Network Plus 2005 In Depth
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Network+™ 2005
In Depth
Tamara Dean
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ISBN: 1-59200-792-9
Library of Congress Catalog Card Number: 2005921045
Printed in the United States of America
05 06 07 08 09 BH 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
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To Andrew, for everything
Contents
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
xvii |
Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
xxii |
Photo Credits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
xxiii |
State of the Information Technology (IT) Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
xxv |
Chapter 1 An Introduction to Networking . . . . . . . . . . . . . 1
Why Use Networks? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Types of Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Peer-to-peer Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Client/Server Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 LANs, MANs, and WANs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Elements Common to Client/Server Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 How Networks Are Used . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 File and Print Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Communications Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Mail Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Internet Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Management Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Becoming a Networking Professional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Mastering the Technical Challenges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Developing Your “Soft Skills” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Pursuing Certification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Finding a Job in Networking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Joining Professional Associations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Chapter Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Contents v
Chapter 2 Networking Standards and the OSI Model . . . 31
Networking Standards Organizations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
ANSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
EIA and TIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
IEEE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
ISO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
ITU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
ISOC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
IANA and ICANN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
The OSI Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Application Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Presentation Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Session Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Transport Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Network Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Data Link Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Physical Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Applying the OSI Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Communication Between Two Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Frame Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
IEEE Networking Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Chapter Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Chapter 3 Transmission Basics and Networking Media . . 63
Transmission Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Analog and Digital Signaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Data Modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Transmission Direction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Relationships Between Nodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Throughput and Bandwidth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Baseband and Broadband . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Transmission Flaws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
vi Contents
Common Media Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Throughput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Cost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Size and Scalability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Connectors and Media Converters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Noise Immunity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Coaxial Cable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Twisted-Pair Cable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 STP (Shielded Twisted-Pair) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 UTP (Unshielded Twisted-Pair) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Comparing STP and UTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 10BASE-T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 100BASE-T (Fast Ethernet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 1000BASE-T (Gigabit Ethernet over Twisted-pair) . . . . . . . . . . . . 93 1000BASE-CX (Gigabit Ethernet over Twinax) . . . . . . . . . . . . . . . 93 Fiber-Optic Cable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 SMF (Single-Mode Fiber) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 MMF (Multimode Fiber) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 10BASE-FL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 100BASE-FX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 1000BASE-LX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 1000BASE-SX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 10-Gigabit Fiber-Optic Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Cable Design and Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Installing Cable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Wireless Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 The Wireless Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Characteristics of Wireless Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Infrared Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Wireless LAN (WLAN) Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Chapter Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Contents vii
Chapter 4 Network Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Introduction to Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
136 |
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) . . . . . . . . |
137 |
The TCP/IP Core Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
137 |
Addressing in TCP/IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
148 |
Assigning IP Addresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
152 |
Sockets and Ports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
158 |
Addressing in IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
160 |
Host Names and DNS (Domain Name System) . . . . . . . . . . . . . . |
161 |
Some TCP/IP Application Layer Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
169 |
IPX/SPX (Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet |
|
Exchange) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
175 |
The IPX and SPX Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
175 |
Addressing in IPX/SPX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
175 |
NetBIOS and NetBEUI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
176 |
Addressing in NetBEUI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
177 |
WINS (Windows Internet Naming Service) . . . . . . . . . . . . . . . . . |
177 |
AppleTalk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
178 |
Binding Protocols on a Windows XP Workstation . . . . . . . . . . . . . . . |
179 |
Chapter Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
180 |
Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
183 |
Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
190 |
Chapter 5 Networking Hardware. . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
NICs (Network Interface Cards) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Types of NICs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
Installing NICs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
Repeaters and Hubs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
Bridges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
Installing a Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
Cut-Through Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
Store and Forward Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
Using Switches to Create VLANs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
Higher-Layer Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
viii Contents
Routers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
Router Features and Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
Routing Protocols: RIP, OSPF, EIGRP, and BGP . . . . . . . . . . . . . 231
Brouters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
Gateways . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
Chapter Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
Chapter 6 Topologies and Access Methods . . . . . . . . . |
245 |
Simple Physical Topologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
Ring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
Star . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
Hybrid Physical Topologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
Star-Wired Ring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
Star-Wired Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
Backbone Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
Serial Backbone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
Distributed Backbone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
Collapsed Backbone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
Parallel Backbone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
Logical Topologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
Circuit Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
Message Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
Packet Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision
Detection) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
Switched Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
Ethernet Frames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
PoE (Power over Ethernet) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
Token Ring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
ATM (Asynchronous Transfer Mode) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
Contents ix
Wireless Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
802.11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
Bluetooth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
Infrared (IR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
Chapter Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
Key Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
Review Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
Chapter 7 WANs, Internet Access, and Remote
Connectivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
WAN Essentials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
WAN Topologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
Ring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
Star . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
Mesh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
Tiered . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
PSTN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
X.25 and Frame Relay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
ISDN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
T-Carriers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
Types of T-Carriers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
T-Carrier Connectivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
DSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
Types of DSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
DSL Connectivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
Broadband Cable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
SONET (Synchronous Optical Network) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
Wireless WANs and Internet Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
IEEE 802.11 Internet Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
IEEE 802.16 (WiMAX) Internet Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
Satellite Internet Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
WAN Technologies Compared . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327