An Introduction to Computer Networks

691 Pages·5.265 MB·English

by  Dordal P.

An Introduction to Computer Networks
Release 1.8.16
Peter L Dordal
December31,2015

CONTENTS
0 Preface 3
0.1 Licensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
0.2 ClassroomUse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
0.3 ProgressNotes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
0.4 Technicalconsiderations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
0.5 RecentChanges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
0.6 FuturePlans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1 AnOverviewofNetworks 9
1.1 Layers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2 DataRate,ThroughputandBandwidth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3 Packets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4 DatagramForwarding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.5 Topology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.6 RoutingLoops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.7 Congestion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.8 PacketsAgain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.9 LANsandEthernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.10 IP-InternetProtocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.11 DNS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.12 Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.13 Firewalls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.14 NetworkAddressTranslation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.15 SomeUsefulUtilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.16 IETFandOSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.17 BerkeleyUnix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.18 Epilog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.19 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2 Ethernet 39
2.1 10-MbpsClassicEthernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2 100Mbps(Fast)Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.3 GigabitEthernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.4 EthernetSwitches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.5 SpanningTreeAlgorithmandRedundancy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.6 VirtualLAN(VLAN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
i
2.7 Epilog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.8 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3 OtherLANs 65
3.1 VirtualPrivateNetwork . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.2 CarrierEthernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.3 TokenRing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.4 VirtualCircuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.5 AsynchronousTransferMode: ATM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.6 AdventuresinRadioland. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.7 Wi-Fi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.8 WiMAXandLTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.9 FixedWireless . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.10 Epilog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.11 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4 Links 103
4.1 EncodingandFraming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.2 Time-DivisionMultiplexing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
4.3 Epilog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.4 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
5 Packets 115
5.1 PacketDelay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
5.2 PacketDelayVariability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
5.3 PacketSize . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.4 ErrorDetection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.5 Epilog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.6 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
6 AbstractSlidingWindows 129
6.1 BuildingReliableTransport: Stop-and-Wait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.2 SlidingWindows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
6.3 LinearBottlenecks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
6.4 Epilog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
6.5 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
7 IPversion4 149
7.1 TheIPv4Header . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
7.2 Interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
7.3 SpecialAddresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
7.4 Fragmentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
7.5 TheClasslessIPDeliveryAlgorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
7.6 IPv4Subnets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
7.7 DNS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
7.8 AddressResolutionProtocol: ARP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
7.9 DynamicHostConfigurationProtocol(DHCP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
7.10 InternetControlMessageProtocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
ii
7.11 UnnumberedInterfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
7.12 MobileIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
7.13 Epilog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.14 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
8 IPversion6 181
8.1 TheIPv6Header . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
8.2 IPv6addresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
8.3 NetworkPrefixes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
8.4 IPv6Multicast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
8.5 IPv6ExtensionHeaders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
8.6 NeighborDiscovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
8.7 IPv6HostAddressAssignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
8.8 GloballyExposedAddresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
8.9 ICMPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
8.10 IPv6Subnets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.11 UsingIPv6andIPv4Together . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
8.12 IPv6ExamplesWithoutaRouter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
8.13 IPv6ConnectivityviaTunneling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.14 IPv6-to-IPv4connectivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
8.15 Epilog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
8.16 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
9 Routing-UpdateAlgorithms 207
9.1 Distance-VectorRouting-UpdateAlgorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
9.2 Distance-VectorSlow-ConvergenceProblem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
9.3 ObservationsonMinimizingRouteCost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
9.4 Loop-FreeDistanceVectorAlgorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
9.5 Link-StateRouting-UpdateAlgorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
9.6 RoutingonOtherAttributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
9.7 Epilog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
9.8 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
10 Large-ScaleIPRouting 229
10.1 ClasslessInternetDomainRouting: CIDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
10.2 HierarchicalRouting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
10.3 LegacyRouting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
10.4 Provider-BasedRouting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
10.5 GeographicalRouting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
10.6 BorderGatewayProtocol,BGP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
10.7 Epilog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
10.8 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
11 UDPTransport 259
11.1 UserDatagramProtocol–UDP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
11.2 FundamentalTransportIssues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
11.3 TrivialFileTransportProtocol,TFTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
11.4 RemoteProcedureCall(RPC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
iii
11.5 Epilog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
11.6 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
12 TCPTransport 285
12.1 TheEnd-to-EndPrinciple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
12.2 TCPHeader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
12.3 TCPConnectionEstablishment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
12.4 TCPandWireShark . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
12.5 TCPsimplex-talk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
12.6 TCPstatediagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
12.7 TCPOldDuplicates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
12.8 TIMEWAIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
12.9 TheThree-WayHandshakeRevisited . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
12.10 AnomalousTCPscenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
12.11 TCPFasterOpening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
12.12 PathMTUDiscovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
12.13 TCPSlidingWindows. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
12.14 TCPDelayedACKs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
12.15 NagleAlgorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
12.16 TCPFlowControl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
12.17 SillyWindowSyndrome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
12.18 TCPTimeoutandRetransmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
12.19 KeepAlive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
12.20 TCPtimers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
12.21 VariantsandAlternatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
12.22 Epilog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
12.23 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
13 TCPRenoandCongestionManagement 319
13.1 BasicsofTCPCongestionManagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320
13.2 SlowStart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
13.3 TCPTahoeandFastRetransmit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
13.4 TCPRenoandFastRecovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
13.5 TCPNewReno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
13.6 SACKTCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
13.7 TCPandBottleneckLinkUtilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
13.8 SinglePacketLosses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
13.9 TCPAssumptionsandScalability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
13.10 TCPParameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
13.11 Epilog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340
13.12 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
14 DynamicsofTCPReno 345
14.1 AFirstLookAtQueuing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
14.2 BottleneckLinkswithCompetition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
14.3 TCPFairnesswithSynchronizedLosses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
14.4 NotionsofFairness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
14.5 TCPRenolossrateversuscwnd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
iv
14.6 TCPFriendliness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
14.7 AIMDRevisited . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
14.8 ActiveQueueManagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
14.9 TheHigh-BandwidthTCPProblem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369
14.10 TheLossy-LinkTCPProblem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
14.11 TheSatellite-LinkTCPProblem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
14.12 Epilog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
14.13 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
15 NewerTCPImplementations 379
15.1 High-BandwidthDesiderata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
15.2 RTTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
15.3 HighspeedTCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
15.4 TCPVegas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382
15.5 FASTTCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
15.6 TCPWestwood . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
15.7 TCPVeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
15.8 TCPHybla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
15.9 TCPIllinois . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
15.10 H-TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
15.11 TCPCUBIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392
15.12 Epilog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396
15.13 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
16 NetworkSimulations: ns-2 403
16.1 Thens-2simulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
16.2 ASingleTCPSender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
16.3 TwoTCPSendersCompeting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417
16.4 TCPLossEventsandSynchronizedLosses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
16.5 TCPRenoversusTCPVegas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
16.6 WirelessSimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
16.7 Epilog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
16.8 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
17 Thens-3NetworkSimulator 455
17.1 InstallingandRunningns-3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455
17.2 ASingleTCPSender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456
17.3 Wireless . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464
17.4 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
18 QueuingandScheduling 471
18.1 QueuingandReal-TimeTraffic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
18.2 TrafficManagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472
18.3 PriorityQueuing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472
18.4 QueuingDisciplines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473
18.5 FairQueuing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474
18.6 ApplicationsofFairQueuing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486
18.7 HierarchicalQueuing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487
v
18.8 HierarchicalWeightedFairQueuing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
18.9 TokenBucketFilters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496
18.10 ApplicationsofTokenBucket. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501
18.11 TokenBucketQueueUtilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
18.12 HierarchicalTokenBucket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
18.13 FairQueuing/TokenBucketcombinations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506
18.14 Epilog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
18.15 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
19 QualityofService 513
19.1 NetNeutrality. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514
19.2 WheretheWildQueuesAre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514
19.3 Real-timeTraffic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515
19.4 IntegratedServices/RSVP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517
19.5 GlobalIPMulticast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
19.6 RSVP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522
19.7 DifferentiatedServices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524
19.8 REDwithInandOut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528
19.9 NSIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528
19.10 ComcastCongestion-ManagementSystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
19.11 Real-timeTransportProtocol(RTP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530
19.12 Multi-ProtocolLabelSwitching(MPLS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
19.13 Epilog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
19.14 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
20 NetworkManagementandSNMP 539
20.1 NetworkArchitecture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541
20.2 SNMPBasics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541
20.3 SNMPNamingandOIDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
20.4 MIBs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544
20.5 SNMPv1DataTypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545
20.6 ASN.1SyntaxandSNMP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546
20.7 SNMPTables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 547
20.8 SNMPOperations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551
20.9 MIBBrowsing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 556
20.10 MIB-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
20.11 SNMPv1communitiesandsecurity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565
20.12 SNMPandASN.1Encoding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567
20.13 SNMPv2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569
20.14 TableRowCreation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580
20.15 SNMPv3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 588
20.16 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597
21 Security 601
21.1 Code-ExecutionIntrusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602
21.2 StackBufferOverflow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603
21.3 HeapBufferOverflow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612
21.4 NetworkIntrusionDetection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617
vi
21.5 SecureHashes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 618
21.6 Shared-KeyEncryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620
21.7 Diffie-Hellman-MerkleExchange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629
21.8 Public-KeyEncryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631
21.9 SSHandTLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635
21.10 Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645
22 Bibliography 649
23 SelectedSolutions 651
Indicesandtables 657
Bibliography 659
Index 667
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viii