第1章 任务1 OSI模型与TCP IP模型（课件）-《网络通信技术应用》（电子工业出版社）【上好课】

网络通信技术应用 电子工业出版社 章节一 网络通信基础 任务1 OSI模型与TCP/IP模型 ” 学习目标 知识目标 技能目标 素养目标 • 理解并掌握OSI参考模型的七层结构及各层的主要功能。 • 理解并掌握TCP/IP模型的四层结构及各层的主要功能。 • 能准确描述OSI模型每一层的核心功能和数据单元。 • 能准确描述TCP/IP模型每一层的核心功能和主要协议。 • 建立网络分层的思维模式，理解网络通信的基本原理。 • 培养分析和解决简单网络问题的能力。 教学导入 知识讲授 师生互动 课堂练习 课堂小结 环节 目录 第一部分 OSI参考模型 教学导入 无处不在的网络 我们每天都在使用网络： 浏览资讯、在线视频、发送消息…… 网络已成为生活不可或缺的一部分。 请求如何“穿山越海”？ 输入网址按下回车，请求如何找到服务器？ 像寄信，需层层处理与传递，而网络也遵循着严格的规则。 探索通信的“交通规则” 今天，我们将揭开网络通信的神秘面纱， 深入学习网络世界的基石： OSI模型 与 TCP/IP模型 OSI参考模型 OSI参考模型 01 / 定义 OSI参考模型，即开放式系统互联，是国际标准化组织（ISO）制定的一个关于计算机网络的标准体系，旨在规范网络互联的实现过程。 02 / 目的 将网络通信的功能划分为七个逻辑层，为不同厂商的网络设备和软件提供通用的通信标准，确保异构网络设备之间的兼容性与互操作性。 知识讲授 L7 应用层 为应用程序提供网络服务，直接面向最终用户。 L6 表示层 处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。 L5 会话层 负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话。 L4 传输层 提供端到端的通信服务，将数据分段。 L3 网络层 负责对分组进行路由选择。 L2 数据链路层 将网络层传下来的IP数据报组装成帧。 L1 物理层 负责传输比特流，处理物理介质的物理特性。 第一层：物理层 🔍 核心功能 • 负责处理物理介质上的0和1比特流传输，定义传输介质的物理、电气和功能特性。 • 仅关注信号波形的发送与接收，不关心数据的结构、含义或纠错。 网线 (Cable) 连接网络设备的物理介质，将比特流转换为电/光信号进行传输。 网卡 (NIC) 计算机与网络之间的“翻译官”与物理接口，负责数据的封装与发送。 集线器 (Hub) 早期的多端口中继器，功能简单，仅对信号进行放大和广播转发。 第二层：数据链路层 数据链路层负责通信链路的建立、数据帧的传输与链路的释放，具体包括数据帧的界定透明传输、帧的差错检测，以及设备接口的硬件地址的定义与寻址。 关键协议：IEEE 802.3 (以太网标准) 最广泛使用的局域网(LAN)数据链路层协议标准。 核心互联设备：交换机 (Switch)、网桥 基于MAC地址转发数据帧，实现数据的高效交换。 第三层：网络层 核心功能 • 负责对分组 (Packet)进行路由选择，使其能够跨越不同的网络（如从局域网到互联网）。 • 使用逻辑地址在复杂的网络环境中进行寻址和路径规划。 关键要素：设备与地址 IP 地址：网络层的逻辑地址标识，用于在网络中唯一标识一台设备。 路由器：网络层核心互联设备，通过查询路由表，连接不同网络。 第四层：传输层 核心功能：端到端通信服务 负责在源主机和目的主机的应用程序之间提供端到端的通信服务，屏蔽网络层细节，为上层应用提供数据传输的逻辑通道，又称中间层。 第五层：会话层 核心功能：建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话 负责在两个表示层实体之间建立和维护一条通信通道，确保数据能有序地双向传输。 关键协议PROTOCOLS RPC (远程过程调用) | SQL (数据库查询) | NFS (网络文件系统) 第6层：表示层 核心功能：处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，负责处理在通信过程中交换数据的语法和语义，确保数据内容能被接收方准确理解。 第7层：应用层 💡 核心功能 为应用程序提供网络服务接口，是用户与网络交互的直接窗口，负责处理网络应用程序的具体需求。 🎯 主要任务 提供文件传输、电子邮件收发、远程主机登录、万维网浏览、域名解析等多样化的网络服务。 HTTP/HTTPS 为万维网提供数据传输基础。 FTP 用于双向文件传输。 SMTP/POP3/IMAP 负责电子邮件的发送、接收和管理。 DNS 将域名转换为可识别的IP地址。 Telnet / SSH 可户通过网络操作远程计算机。 七层模型记忆口诀 物 · 数 · 网 · 传 · 会 · 表 · 应 01 物 物理层 02 数 数据链路层 03 网 网络层 04 传 传输层 05 会 会话层 06 表 表示层 07 应 应用层 依次为：1.物理层 → 2.数据链路层 → 3.网络层 → 4.传输层 → 5.会话层 → 6.表示层 → 7.应用层 师生互动：场景拆解 当你访问百度时，数据经历了什么？ 小组讨论：数据从你的电脑发出，到服务器接收，会依次经过哪几层？每一层会发生什么变化？请派代表分享你们的讨论结果。 成果展示与点评 小组代表上台展示 • 请小组代表用流程图展示数据在OSI七层模型中的完整传输过程。 • 重点讲解各层的关键作用： - 应用层：生成并封装HTTP等具体应用请求 - 传输层：为数据段添加TCP/UDP端口号，实现端到端通信 - 网络层：为数据包添加IP地址，进行路由寻址 引导与订正 • 请全班同学对展示内容进行补充，指出不完整或不准确的地方。 • 易混淆和易错点： - 数据链路层：负责将数据包封装成“帧”，并添加MAC地址以实现物理寻址 - 物理层：仅负责传输“0”和“1”组成的比特流，不理解数据含义 课堂练习 01 OSI模型中，负责将比特流组织成帧，并进行差错检测的是第____层，即__________层。 02 03 在 OSI 模型中，提供端到端可靠数据传输服务的是 ______ 层，其代表协议是TCP。 04 我们访问网站时使用的 HTTP 协议工作在 OSI 模型的 ____层。 路由器工作在 OSI 参考模型的第 ____层，它主要依据IP 地址进行数据包的路由选择和转发。 二 数据链路层 三 传输 应用 第二部分 TCP/IP 模型 TCP/IP模型 01 / 定义 TCP/IP模型是互联网的核心协议簇，它定义了电子设备如何连入互联网以及数据如何在它们之间传输。 02 / 起源 由美国国防部高级研究计划局（ARPA）在研究和构建ARPAnet（互联网的前身）时开发的。 03 / 特点 事实上的国际标准，比OSI模型更简洁、更实用，是真正运行在互联网上的协议标准。 四层模型结构 应用层 (Application Layer)| 对应OSI：应用层、表示层、会话层 传输层 (Transport Layer)| 对应OSI：传输层 网际层 (Internet Layer)| 对应OSI：网络层 网络接口层 (Network Interface Layer)| 对应OSI：数据链路层、物理层 四层模型详解 应用层 Application Layer 为应用程序提供网络服务接口，直接处理网络应用。 传输层 Transport Layer 负责在应用程序之间提供端到端的通信服务。 网际层 Internet Layer 负责处理在不同网络之间的数据包传输，解决网络互联问题。 网络接口层 Network Interface Layer 负责与物理网络的实际连接，处理硬件相关的底层通信。 网络接口层 • 负责接收来自网际层的IP数据报，并通过物理网络将其封装成帧发送出去；或从物理网络接收物理帧，剥离帧头后抽出IP数据报向上传递给网际层。 • 在TCP/IP模型体系中，该层直接对应OSI参考模型的物理层与数据链路层，是协议栈与物理传输媒介交互的边界。 网际层 核心功能 • 负责处理在不同网络之间的数据包传输，即核心的路由选择功能，是实现网络互联的关键。 • 核心协议是IP (Internet Protocol)，它为每个数据包分配一个全球唯一的IP地址，并负责将数据包从源主机独立地发送到目的主机。 传输层 核心功能：端到端通信服务 负责在源主机和目的主机的应用程序之间提供逻辑通信，屏蔽网络层的细节，为应用层提供进程间的通信能力。 应用层 核心功能 • 为应用程序提供网络服务接口，是用户与网络交互的直接窗口，处理特定的应用程序细节。 • 它对应于 OSI 七层模型中的会话层、表示层和应用层三层功能的组合，是网络体系结构中最靠近用户的一层。 HTTP / HTTPS Web 服务基础协议 FTP 文件传输协议 SMTP / POP3 / IMAP 电子邮件收发协议 两大模型对比 两大模型对比 对比维度 OSI 模型 TCP/IP 模型 设计理念 理论驱动：先建立理论框架，再进行实践应用。 实践驱动：先解决ARPANET实际网络通信问题，再总结形成模型。 层次结构 七层结构：功能划分细致，逻辑严密。 四层/五层结构：结构扁平化，将OSI的会话层和表示层功能合并入应用层。 优劣势对比 优点：理论体系完备，是协议标准化的理想参考模型。 缺点：实现复杂、效率低，未成为工业界的实际运行标准。 优点：协议栈轻量高效，易于部署和实现。 缺点：缺乏统一的分层理论指导，底层网络接口层定义模糊。 两大模型对比 关系定义：TCP/IP模型并非对OSI模型的否定，而是在其思想基础上进行了简化和整合，最终成为互联网连接的“事实标准”。 🖥 应用层 |对应OSI应用/表示/会话层 (HTTP, DNS, FTP) 📡 传输层 |对应OSI传输层 (TCP, UDP 数据分段与传输) 🌐 网际层 |对应OSI网络层 (IP 寻址与路由) 🔌 网络接口层 |对应OSI链路/物理层 (以太网, 网卡驱动) 四层模型记忆口诀 网 网络接口层 网 网际层 传 传输层 应 应用层 💡 记忆口诀 按层级顺序串联记忆 网 · 网 · 传 · 应 师生互动：问答环节 Q1. 在 TCP/IP 模型中，如果一台主机想要访问互联网上的另一台主机，数据需要经过哪几层的处理？请从下至上列举。 💡 引导思路 网络接口层 → 网际层 → 传输层 → 应用层 ✅ 标准答案 网络接口层 → 网际层 → 传输层 → 应用层 师生互动：协议归属 应用层 HTTP 超文本传输协议 用于浏览器访问网页 传输层 TCP 传输控制协议 提供可靠的字节流服务 网际层 IP 网际协议 负责寻址和路由选择 网络接口层 Ethernet 以太网 局域网的主要技术标准 Q2. 请将下列协议填入 TCP/IP 模型的对应层次中：HTTP, IP, TCP, Ethernet 课堂练习 01 TCP/IP模型中，负责IP地址寻址和路由选择的是_______层。 02 03 TCP/IP模型的网络接口层对应于OSI模型的_______层和____________层。 04 在 TCP/IP 模型中，提供可靠数据传输服务的协议是______。 将域名转换为IP地址的DNS协议工作在TCP/IP模型的______层。 网际 应用 物理 数据链路 TCP 课堂小结 OSI 参考模型 (7层) ● 应用层 ● 表示层 ● 会话层 ● 传输层 ● 网络层 ● 数据链路层 ● 物理层 TCP/IP 模型 (4层) 1. 应用层 2. 传输层 3. 网际层 (IP层) 4. 网络接口层 模型对比与总结 ▌ 层级功能映射 TCP/IP 是事实上的工业标准，OSI 是理论标准。 ▌ 学习重点 掌握数据封装的过程，理解每一层数据传输的单位，以及各层关键协议的作用与区别。 课后作业 01 模型绘制 网络分层结构梳理 请分别绘制OSI七层模型和TCP/IP四层模型的结构图。在图中详细标注每一层的标准名称、核心功能，并列举该层的典型代表协议或网络设备。 02 过程解析 封装与解封装全过程 以OSI七层模型为参照，简述一份数据从源主机应用层发出，通过网络传输，最终到达目的主机应用层被接收的全过程。 ” 感谢观看 THANKS FOR WATCHING 愿技术照亮前行的路 · 期待与您再次相遇 $