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Front coverTCP/IP Tutorial andTechnical OverviewUnderstand networking fundamentalsof the TCP/IP protocol suiteIntroduces advanced conceptsand new technologiesIncludes the latestTCP/IP protocolsLydia ParzialeDavid T. BrittChuck DavisJason ForresterWei LiuCarolyn MatthewsNicolas Rosselotibm.com/redbooks
International Technical Support OrganizationTCP/IP Tutorial and Technical OverviewDecember 2006GG24-3376-07
Note: Before using this information and the product it supports, read the information in“Notices” on page xvii.Eighth Edition (December 2006) Copyright International Business Machines Corporation 1989-2006. All rights reserved.Note to U.S. Government Users Restricted Rights -- Use, duplication or disclosure restricted by GSA ADPSchedule Contract with IBM Corp.
ContentsNotices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xviiTrademarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xviiiPreface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xixThe team that wrote this redbook. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxBecome a published author . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxiiComments welcome. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxiiiPart 1. Core TCP/IP protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1Chapter 1. Architecture, history, standards, and trends . . . . . . . . . . . . . . . 31.1 TCP/IP architectural model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.1.1 Internetworking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.1.2 The TCP/IP protocol layers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.1.3 TCP/IP applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.2 The roots of the Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.2.1 ARPANET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.2.2 NSFNET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.2.3 Commercial use of the Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.2.4 Internet2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.2.5 The Open Systems Interconnection (OSI) Reference Model . . . . . . 201.3 TCP/IP standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.3.1 Request for Comments (RFC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221.3.2 Internet standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241.4 Future of the Internet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261.4.1 Multimedia applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261.4.2 Commercial use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261.4.3 The wireless Internet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271.5 RFCs relevant to this chapter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Chapter 2. Network interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.1 Ethernet and IEEE 802 local area networks (LANs) . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.1.1 Gigabit Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.2 Fiber Distributed Data Interface (FDDI). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.3 Serial Line IP (SLIP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342.4 Point-to-Point Protocol (PPP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.4.1 Point-to-point encapsulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.5 Integrated Services Digital Network (ISDN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382.6 X.25 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Copyright IBM Corp. 1989-2006. All rights reserved.iii
2.7 Frame relay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.7.1 Frame format. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.7.2 Interconnect issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432.7.3 Data link layer parameter negotiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432.7.4 IP over frame relay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.8 PPP over SONET and SDH circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452.8.1 Physical layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.9 Multi-Path Channel (MPC ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.10 Asynchronous transfer mode (ATM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.10.1 Address resolution (ATMARP and InATMARP) . . . . . . . . . . . . . . . 472.10.2 Classical IP over ATM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502.10.3 ATM LAN emulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562.10.4 Classical IP over ATM versus LAN emulation. . . . . . . . . . . . . . . . . 592.11 Multiprotocol over ATM (MPOA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602.11.1 Benefits of MPOA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602.11.2 MPOA logical components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612.11.3 MPOA functional components. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622.11.4 MPOA operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632.12 RFCs relevant to this chapter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Chapter 3. Internetworking protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673.1 Internet Protocol (IP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683.1.1 IP addressing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683.1.2 IP subnets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723.1.3 IP routing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 773.1.4 Methods of delivery: Unicast, broadcast, multicast, and anycast . . . 843.1.5 The IP address exhaustion problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 863.1.6 Intranets: Private IP addresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 893.1.7 Network Address Translation (NAT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 893.1.8 Classless Inter-Domain Routing (CIDR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 953.1.9 IP datagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 983.2 Internet Control Message Protocol (ICMP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1093.2.1 ICMP messages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1103.2.2 ICMP applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1173.3 Internet Group Management Protocol (IGMP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1193.4 Address Resolution Protocol (ARP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1193.4.1 ARP overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1193.4.2 ARP detailed concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1203.4.3 ARP and subnets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1233.4.4 Proxy-ARP or transparent subnetting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1233.5 Reverse Address Resolution Protocol (RARP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1243.5.1 RARP concept. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1253.6 Bootstrap Protocol (BOOTP). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125ivTCP/IP Tutorial and Technical Overview
3.6.1 BOOTP forwarding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1293.6.2 BOOTP considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1303.7 Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1303.7.1 The DHCP message format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1323.7.2 DHCP message types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1343.7.3 Allocating a new network address. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1343.7.4 DHCP lease renewal process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1373.7.5 Reusing a previously allocated network address . . . . . . . . . . . . . . 1383.7.6 Configuration parameters repository . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1393.7.7 DHCP considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1393.7.8 BOOTP and DHCP interoperability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1403.8 RFCs relevant to this chapter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140Chapter 4. Transport layer protocols. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1434.1 Ports and sockets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1444.1.1 Ports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1444.1.2 Sockets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1454.2 User Datagram Protocol (UDP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1464.2.1 UDP datagram format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1474.2.2 UDP application programming interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1494.3 Transmission Control Protocol (TCP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1494.3.1 TCP concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1504.3.2 TCP application programming interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1644.3.3 TCP congestion control algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1654.4 RFCs relevant to this chapter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170Chapter 5. Routing protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1715.1 Autonomous systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1735.2 Types of IP routing and IP routing algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1745.2.1 Static routing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1755.2.2 Distance vector routing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1765.2.3 Link state routing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1775.2.4 Path vector routing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1785.2.5 Hybrid routing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1805.3 Routing Information Protocol (RIP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1805.3.1 RIP packet types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1805.3.2 RIP packet format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1815.3.3 RIP modes of operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1825.3.4 Calculating distance vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1825.3.5 Convergence and counting to infinity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1855.3.6 RIP limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1895.4 Routing Information Protocol Version 2 (RIP-2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1895.4.1 RIP-2 packet format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190Contentsv
5.4.2 RIP-2 limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1925.5 RIPng for IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1925.5.1 Differences between RIPng and RIP-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1935.5.2 RIPng packet format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1935.6 Open Shortest Path First (OSPF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1965.6.1 OSPF terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1965.6.2 Neighbor communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2055.6.3 OSPF neighbor state machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2065.6.4 OSPF route redistribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2085.6.5 OSPF stub areas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2105.6.6 OSPF route summarization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2115.7 Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP). . . . . . . . . . . . . . 2125.7.1 Features of EIGRP . . . . . . . .
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