《TCP IP协议》教学设计

（1）端口有公用端口和临时端口两种。
公用端口受Internet号码分配权威机构IANA分配和控制，在大多数系统上只能被系统进程或者拥有特权的用户执行的程序所使用，以便于用户能够在没有配置信息的情况下找到服务器。
临时端口可以为大多数系统用户开发的常规程序所使用。每个用户进程都由运行它的主机分配一个临时端口号，该端口号在它需要这个进程的期间内一直存在。临时端口号通常在1024到65535之间。
教学环节
及组织
1．新课引入
通过复习前两节课的内容，提出TCP/IP网络层和传输层协议。
2．讲授新课
第6章TCP/IP协议
（三）TCP/IP网络层协议
（1）IP协议
（2）其他协议
（四）TCP/IP传输层协议
（1）端口与套接字
（2）TCP协议
（3）UDP协议
3．提问与讨论
TCP协议与UDP协议的优缺点各有哪些？
第一次：主动参与方（可称为客户端）发送一个标志SYN=1的数据段给被动参与方（可称为服务器端），并声明其使用的初始顺序号X。
第二次：服务器端接收到请求后，发回ACK=1的连接确认数据段，其确认号为X+1，同时服务器端也发送标志SYN=1的数据段，并声明它使用的初始顺序号Y。
第三次：客户端发送ACK=1的确认数据段，其确认号为Y+1，以确认服务器端的顺序号Y。
窗口和窗口通告可以有效地控制TCP的数据传输流量，使发送方发送的数据不会溢出接收方的缓冲空间。
6.4.3UDP协议
UDP建立在IP协议的基础上，它提供了与IP协议相同的面向无连接的、不可靠传输服务。UDP协议不使用确认信息对数据段的到达进行确认，不能保证数据段到达的顺序，也不能向发送端反馈信息进行流量控制，因而会出现数据段丢失现象。由于UDP的简单性，采用UDP协议的应用程序可以高效地传输数据，例如流式多媒体、因特网电话等，其可靠性可以有应用程序来解决。
难点
IP、TCP、UDP协议的工作原理
教学方法
讲授、演示
教学手段
多媒体教学
教参
《计算机网络基础》(自编教材)
教学内容
第6章TCP/IP协议
6.3TCP/IP网络层协议
6.3.1IP协议
IP协议定义了IP数据报格式，并且对数据报寻址和路由、数据报分片和重组、差错控制和处理等做出了具体规定。
1.IP数据报格式
4.TCP的确认与重传
为了保证TCP协议传输的可靠性，TCP采用了“确认”和“重传”技术。为了提高系统确认的效率，TCP采用了“滑动窗口”技术。
基本思想是：首先确定发送双方协商一个窗口的大小，并规定只有位于这个窗口中的数据段才可以被发送出去。其次，当收到接收方对窗口中第一个数据段的确认信息后，窗口就向后滑动一个数据段。在规定时间内接收方若没有收到窗口中第一个数据段的确认消息，则重传窗口中第一个数据的多路复用/多路分解。
顺序号：用于标识当前数据段在发送方的数据流中的位置号。
确认号：用于标识将要接收的下一个数据段的序号。
头部长度：说明数据段头部的长度。
保留：保留为将来使用。
标志：说明数据段的目的和内容。其中URG=1表示紧急数据指针字段可用；ACK=1表示确认字段可用；PSH=1表示本数据段紧急请求操作；RST=1表示连接复位；SYN=1表示序号同步；FIN=1表示发送方请求终止连接。
（2）套接字是用于通信协议的几种应用编程接口API之一。
套接字是一种特殊的文件句柄，被一个进程用来向操作系统请求网络服务。一个套接字地址是一个三元组<协议，本地地址，本地进程>，例如<TCP，202.202.26.202，12345>。当两个进程进行通信时形成一个会话连接。会话连接是一个五元组<协议，本地地址，本地进程，外部地址，外部进程>，它完整地规定了构成该连接的两个进程，例如<TCP，202.202.26.202，12345，202.202.26.3，21>。
TCP/IP协议
授课日期
专业班次
教学课题
TCP/IP协议
教学时数
2学时
知识目标
1.理解IP协议工作原理和特点。
2.理解TCP、UDP协议工作原理和特点。
能力目标
1.理解IP协议工作原理和特点。
2.理解TCP、UDP协议工作原理和特点。
重点
1.理解IP协议工作原理和特点。
2.理解TCP、UDP协议工作原理和特点。
2.IP互联网层提供的服务特点：
（1）不可靠的数据投递服务。
（2）面向无连接的传输服务。
（3）尽最大努力投递服务。
6.3.2其他协议
1.ICMP协议
因特网控制消息协议ICMP（Internet Control Message Protocol）为IP协议提供了差错控制、网络拥塞控制和路由控制等功能。
5.TCP的流量控制
TCP使用窗口机制进行流量控制。
当一个连接建立时，连接的每一端分配一块缓冲区来存储接收到的数据，并将缓冲区的尺寸发送给另一端。当数据到达时，接收方发送确认，其中包含了自己剩余的缓冲区尺寸。这个剩余缓冲区空间的数量叫做窗口，接收方在发送的每一确认中都含有一个窗口通告（非零的窗口通告、零窗口通告）。
4．课后小结
IP协议与TCP协议的原理、特点。
课外作业
思考题
TCP的“三次握手”过程是如何进行的？
课后评析
接收方窗口大小：说明接收方缓冲区的大小。
校验和：说明该数据段的校验和，包括数据段头部和数据部分。
紧急数据指针：说明紧急数据在数据段中的位置。
选项：是一个可选的变长字段，它提供给发送方和接收方协商最大的数据段尺寸等的设置方法。
3.TCP连接的建立与关闭
为确保连接建立和关闭的可靠性，TCP使用“三次握手”算法实现客户端和服务器端的消息交换。“三次握手”建立连接的过程描述如下：
IP数据报格式如教材图6-6所示：
（1）版本：给出了该数据报的IP协议的版本。
（2）报头长度：由于IPv4数据报可以包含可变数量的IP选项，所以这4比特用来确定IP数据报中的数据的起始位置。大多数IP数据报不包含IP选项，所以通常的IP数据报都有一个20字节长度的报头。
（3）服务类型（TOS）：服务类型字段使得不同服务要求的报文在传送过程中可以区别处理，特别是在网络发生超载时。
（10）选项字段：选项字段允许IP报头被扩充。该字段时可选的，它导致了数据报报头长度的不确定性，使得在路由器中对IP数据报的处理所需要的时间差别很大。为了提高路由器和主机上的IP数据报处理性能，IPv6报头中舍弃了IP选项字段。
（11）数据（有效载荷）：该字段是IP数据报中的最重要的字段——数据。在大多数环境下，IP数据报的数据字段包含着传输层的要发送到目的端的数据段（TCP或UDP）。数据字段也可以携带其他类型的数据，例如ICMP信息。
（7）上层协议：该字段仅仅当IP数据报到达最终目的地时才被使用，其值给出了本IP数据报中的数据部分将被传送到的目的地的传输层协议（或上层协议）。
（8）报头校验和：该字段可以帮助路由器发现接收到的IP数据报中的比特错误，它将报头中的每两个字节作为一个数字并用反码的形式计算这些数字的和。
（9）源端和目的端的IP地址：IP数据报中的这两个字段携带着源端和目的端的32比特IP地址。
6.4.2TCP协议
TCP协议是TCP/IP协议簇中最重要的协议之一，它向高层应用提供了面向连接的可靠的数据流传输服务。传输层的协议数据单元称为数据段。
1. TCP提供的服务有如下几个特征：
（1）面向连接
（2）完全可靠性
（3）全双工通信
（4）数据流接口
（5）连接的可靠建立与关闭
2. TCP数据段结构（如教材图6-8所示）
2.ARP和RARP
地址转换协议ARP用于查找与给定IP地址对应的主机的网络物理地址。
反向地址转换协议RARP用于解决网络物理地址到IP地址的转换。
6.4TCP/IP传输层协议
6.4.1端口与套接字
网络进程间的通信需要确定给定主机上的哪个本地进程使用了哪种协议与哪台远程主机上的哪个进程进行了通信。端口和套接字概念提供了一种以统一的方式惟一地标识连接以及参与连接的程序和主机的方法。
（4）数据报长度：是以字节为单位的IP数据报的总长度（即报头长度+数据长度）。数据报一般都小于1500字节。
（5）标识符、标志和分片偏移量：这三个字段与IP分片有关。
（6）生存时期（TTL）：TTL字段用来保证数据报不会在网络中永远传播。当每次数据报经过一个路由器的处理时，TTL值就会减少。如果TTL值变为0，该数据报就被抛弃。