Sync usage with man page.
[netbsd-mini2440.git] / external / bsd / bind / dist / doc / rfc / rfc1982.txt
blob5a34bc42ab72f3b109237f4dc0256ad16aa64fad
7 Network Working Group                                             R. Elz
8 Request for Comments: 1982                       University of Melbourne
9 Updates: 1034, 1035                                              R. Bush
10 Category: Standards Track                                    RGnet, Inc.
11                                                              August 1996
14                         Serial Number Arithmetic
16 Status of this Memo
18    This document specifies an Internet standards track protocol for the
19    Internet community, and requests discussion and suggestions for
20    improvements.  Please refer to the current edition of the "Internet
21    Official Protocol Standards" (STD 1) for the standardization state
22    and status of this protocol.  Distribution of this memo is unlimited.
24 Abstract
26    This memo defines serial number arithmetic, as used in the Domain
27    Name System.  The DNS has long relied upon serial number arithmetic,
28    a concept which has never really been defined, certainly not in an
29    IETF document, though which has been widely understood.  This memo
30    supplies the missing definition.  It is intended to update RFC1034
31    and RFC1035.
33 1. Introduction
35    The serial number field of the SOA resource record is defined in
36    RFC1035 as
38    SERIAL   The unsigned 32 bit version number of the original copy of
39             the zone.  Zone transfers preserve this value.  This value
40             wraps and should be compared using sequence space
41             arithmetic.
43    RFC1034 uses the same terminology when defining secondary server zone
44    consistency procedures.
46    Unfortunately the term "sequence space arithmetic" is not defined in
47    either RFC1034 or RFC1035, nor do any of their references provide
48    further information.
50    This phrase seems to have been intending to specify arithmetic as
51    used in TCP sequence numbers [RFC793], and defined in [IEN-74].
53    Unfortunately, the arithmetic defined in [IEN-74] is not adequate for
54    the purposes of the DNS, as no general comparison operator is
58 Elz & Bush                  Standards Track                     [Page 1]
60 RFC 1982                Serial Number Arithmetic             August 1996
63    defined.
65    To avoid further problems with this simple field, this document
66    defines the field and the operations available upon it.  This
67    definition is intended merely to clarify the intent of RFC1034 and
68    RFC1035, and is believed to generally agree with current
69    implementations.  However, older, superseded, implementations are
70    known to have treated the serial number as a simple unsigned integer,
71    with no attempt to implement any kind of "sequence space arithmetic",
72    however that may have been interpreted, and further, ignoring the
73    requirement that the value wraps.  Nothing can be done with these
74    implementations, beyond extermination.
76 2. Serial Number Arithmetic
78    Serial numbers are formed from non-negative integers from a finite
79    subset of the range of all integer values.  The lowest integer in
80    every subset used for this purpose is zero, the maximum is always one
81    less than a power of two.
83    When considered as serial numbers however no value has any particular
84    significance, there is no minimum or maximum serial number, every
85    value has a successor and predecessor.
87    To define a serial number to be used in this way, the size of the
88    serial number space must be given.  This value, called "SERIAL_BITS",
89    gives the power of two which results in one larger than the largest
90    integer corresponding to a serial number value.  This also specifies
91    the number of bits required to hold every possible value of a serial
92    number of the defined type.  The operations permitted upon serial
93    numbers are defined in the following section.
95 3. Operations upon the serial number
97    Only two operations are defined upon serial numbers, addition of a
98    positive integer of limited range, and comparison with another serial
99    number.
101 3.1. Addition
103    Serial numbers may be incremented by the addition of a positive
104    integer n, where n is taken from the range of integers
105    [0 .. (2^(SERIAL_BITS - 1) - 1)].  For a sequence number s, the
106    result of such an addition, s', is defined as
108                    s' = (s + n) modulo (2 ^ SERIAL_BITS)
114 Elz & Bush                  Standards Track                     [Page 2]
116 RFC 1982                Serial Number Arithmetic             August 1996
119    where the addition and modulus operations here act upon values that
120    are non-negative values of unbounded size in the usual ways of
121    integer arithmetic.
123    Addition of a value outside the range
124    [0 .. (2^(SERIAL_BITS - 1) - 1)] is undefined.
126 3.2. Comparison
128    Any two serial numbers, s1 and s2, may be compared.  The definition
129    of the result of this comparison is as follows.
131    For the purposes of this definition, consider two integers, i1 and
132    i2, from the unbounded set of non-negative integers, such that i1 and
133    s1 have the same numeric value, as do i2 and s2.  Arithmetic and
134    comparisons applied to i1 and i2 use ordinary unbounded integer
135    arithmetic.
137    Then, s1 is said to be equal to s2 if and only if i1 is equal to i2,
138    in all other cases, s1 is not equal to s2.
140    s1 is said to be less than s2 if, and only if, s1 is not equal to s2,
141    and
143         (i1 < i2 and i2 - i1 < 2^(SERIAL_BITS - 1)) or
144         (i1 > i2 and i1 - i2 > 2^(SERIAL_BITS - 1))
146    s1 is said to be greater than s2 if, and only if, s1 is not equal to
147    s2, and
149         (i1 < i2 and i2 - i1 > 2^(SERIAL_BITS - 1)) or
150         (i1 > i2 and i1 - i2 < 2^(SERIAL_BITS - 1))
152    Note that there are some pairs of values s1 and s2 for which s1 is
153    not equal to s2, but for which s1 is neither greater than, nor less
154    than, s2.  An attempt to use these ordering operators on such pairs
155    of values produces an undefined result.
157    The reason for this is that those pairs of values are such that any
158    simple definition that were to define s1 to be less than s2 where
159    (s1, s2) is such a pair, would also usually cause s2 to be less than
160    s1, when the pair is (s2, s1).  This would mean that the particular
161    order selected for a test could cause the result to differ, leading
162    to unpredictable implementations.
164    While it would be possible to define the test in such a way that the
165    inequality would not have this surprising property, while being
166    defined for all pairs of values, such a definition would be
170 Elz & Bush                  Standards Track                     [Page 3]
172 RFC 1982                Serial Number Arithmetic             August 1996
175    unnecessarily burdensome to implement, and difficult to understand,
176    and would still allow cases where
178         s1 < s2 and (s1 + 1) > (s2 + 1)
180    which is just as non-intuitive.
182    Thus the problem case is left undefined, implementations are free to
183    return either result, or to flag an error, and users must take care
184    not to depend on any particular outcome.  Usually this will mean
185    avoiding allowing those particular pairs of numbers to co-exist.
187    The relationships greater than or equal to, and less than or equal
188    to, follow in the natural way from the above definitions.
190 4. Corollaries
192    These definitions give rise to some results of note.
194 4.1. Corollary 1
196    For any sequence number s and any integer n such that addition of n
197    to s is well defined, (s + n) >= s.  Further (s + n) == s only when
198    n == 0, in all other defined cases, (s + n) > s.
200 4.2. Corollary 2
202    If s' is the result of adding the non-zero integer n to the sequence
203    number s, and m is another integer from the range defined as able to
204    be added to a sequence number, and s" is the result of adding m to
205    s', then it is undefined whether s" is greater than, or less than s,
206    though it is known that s" is not equal to s.
208 4.3. Corollary 3
210    If s" from the previous corollary is further incremented, then there
211    is no longer any known relationship between the result and s.
213 4.4. Corollary 4
215    If in corollary 2 the value (n + m) is such that addition of the sum
216    to sequence number s would produce a defined result, then corollary 1
217    applies, and s" is known to be greater than s.
226 Elz & Bush                  Standards Track                     [Page 4]
228 RFC 1982                Serial Number Arithmetic             August 1996
231 5. Examples
233 5.1. A trivial example
235    The simplest meaningful serial number space has SERIAL_BITS == 2.  In
236    this space, the integers that make up the serial number space are 0,
237    1, 2, and 3.  That is, 3 == 2^SERIAL_BITS - 1.
239    In this space, the largest integer that it is meaningful to add to a
240    sequence number is 2^(SERIAL_BITS - 1) - 1, or 1.
242    Then, as defined 0+1 == 1, 1+1 == 2, 2+1 == 3, and 3+1 == 0.
243    Further, 1 > 0, 2 > 1, 3 > 2, and 0 > 3.  It is undefined whether
244    2 > 0 or 0 > 2, and whether 1 > 3 or 3 > 1.
246 5.2. A slightly larger example
248    Consider the case where SERIAL_BITS == 8.  In this space the integers
249    that make up the serial number space are 0, 1, 2, ... 254, 255.
250    255 == 2^SERIAL_BITS - 1.
252    In this space, the largest integer that it is meaningful to add to a
253    sequence number is 2^(SERIAL_BITS - 1) - 1, or 127.
255    Addition is as expected in this space, for example: 255+1 == 0,
256    100+100 == 200, and 200+100 == 44.
258    Comparison is more interesting, 1 > 0, 44 > 0, 100 > 0, 100 > 44,
259    200 > 100, 255 > 200, 0 > 255, 100 > 255, 0 > 200, and 44 > 200.
261    Note that 100+100 > 100, but that (100+100)+100 < 100.  Incrementing
262    a serial number can cause it to become "smaller".  Of course,
263    incrementing by a smaller number will allow many more increments to
264    be made before this occurs.  However this is always something to be
265    aware of, it can cause surprising errors, or be useful as it is the
266    only defined way to actually cause a serial number to decrease.
268    The pairs of values 0 and 128, 1 and 129, 2 and 130, etc, to 127 and
269    255 are not equal, but in each pair, neither number is defined as
270    being greater than, or less than, the other.
272    It could be defined (arbitrarily) that 128 > 0, 129 > 1,
273    130 > 2, ..., 255 > 127, by changing the comparison operator
274    definitions, as mentioned above.  However note that that would cause
275    255 > 127, while (255 + 1) < (127 + 1), as 0 < 128.  Such a
276    definition, apart from being arbitrary, would also be more costly to
277    implement.
282 Elz & Bush                  Standards Track                     [Page 5]
284 RFC 1982                Serial Number Arithmetic             August 1996
287 6. Citation
289    As this defined arithmetic may be useful for purposes other than for
290    the DNS serial number, it may be referenced as Serial Number
291    Arithmetic from RFC1982.  Any such reference shall be taken as
292    implying that the rules of sections 2 to 5 of this document apply to
293    the stated values.
295 7. The DNS SOA serial number
297    The serial number in the DNS SOA Resource Record is a Serial Number
298    as defined above, with SERIAL_BITS being 32.  That is, the serial
299    number is a non negative integer with values taken from the range
300    [0 .. 4294967295].  That is, a 32 bit unsigned integer.
302    The maximum defined increment is 2147483647 (2^31 - 1).
304    Care should be taken that the serial number not be incremented, in
305    one or more steps, by more than this maximum within the period given
306    by the value of SOA.expire.  Doing so may leave some secondary
307    servers with out of date copies of the zone, but with a serial number
308    "greater" than that of the primary server.  Of course, special
309    circumstances may require this rule be set aside, for example, when
310    the serial number needs to be set lower for some reason.  If this
311    must be done, then take special care to verify that ALL servers have
312    correctly succeeded in following the primary server's serial number
313    changes, at each step.
315    Note that each, and every, increment to the serial number must be
316    treated as the start of a new sequence of increments for this
317    purpose, as well as being the continuation of all previous sequences
318    started within the period specified by SOA.expire.
320    Caution should also be exercised before causing the serial number to
321    be set to the value zero.  While this value is not in any way special
322    in serial number arithmetic, or to the DNS SOA serial number, many
323    DNS implementations have incorrectly treated zero as a special case,
324    with special properties, and unusual behaviour may be expected if
325    zero is used as a DNS SOA serial number.
338 Elz & Bush                  Standards Track                     [Page 6]
340 RFC 1982                Serial Number Arithmetic             August 1996
343 8. Document Updates
345    RFC1034 and RFC1035 are to be treated as if the references to
346    "sequence space arithmetic" therein are replaced by references to
347    serial number arithmetic, as defined in this document.
349 9. Security Considerations
351    This document does not consider security.
353    It is not believed that anything in this document adds to any
354    security issues that may exist with the DNS, nor does it do anything
355    to lessen them.
357 References
359    [RFC1034]   Domain Names - Concepts and Facilities,
360                P. Mockapetris, STD 13, ISI, November 1987.
362    [RFC1035]   Domain Names - Implementation and Specification
363                P. Mockapetris, STD 13, ISI, November 1987
365    [RFC793]    Transmission Control protocol
366                Information Sciences Institute, STD 7, USC, September 1981
368    [IEN-74]    Sequence Number Arithmetic
369                William W. Plummer, BB&N Inc, September 1978
371 Acknowledgements
373    Thanks to Rob Austein for suggesting clarification of the undefined
374    comparison operators, and to Michael Patton for attempting to locate
375    another reference for this procedure.  Thanks also to members of the
376    IETF DNSIND working group of 1995-6, in particular, Paul Mockapetris.
378 Authors' Addresses
380    Robert Elz                     Randy Bush
381    Computer Science               RGnet, Inc.
382    University of Melbourne        10361 NE Sasquatch Lane
383    Parkville, Vic,  3052          Bainbridge Island, Washington,  98110
384    Australia.                     United States.
386    EMail: kre@munnari.OZ.AU       EMail: randy@psg.com
394 Elz & Bush                  Standards Track                     [Page 7]