本项目通过介绍网络互联参考模型、TCP/IP协议等基本知识，通过项目训练让读者了解计算机网络的数据通信过程，熟悉基于OSI模型的网络检测及故障排除方法的框架性知识。
一、教学目标
最终目标：掌握网络互联参考模型与TCP/IP协议相关知识，熟悉通信网络的数据传输过程，熟悉基于OSI模型的网络检测及故障排除方法。
促成目标：
1.熟悉OSI模型在网络通信中的作用和功能；
2.基于层次化网络互联参考模型，理解和掌握各类网络组件的特性和功能；
3.掌握OSI每一层的功能，熟悉各类网络组件与OSI模型的联系；
4.掌握网络通信中的数据封装及解封装过程；
5.掌握TCP/IP协议层次化模型；
6.熟悉可靠或不可靠的网络数据传输过程；
7.掌握网络层和数据链路层寻址；
8.熟悉网络检测和故障排除方法。
二、工作任务
1.熟悉网络通信参考模型，理解网络协议在网络中的作用；
2.根据通信原理组建数据通信网络，熟悉网络通信过程；
3.使用网络模拟软件Packet Tracer分析协议数据封装；
4.验证传输层可靠或不可靠的数据传输；
5.验证网络层和数据链路层寻址过程；
6.使用Wireshark网络协议分析软件分析网络；
7.使用网络模拟软件Packet Tracer实现网络设计、配置和故障排除；8.基于OSI模型或TCP/IP模型检测网络；
9.选择网络故障检测及排除方法(自上而下、自下而上、拆分(分治)等)。
模块1 了解数据通信过程
一、教学目标
最终目标：掌握组建基本的数据通信网络所必需的组件。
促成目标：
1.熟悉网络通信参考模型；
2.理解网络协议在网络中的作用；
3.连接网络组件和配置网络协议；
4.熟悉网络通信过程。
二、工作任务
1.熟悉OSI参考模型和TCP/IP协议在网络通信的作用；2.学习网络互联的组件，组建和配置简单的网络；
3.熟悉网络原理及通信过程；
4.通过Packet Tracer实现网络设计、配置和协议分析。
三、相关知识点
(一)OSI/RM参考模型
早期的网络发展在很多方面都缺乏组织性，80年代初网络数目和大小已快速增长，很多公司意识到使用网络技术带来的好处，并产生了许多新的网络技术。一些公司开始意识到网络快速膨胀带来的问题，因为不同的公司使用不同通信规范和工具来交换信息，那些网络技术被少数公司所控制，它们严格遵守着网络技术的专用性，使不同的网络之间无法实现通信。
针对网络之间不兼容的问题，国际标准化组织(ISO)为了解决适用于所有网络技术的规范而开始研究网络模型，基于网络模型帮助网络厂商建立各种网络技术相兼容的网络。
ISO于1984发行了OSI/RM(Open System Interconnection Basic Reference Model，开放式系统互联参考模型)，它为厂商提供了一套标准，在全球各式各样的网络技术产品之间保证了最大的兼容性和互操作性。
OSI/RM已成为当前最重要的网络通信模型，绝大部分网络厂商将他们的产品和OSI参考模型联系起来，将它看作在学习网络中发送和接收数据的最好工具。
在网络体系中的通信双方共同遵守许多约定和规范，这些约定和规范称为协议。网络协议是计算机通过网络通讯所使用的语言，是为网络通信中的数据交换制定的共同遵守的规范、标准和约定，是计算机网络软、硬件开发的依据。网络设备或终端之间必须使用相同协议(不同协议要经过转换)才能完成通讯。OSI参考模型是研究如何把开放式系统连接起来的标准，将网络分成七个层次，从高到低分别为：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。
1.第7层应用层(Application Layer)
应用层直接面向计算机终端用户。应用层的主要任务是为网络应用提供服务，例如文件服务、数据库服务、电子邮件等等。对于需要通信的不同应用来说，应用层的协议必须支持运行于不同计算机的进程进行通信，而这些进程则是为用户完成不同任务而设计的。由于每个应用有不同的要求，应用层的协议集在OSI/RM模型中并没有定义。应用层协议处理的PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元)为数据(Data)。
2.第6层表示层(Presentation Layer)
表示层主要负责以某种方式表示和解释数据。表示层将计算机内部的表示形式转换成网络通信中标准的表示形式，表示层关心的是所传送的信息的语法和语义，并涉及数据压缩和解压、数据加密和解密等工作。网络上主机可能采用不同的数据表示格式，所以需要在数据传输时进行数据格式的转换。例如在不同的机器上常用不同的代码来表示字符串(ASCII和EBCDIC)、整型数以及机器码等等。管理这些抽象数据结构，并在发送方将机器的内部编码转换为适合网上传输的传送语法以及在接收方做相反的转换等工作都是由表示层来完成的。
3.第5层会话层(Session Layer)
会话层主要任务是建立、管理和终止应用程序之间的会话和数据交换，使特定网络应用程序的多个实例得以共存。会话层是操作系统内核存在的主要的一层，它的会话层允许不同机器上的用户之间建立会话关系，允许进行类似传输层的普通数据的传送。会话层的管理对话控制服务允许信息同时双向传输，或任一时刻只能单向传输。会话层同步服务是在数据中插入同步点，每次网络出现故障后，仅仅重传最后一个同步点以后的数据。
4.第4层传输层(Transport Layer)
传输层的主要功能为向用户提供端到端的连接服务，与主机之间的传输问题相关，建立、维护、终止虚拟电路以实现数据可靠的传输、信息错误检测和接收及流量控制功能。传输层是计算机通信体系结构中最关键的一层，它实现网络中不同主机上的用户进程之间的数据通信，处理数据报差错、数据报次序以及其他一些关键传输问题。传输层决定最终对网络用户提供什么样的服务，还必须管理网络连接的建立和拆除。传输层需要有一种机制来调节信息流，使高速主机不会过快地向低速主机传送数据。传输层处理的PDU(Protocol DataUnit，协议数据单元)是段(Segments)。
5.第3层网络层(Network Layer)
网络层的主要功能是实现互联网络中的不同主机间的逻辑寻址和选择最佳路径将数据分组从源主机准确地送到目标主机。它可以提供在不同的网络介质上实现尽可能的分组传送传输。网络层使用数据链路层的服务将每个报文从源主机传输到目标主机。在网络环境中网络层还提供从源主机到目标主机的路由路径的选择。当分组不得不跨越多个网络时，网络层解决了网络设备的逻辑寻址或不同分组长度以及网络中的不同协议互联等问题，使异构网络互联成为可能。网络层的PDU是数据分组(Packets)。
6.第2层数据链路层(DataLink Layer)
数据链路层的主要功能是直接链路控制和介质访问。数据链路层提供了通过物理线路上实现数据的可靠传输，并在主机之间建立链路连接和路径选择。数据链路层完成了网络中相邻结点之间可靠的数据通信。在物理层提供的传输比特流服务的基础上通过传输以“帧”为单位的数据报，保持帧的有序以及发现检测到的各种错误，负责在结点间的线路上通过检测、流量控制等各种措施无差错地传送。使有差错的物理线路变成无差错的数据链路，保证可靠的数据传输。
为了保证数据的可靠传输，发送方把用户数据封装成帧，并按顺序传送各帧。由于物理线路的不可靠，因此发送方发出的数据帧有可能在线路上发生出错或丢失(所谓丢失实际上是数据帧的帧头或帧尾出错)，从而导致接收方不能正确接收到数据帧。为了保证能让接收方对收到的数据进行正确的判断，发送方为每个数据块计算出循环冗余检验(CRC)并加入到帧中，这样接收方就可以通过重新计算CRC来判断数据接收的正确性。一旦接收方发现收到的数据有错，则发送方必须重传这一帧数据。然而，相同帧的多次传送也可能使接收方收到重复帧。比如，接收方给发送方的确认帧被破坏后，发送方也会重传上一帧，此时接收方就可能收到重复帧。因此，数据链路层必须解决由于帧的损坏、丢失和重复所带来的问题。数据链路层的传输单元为帧(Frames)。
7.第1层物理层(Physical Layer)
物理层是参考模型的最低层，主要功能是在相邻结点之间实现比特流的传输。它定义了接口、连接器、线缆及通信介质的物理特性、过程和功能，并负责处理数据传输速率及监控数据出错率。物理层协议关心的典型问题是使用什么样的物理信号来表示数据“1”和“0”；一位持续的时间多长；数据传输是否可同时在两个方向上进行；最初的连接如何建立和完成通信后连接如何终止；物理接口(插头和插座)有多少针以及各针的用处。
物理层的设计主要涉及物理层接口的机械、电气、功能和过程特性，以及物理层接口连接的传输介质等问题。物理层的设计还涉及到通信工程领域内的一些问题。物理层的传输单元为比特(Bits)。
OSI模型的七层又可以划分为上下两大区域：上层(第7、6、5层)称为高层或应用高层，面向最终用户的软件程序或应用服务，主要用于处理应用程序问题，开发和设计网络程序和应用协议以利用网络资源。下层(第4、3、2和1层)称为数据流层或网络流层，主要包括网络联网的设备和线缆及通信协议等。OSI模型的下层是处理数据传输的，物理层和数据链路层应用在硬件和软件上。物理层最接近物理网络媒介并负责在媒介上发送数据。
如果网络中一个主机需要发送数据到另一个主机，数据一旦被应用层的应用程序或服务创建并开始进行发送准备，它则开始从应用层向下传递到其他层。基于每一层实现的特定服务而改变数据的打包和数据流的交换方式。
(二)TCP/IP参考模型
TCP/IP是Internet网络使用的一种网络协议，TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)规定了一种可靠的数据信息传输服务；IP(Internet Protocol，互联网协议)是支持网间互联的数据报协议。它提供了网间连接的完善功能，包括IP数据报规定互联网络范围内的地址格式。TCP/IP协议把Internet网络系统描述成具有四层功能的网络模型：应用层、传输层、网络层和网络接口层。
1.应用层(Application Layer)
应用层对下层传上来的数据进行处理，许多应用程序都使用TCP/IP协议中的某个端口来实现应用程序进程之间的通信，如IE、OutlookEｘpress、CuteFTP等。应用层中也有可以直接接入各种类型网络的服务程序。应用程序利用这些服务程序可以与其他设备或者远距离的应用程序交流。在应用层中有许多类似的服务程序，常见的应用层协议有：简单文件传输协议(Trivial File Transfer Protocol，TFTP)、远程终端协议(Telnet)、简单邮件传输协议(Simple Mail Transfer Protocol，SMTP)、简单网络管理协议(Simple Network Management Protocol，SNMP)、域名系统(Domain NameService，DNS)。
2.传输层(Transport Layer)
传输层介于应用层和网络层之间，在终端节点之间提供端到端的连接，实现主机到主机的通信。使得应用层可以忽略网络的复杂传输过程，而把工作重点放在它的主要工作上。
在传输期间，它实现了重传机制、三次握手、校验和流量控制等功能。传输层由两个协议组成：TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)和UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)。
3.网络层(Internet Layer)
网络层用于对路径选择和包交换。它使用逻辑地址表来智能地决定路径的选择和实现包的交换。网络层使得从源网络发出的数据报可以高效地传送到目标网络，它的工作过程是打开每个数据报，找到数据报要传送的目标地址，根据一张路由表来决定数据报的下一步去向。
