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第2课
开放互联--网络协议与标准
（清华大学版）七年级
上
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
我们应关注网络协议与标准的更新和发展趋势，推动新技术的研发和应用，自觉维护网络通信的安全和稳定。
能够将本课所学知识能力灵活性和个性化创新，可以利用各种数字化工具来设计、测试和优化网络协议与标准。
能借助网络协议与标准，我们可以更好地理解网络协议的工作原理，并对其进行优化和改进。
能够对网络协议与标准等形成初步认识，了解网络协议如何确保数据的可靠传输和安全保护。
02
新知导入
本课中你将学习:
互联网是如何诞生的
互联网为什么需要网络协议
网络协议与标准是如何达成的
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新知导入
受到ARPANET成功的影响，人们充分感受到了计算机网络的重要性。各机构也纷纷创建了属于自己的网络，但它们大多独自发展，彼此之间并没有连接。这些网络就像是一个个信息孤岛，只能在内部实现通信交流与资源共享。
02
新知导入
03
新知讲解
一、互联网的诞生
为了进一步扩大通信范围与计算资源共享，一些网络开始利用自身优势吸引更多的计算机与其他网络加入，由此诞生了互联网（图1.2.1）。人们开始进入网络与网络进行开放互联的新阶段。
图1.2.1 互联网
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新知讲解
阅读
互联网原指多个计算机网络通过互联之后，进而形成的新计算机网络，现大多泛指因特网。因特网（Internet）又称为国际互联网，是世界上最大、最开放的互联网，这一称谓现已较少使用。
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新知讲解
1.ARPANET 的贡献
虽然组建ARPANET最初只是用于军事，但为了更好地开展相关科学研究，它被迫向相关的高校、科研机构与军事实验室进行开放互联。在追求实现开放互联的过程中，科学家遇到了许多挑战，也由此创新并发展出很多新技术，这对未来互联网的形成与发展，起到了关键性的作用。与此同时，ARPANET也逐渐成为实现资源共享与协同研究的重要工具，这对开放、共享、创新与合作等互联网理念的形成产生了深远的影响。
出于军事通信安全与科学技术研究的双重需要，ARPANET于1983年分割为军事与民用两部分。
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新知讲解
民用部分继续延用ARPANET名称，并支持与其他网络进行广泛连接，以便于科学家开展更大范围的协同研究ARPANET曾通过卫星将网络连接范围覆盖到挪威、英国伦敦与美国夏威夷等地，成为世界上首个实现国际互联的计算机网络，因此被视作因特网的前身。
03
新知讲解
2.NSFNET 的崛起
ARPANET可以让相距很远的科学家一起共享数据并开展协同研究，因此对当时的科学研究工作产生了巨大影响。但由于大部分高校不具备加入资格而被排除在外，美国国家科学基金会就利用ARPANET的核心技术与相关标准，自行创建了横跨全美的国家科学基金会网络（nationalsciencefoundation network, NSFNET ）。
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新知讲解
由于NSFNET连接了多个可以共享的超级计算机中心，网速比ARPANET快，并向全社会开放，因此有很多学术团体、企业与政府机构等组织的网络主动加入。到了20世纪80年代末，并入NSFNET的子网数量越来越多，其规模与影响力开始超越ARPANET，因而成为互联网中最为重要的主干网。
03
新知讲解
探索
请查阅更多资料，了解什么是互联网的主干网。
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新知讲解
互联网的主干网（Internet Backbone）是指构成互联网基础结构的高容量、高速网络连接。这些主干网通常由大型互联网服务提供商（ISP）、电信公司和其他网络运营商拥有和维护，负责在全球范围内传输大量的数据流量。
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知识拓展
关于互联网的应用。
社交媒体：如Facebook、Twitter、Instagram等，改变了人们的沟通方式和信息传播。
电子商务：如Amazon、Alibaba等平台，推动了在线购物和支付的普及。
云计算：如AWS、Google Cloud等，提供了存储和计算资源的远程访问，改变了企业的IT基础设施。
03
知识拓展
关于互联网的应用。
搜索引擎：百度、谷歌（Google）等，主要功能：帮助用户快速找到互联网上的信息。
社交媒体：微信、微博等，发布状态更新、图片、视频等内容，与其他用户互动、分享和评论。
在线学习平台：中国大学MOOC、edX等，提供各类在线课程，用户可以随时随地进行学习。
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新知讲解
二、网络协议与标准的形成
网络协议是计算机网络为实现数据交换而建立起来的一系列规则、标准或约定的集合。它既定义了如何收发数据与处理错误，也约定了通信线路上传输数据的标准，是网络中所有设备都要共同遵守的基本准则。
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新知讲解
阅读
标准分为事实标准与法律标准两类。事实标准是指没有被官方组织批准，但却被广泛采用的标准；法律标准是指那些已经被官方组织认可的标准。
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新知讲解
1.网络协议的诞生
在创建 ARPANET之初，科学家就面临着巨大挑战。四所高校的计算机都不尽相同，导致彼此无法直接通信。科学家通过编写一个专用软件方式解决了这个问题。由于该软件成功地实现将两台不同计算机进行直接通信，因此被称为网络控制协议（networkcontrolprotocol.NCP）。
NCP诞生之后，ARPANET就有了运营标准，但也意味着只有符合该标准的计算机才能加入。由于那个时代计算机种类繁多，因此有很多计算机无法加入。另外ARPANET规模变大之后，NCP的不足开始显现。信息发送目标的定位开始变难，也没有配套的传输纠错机制，因此NCP一直在不断地改进。
03
新知讲解
阅读
让计算机并网通信，必须要解决以下三个基本问题：
一、是要提供有线或无线的物理介质进行连接；
二、是要知道对方在网络中的具体位置；
三、是要使用统一的标准与规则进行收发数据。
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新知讲解
后来其他机构也纷纷组建了自己的计算机网络，ARPANET开始着手研究不同网络之间的连接问题，如图1.2.2所示。因为CP并不能解决网际连接问题,于是科学家提出了“开放的网络架构”的新设想，它允许互联网中的每个子网既保持原有的独立性，又彼此地位平等，没有主次之分。
图1.2.2 不同网络之间的连接
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新知讲解
在该思想的指导下，传输控制协议（transmissioncontrolprotocol，TCP）正式诞生，其支持网际连接。1977年分组无线电网、分组卫星网与ARPANET 三种不同的网络，在TCP的支持下成功实现了连接。TCP/IP是当前使用最广泛的计算机网络协议。
03
新知讲解
探索
请验证在没有TCP/IP 支持的情况下，计算机网络的连接情况。取消计算机 TCP/IP 的操作，如图 1.2.3 所示。
图1.2.3 取消TCP/IP
03
新知讲解
1. 串行通信：使用串口连接两台计算机，通过串行通信协议（如RS-232）进行数据传输。可以通过发送和接收简单的字符或数据包来验证连接。
2. 局域网协议：在局域网中，可以使用其他网络协议，如NetBEUI、IPX/SPX等，来进行计算机之间的通信。通过这些协议可以验证网络连接。
3. 直接连接：使用交叉网线将两台计算机直接连接，配置静态IP地址（如果不使用TCP/IP，可以选择其他协议），然后尝试进行数据传输。
4. 物理层测试：使用网络测试仪器检查物理连接是否正常，包括电缆的连通性和信号质量。
03
新知讲解
2.TCP/IP 协议族的胜出
TCP诞生不久后，也暴露出了它的设计缺陷。仅靠一种协议解决所有问题会导致自身变得异常复杂，从而不利于对协议进行升级与维护。于是科学家就按照分层解决的思路进行了简化，将原 TCP拆分为保留分段、重装与差错检测等功能的新TCP与负责处理数据包路由选择的互联网协议（intermet protocol，IP）两种协议。同时科学家还针对新的问题与需求，不断研制出其他众多的网络协议。在经过多年的实践检验、筛选淘汰与迭代更新之后，这些网络协议被集体命名为TCP/IP协议族，简称TCP/IP，如图1.2.4所示。
03
新知讲解
TCP/IP协议族可分为网际协议、路由控制协议、传输协议与应用协议，每类又由多种功能各不相同的协议构成，以解决数据从传输到应用过程中的各种问题或需求。TCP/IP于1978年成为OSI(open system interconnect，开放系统互联)国际标准，并于1983年全面取代NCP成为ARPANET的标准协议。使所有使用 TCP/IP的计算机都能利用互联网实现相互通信，于是人们把1983年视作互联网正式诞生的时间。
图1.2.4 TCP/IP 协议族
03
新知讲解
探索
请查阅资料，了解什么是 OSI国际标准，并尝试掌握它都包含哪些标准。
03
新知讲解
OSI（开放系统互联）模型是由国际标准化组织（ISO）制定的一种网络通信标准，它为不同的计算机系统之间的通信提供了一个通用的框架。OSI模型将网络通信分为七个层次，每一层都有其特定的功能和标准。
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新知讲解
1. 应用层（Application Layer）：这一层直接与用户交互，提供网络服务给应用程序。
2. 表示层（Presentation Layer）：这一层负责数据的格式化、加密和解密。它确保发送方和接收方能够理解彼此的数据格式。
3. 会话层（Session Layer）：这一层管理会话的建立、维护和终止。
4. 传输层（Transport Layer）：这一层负责数据的传输和错误检测，确保数据完整性和顺序。
03
新知讲解
5. 网络层（Network Layer）：这一层负责数据包的路由和转发，确保数据能够从源地址传送到目标地址。
6. 数据链路层（Data Link Layer）：这一层负责在物理网络上建立、维护和拆除连接，处理物理地址（如MAC地址）和错误检测。
7. 物理层（Physical Layer）：这一层涉及到物理媒介的传输，定义了电气信号、传输速率和物理连接等。
03
新知讲解
3.未来的发展趋势
跟NCP的命运相似，现有的TCP/IP也不是一成不变的。随着信息科技的进步、网络规模的扩大与上网用户需求的变化，互联网也会不断演化与创新，因此 TCP/IP必须随之发展，否则可能会被新的网络协议与标准替换。
03
知识拓展
网络协议和其他协议有哪些？
网络协议：
1.HTTP (超文本传输协议)：用于网页浏览。
2.HTTPS (安全超文本传输协议)：HTTP安全版本，使用SSL/TLS加密。
3.FTP (文件传输协议)：用于文件的上传和下载。
4.SMTP (简单邮件传输协议)：用于发送电子邮件。
5.POP3 (邮局协议版本3)：用于接收电子邮件。
6.DNS (域名系统)：用于将域名解析为IP地址。
03
知识拓展
网络协议和其他协议有哪些？
其他协议：
DHCP (动态主机配置协议)：用于动态分配IP地址。
ARP (地址解析协议)：用于将IP地址解析为MAC地址。
SNMP (简单网络管理协议)：用于网络设备的管理和监控。
04
课堂练习
电子邮件服务是模仿信件的寄收过程，并基于SMTP/POP3 实现，如图1.2.5所示。SMTP/POP3 是TCP/IP 协议族中的应用协议。请查阅更多关于电子邮件的工作原理，解读SMTP/POP3的具体作用，并向大家汇报分享。
挑战
图1.2.5 电子邮件服务与SMTP/POP3
04
课堂练习
挑战
工作原理：
1. 邮件客户端：用户通过邮件客户端（如Outlook、Thunderbird等）撰写邮件。
2. 邮件发送：当用户点击“发送”时，邮件客户端使用SMTP协议将邮件发送到邮件服务器。
3. 邮件服务器：邮件服务器接收到邮件后，会将其存储在发件人的邮箱中，并根据收件人的地址将邮件转发到收件人的邮件服务器。
04
课堂练习
挑战
4. 邮件接收：收件人使用邮件客户端通过POP3或IMAP（互联网消息访问协议）从邮件服务器下载邮件。
5. 邮件读取：收件人可以在邮件客户端中查看和管理收到的邮件。
SMTP是用于发送电子邮件的协议。它负责将邮件从发件人的邮件客户端传输到邮件服务器，或在邮件服务器之间转发邮件。
POP3是用于接收电子邮件的协议。它允许用户从邮件服务器下载邮件到本地计算机。
05
拓展延伸
网络协议与标准的实际应用。
TCP（传输控制协议）：面向连接的协议，确保数据包的可靠传输。
UDP（用户数据报协议）：适用于对速度要求高但对可靠性要求低的应用，如视频流和在线游戏。
IP（互联网协议）：负责数据包的寻址和路由，分为IPv4和IPv6两种版本。
HTTP/HTTPS：超文本传输协议，HTTPS是其安全版本，使用SSL/TLS加密。
05
拓展延伸
关于互联网的网络安全标准和管理协议。
网络通信：网络协议和标准确保网络通信顺利进行。无论是浏览网页、发送电子邮件等操作，都需要依赖特定的网络协议和标准来实现。
网络安全：网络协议和标准在网络安全方面也发挥着重要作用。例如，SSL/TLS协议用于在网络上进行安全的通信，提供数据加密和认证功能；IPSec等协议则用于保护IP数据包的安全传输。
05
拓展延伸
关于互联网的网络安全标准和管理协议。
网络管理：网络协议和标准还帮助网络管理员对网络进行管理和维护。例如，SNMP（简单网络管理协议）允许网络管理员远程监控和管理网络设备；OSPF（开放最短路径优先）等路由协议则用于网络中路由选择和路径优化。
05
拓展延伸
TCP/IP的模型有哪几层？
网络接口层：对应OSI的物理层和数据链路层，负责数据的物理传输和帧的封装。它定义了如何在物理媒体上传输数据，例如以太网、Wi-Fi等。
网络层：对应OSI的网络层，负责IP寻址和路由选择。网络层负责实现不同网络之间的路由和转发功能。它使用的协议主要是IP协议和ICMP协议等。
05
拓展延伸
TCP/IP的模型有哪几层？
3. 传输层：对应OSI的传输层，负责端到端的通信和数据传输控制，传输层负责在网络上的不同主机之间提供端到端的通信。它主要使用两个协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。
4. 应用层：应用层是最靠近用户的一层，它提供网络服务和应用程序之间的通信，对应OSI的会话层、表示层和应用层，负责为用户提供网络服务。常见的协议有HTTP、FTP、SMTP、DNS等。
06
课堂总结
1
引入新知内容
开放互联--网络协议与标准
2
互联网的诞生
3
网络协议与标准的形成
4
进行课堂练习
5
进行相关知识拓展
1
2
3
4
5
07
板书设计
开放互联--网络协议与标准
1.进行新知引入
2.学习新知讲解
3.完成课堂练习
4.进行知识拓展
08
课后作业
01
课后和同学一起，使用SMTP/POP3编辑一封电子邮件发送并接收，巩固本课所学知识的。
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

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