第1章 任务3 IP地址和IP数据报（教案）-《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） 课题 IP地址与IP数据报 课 型 新授课 课 时 2 授课班级 授课时间 90mins 授课教师 教材分析 本节课选自电子工业出版社《网络通信技术应用》第一章网络通信基础，为本章节核心教学内容。本节课包含IP地址、IP数据报两大知识点，属于网络层重点基础知识。教材内容编排通俗易懂，循序渐进，先讲解IP地址定义、分类、特殊地址，再介绍IP数据报结构、首部字段，无复杂冗余内容，完全适配学生认知水平。本节内容是后续路由器配置、网络互通、数据传输学习的前置基础，在整本教材中起到承上启下的作用，是网络通信专业学生必须掌握的基础性、实用性知识点。本教案所有内容严格照搬教材原文，无任何课外拓展、无延伸自编知识点。 学情分析 学生已掌握TCP/IP协议栈基础结构、网络层基本作用，具备基础的网络理论认知；拥有基础文字识记能力、简单判断能力，能够跟随教师勾画教材重点，可完成口头问答、简单判断、默写背诵等课堂任务。 学生二进制与十进制转换熟练度不足，容易混淆A、B、C类IP地址范围；难以区分普通IP与特殊私有IP；对IP数据报抽象字段理解困难，无法直观理解TTL、数据分片等专业原理，专业术语表述不规范，易出现概念混淆、记忆模糊的问题。 教学目标 【知识目标】 掌握IP地址的分类、范围、私有地址及掩码计算方法。 掌握IPv6地址表示、零压缩规则及地址分类。 掌握IPv4和IPv6数据报的基本格式及主要字段含义。 【技能目标】 能根据IP地址和掩码计算网络地址。 能识别IPv4和IPv6数据报中的关键字段 【素养目标】 培养严谨的计算习惯和规范的知识记忆能力。 认识到IP地址资源的有限性及IPv6的重要性。 教学重难点 【教学重点】 五类IP地址的划分标准、适用网络类型。私有IP地址、回环地址等特殊IP地址。IP数据报结构、首部固定字节长度 【教学难点】 区分网络位与主机位，理解子网掩码判断规则。理解IP数据报首部各字段的基础作用以及分片规则 教学方法 讲授法，案例演示法，互动问答法，分层练习法，背诵记忆法，归纳法。 课前准备 【教师准备​】 电子工业出版社原版教材、44页配套教学PPT、教材原题题库、背诵默写纸、错题记录表。 【学生准备】​ 提前预习本节课教材原文、准备笔记本、默写本。 教学媒体 多媒体计算机、投影仪、教学PPT、教材原图、板书黑板 教学过程 教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图 一、组织教学（1分钟） 教师面带微笑走进教室，提醒学生整理桌面学习用品，坐姿端正，集中注意力，快速进入课堂学习状态。 采用简短互动方式开启课堂，随机提问回顾旧识，播放简短课堂导入图片，消除学生课间浮躁情绪，引导学生快速进入学习状态，做好听课准备。 通过规范课堂常规、调动学习氛围、明确学习目标，快读稳定课堂秩序，帮助学生快读进入课堂学习状态，保障教学流程有序开展。 新课导入 提问：“同学们，我们平时上网、发微信、刷视频，网络怎么知道把数据送到你的手机上，而不是别人的手机上？就像寄快递需要地址一样，网络中每个设备也需要一个唯一的‘地址’，这个地址就是IP地址。今天我们就来学习IP协议中的IP地址和IP数据报。” 思考并回答教师提问，进入学习状态 从生活实例引入，自然、恰当、新颖，吸引学生注意力，激发学习兴趣 新课讲授 板块一：IP地址 第一次师生互动：地址分类判断 板块二：IP数据报 第二次师生互动:TTL生存时间的作用 讲解1：IP协议概述 讲授：IP协议是网络层的主要协议，分为IPv4和IPv6。配套协议有ICMP、ARP、IGMP、OSPF等。IP协议主要包括三部分：IP地址、IP数据报、IP路由。实现网络层功能的主要设备是路由器。讲解2：分类IP地址 讲授A、B、C、D、E五类地址的特征（首位、网络号位数、主机号位数）。举例：194.168.10.129是C类地址。板书各类地址范围。 讲解3：网络内IP地址数与特殊地址 讲授：主机号n位→2^n个IP地址。特殊地址：主机号全0（网络地址），全1（广播地址）。可指派地址数=2^n-2。举例：C类网络192.168.10.0是网络地址，192.168.10.255是广播地址。 讲解4：各类网络地址数量 讲授：A类网络126个（2^7-2），B类网络16384个（2^14），C类网络2097152个（2^21）。 讲解5：私有IP地址与公有IP地址 讲授：私有IP地址范围——A类10.0.0.0/8，B类172.16.0.0/12，C类192.168.0.0/16。私有IP只能在AS内部使用，不能用于Internet路由。公有IP需全球统一分配。 讲解6：掩码与网络地址计算 讲授掩码概念：前面连续1（网络号），后面连续0（主机号）。A类255.0.0.0，B类255.255.0.0，C类255.255.255.0。斜线法：/24等。 讲解7：IPv6地址 讲授：128位，8组16位，十六进制表示。零压缩规则——每组前导0可省略，连续多组0可用::代替（只能用一次）。举例：FDB9:0:78AB:3::25C:7600。 讲解8：IPv6掩码与网络地址 讲授：IPv6掩码用/M表示。例题：880f:120d::a011/120 → 网络地址880f:120d::a000，广播地址880f:120d::a0ff，可指派地址范围a001~a0fe。 讲解9：IPv6地址分类与CIDR 讲授：IPv6分类——单播（链路本地FE80::/10，网点本地FEC0::/10，全局）、组播FF00::/8、任播、回环::1。CIDR：无分类编址，网络前缀长度0~32，斜线记法/M。 ★【背诵内容】： ①IP地址分类范围： A类IP地址第1个字节范围是0到126。 B类IP地址第1个字节范围是128到191。 C类IP地址第1个字节范围是192到223。 D类IP地址第1个字节范围是224到239。 E类IP地址第1个字节范围是240到255。 ②IPv6零压缩规则与特殊地址：零压缩规则：每组十六进制数前面的0可以省略，连续多组0可以用双冒号::代替，但一个IPv6地址中只能使用一次双冒号。 回环地址是::1，相当于IPv4的127.0.0.1。 未指定地址是::。 ★【 即时互动】 教师提出问题，组织学生分组讨论：“教材中提到，私有IP地址只能在AS内部使用，不能用于Internet路由。请同学们讨论：如果一个公司内部使用了私有IP地址，那么公司内部的电脑还能不能访问互联网？如果可以，应该怎么做？” 学生前后桌4人为一组进行讨论。 每组派一名代表发言。 教师总结： “私有IP地址确实不能在公网直接路由。但是，公司内部的电脑仍然可以访问互联网，方法是：在公司连接公网的路由器上，将私有IP地址转换为公有IP地址，这个过程叫做网络地址转换（NAT）。教材后面会详细讲解。今天我们只需要记住：私有IP地址只能在内部使用，不能直接在公网上路由。” 讲解10：IPv4数据报概述 讲授：IPv4数据报分为首部和数据两部分。首部固定部分为20B，可变部分为0~40B。 讲解11：IPv4首部字段详解 讲授以下字段：版本（4位，值为0100）、首部长度（4位，单位4B）、区分服务（8位，默认0）、总长度（16位，最大65535B）、标识（16位，IP数据报ID）、标志（3位：DF和MF）、片偏移（13位，单位8B）。 讲授以下字段：生存时间TTL（8位，每跳减1）、协议（8位，常见协议号：ICMP=1，TCP=6，UDP=17，OSPF=89）、首部校验和（16位，反码求和）、源IP地址（32位）、目的IP地址（32位）、选项与填充。 讲解12：IPv4报文示例分析 展示图1-3-5 Wireshark抓取的IPv4报文，逐字段分析：0x45（版本4，首部长度20B）、0x00（区分服务）、0x003c（总长度60B）、0xb193（ID）、0x4000（DF=1，MF=0）、0x7f（TTL=127）、0x01（协议=ICMP）、0xaabe（校验和）、源IP 192.168.10.10、目的IP 192.168.20.20。 讲解13：IPv6数据报概述 讲授：IPv6数据报由基本首部和有效载荷（扩展首部+数据）组成。基本首部为40B。 讲解14：IPv6基本首部字段详解 讲授以下字段：版本（4位，值为0110）、区分服务（8位）、流标签（20位）、有效载荷长度（16位，最大65535B）、下一个首部（8位，协议号，如ICMPv6=58）、跳数限制（8位，类似TTL）、源IPv6地址（128位）、目的IPv6地址（128位）。扩展首部的6种类型（逐跳选项、源路由选择、分片与重装等）。 讲解15：IPv6报文示例分析 展示图1-3-7 Wireshark抓取的IPv6报文，逐字段分析：0x6000 0000（版本6，流标签0）、0x0028（有效载荷40B）、0x3a（下一个首部=58，即ICMPv6）、0xfe（跳数限制=254）、源IPv6地址 a1::a、目的IPv6地址 b2::b。 ★【背诵内容】 1、常见协议号 ICMP协议号为1。 TCP协议号为6。 UDP协议号为17。 OSPF协议号为89。 TTL每经过一个路由器转发就减1，减到0后不再转发。 2、IPv6基本首部 IPv6基本首部固定为40字节。 版本号为6。 下一个首部常见值：ICMPv6为58，TCP为6，UDP为17。 跳数限制类似IPv4的TTL，每转发一次减1，减到0后不再转发。 ★【即时互动】 教师提出问题，组织学生分组讨论：“报文的总长度为0x003c（60字节），首部长度为20字节。请同学们讨论：如果这个IP数据报需要封装到一个数据链路层帧中，而数据链路层规定每个帧最多只能携带50字节的数据，那么这个IP数据报还能直接发送吗？如果不能，应该怎么处理？” 学生前后桌4人为一组进行讨论， 每组派一名代表发言。 教师总结： “这个IPv4数据报总长度为60字节，首部20字节，数据部分为40字节。如果数据链路层的MTU只有50字节，那么这个IP数据报无法直接封装发送。解决办法是：将IP数据报分片。教材中讲到，‘标志’字段中的DF位为0表示可分片，MF位表示后面是否还有分片，‘片偏移’字段指明分片数据在原报文中的位置。分片后的每个小片都可以单独传输，到达目的地后再重组。这就是IP数据报的分片与重组机制。” 板块一： 1.听讲，记笔记 2. 听讲，记录重点 3. 听讲，记录公式 4听讲，记录数据 5听讲，记忆三个私有6听讲，记录 7听讲，练习缩写 8听讲，理解计算过程 9听讲，对照表1-3-1 10齐声背诵 11学生讨论，代表发言 板块二： 1. 听讲，对照教材图1-3-4 2. 听讲，记录各字段含义和位数 3. 听讲，记忆协议号 4.跟随教师分析报文，对照教材图示 5.听讲，对照教材图1-3-6 6.听讲，记录字段含义 7.跟随教师分析报文 8.齐声背诵 9.学生讨论，代表发言 板块一： 1.明确IP协议的地位和作用 2. 系统掌握IP地址分类 3. 理解网络地址和广播地址的作用 4了解IP地址资源的分布 5区分私有与公有地址 6理解掩码的作用和表示方法 7掌握IPv6地址的表示方法 8掌握IPv6网络地址计算方法 9了解IPv6地址类型和CIDR 10强化记忆 11理解私有IP地址的使用限制 板块二： 1. 建立IPv4数据报的整体结构认知 2. 系统掌握IPv4首部字段 3. 掌握IPv4关键字段 4.培养分析能力 5.建立IPv6数据报的整体结构认知 6.掌握IPv6数据报格式 7.加深理解 8强化记忆 9理解IP数据报长度与数据链路层MTU之间的关系 课堂练习 1、发放判断题4题，学生独立完成，公布答案，对组互批，举手统计错题。 2、出示判断题4题，公布答案，对组互批，举手统计错题。 3、题目要求写出完整启动顺序设置步骤，或诊断一段错误操作。请2名学生上台板演，教师对照PPT答案要点进行拓展点评。 课堂小结 一、IP地址 1. IP地址分类：A、B、C类为主类网络地址，D类组播，E类保留 2. 私有地址范围：10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.0.0/16，只能在内部使用。 3. 子网掩码：用于区分IP地址的网络位与主机位，与IP地址“与”运算。 4. IPv6地址：128位，十六进制表示，零压缩用::代替连续0。 二、IP数据报 1. IPv4数据报：首部固定20字节。关键字段：版本、TTL、协议、源IP、目的IP。 2. 常见协议号：ICMP=1，TCP=6，UDP=17，OSPF=89。 3. IPv6数据报：基本首部固定40字节。关键字段：版本、下一个首部、跳数限制、源IP、目的IP。 4. 下一个首部：ICMPv6=58，TCP=6，UDP=17。 课后作业 【基础作业】（全员完成） 熟练背诵本节课两处教材原话知识点，下节课随机抽查默写。 完成教材本节课课后原题，规范书写，不得漏题。 整理课堂练习错题，标注教材对应知识点页码。 【提升作业】（选做） 自行在教材中找出 3 个不同类别 IP 地址，标注类别、网络位与主机位。 尝试画出 IP 数据报结构简易示意图，标注关键字段名称。 板书设计 教学评价 教学反思 精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $