平台具有服务功能：
1、 为用户提供数据线路连接服务
2、 为用户提供数模转化服务（数字信号与模拟信号转换，为什么要转换？不言而喻吧！）
收费标准：
1、如果你使用连接电路传输信息方式那么，B、C结点为用户连接一次，费用10元/小时。
2、 如果你使用数模转化服务，B、C结点为用户服务每小时1元/小时。
问题：现在A欲与D打一小时的电话？除了线路租用费外，使用不同的方式进行打电话，各需多少钱？（老师只要引导学生充分理解题意，此题一解，不言而喻，为什么IP电话便宜？）
五、学生开展课堂学习过程反思
通过学习，我们了解了传统电话、电报和IP电话分别采用的是不同的数据交换技术。思考这三种技术的优缺点，填表：
通讯方式 数据交换技术 优点 缺点
传统电话
电报
IP 电话
教师提示：可从以下几个方面来比较三种数据交换技术的优缺点，通讯速度、线路使用率、对中间设备的要求。
学生活动：学生代表上台陈述。
教师点评、小结。
教后记： 下载本文
