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Text File  |  1996-05-07  |  42KB  |  438 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7. Network Working Group                                        J. Garrett Request for Comments: 1433                       AT&T Bell Laboratories                                                                J. Hagan                                              University of Pennsylvania                                                                 J. Wong                                                  AT&T Bell Laboratories                                                              March 1993 
  8.  
  9.                                Directed ARP 
  10.  
  11. Status of this Memo 
  12.  
  13.    This memo defines an Experimental Protocol for the Internet    community.  Discussion and suggestions for improvement are requested.    Please refer to the current edition of the "IAB Official Protocol    Standards" for the standardization state and status of this protocol.    Distribution of this memo is unlimited. 
  14.  
  15. Abstract 
  16.  
  17.    A router with an interface to two IP networks via the same link level    interface could observe that the two IP networks share the same link    level network, and could advertise that information to hosts (via    ICMP Redirects) and routers (via dynamic routing protocols).    However, a host or router on only one of the IP networks could not    use that information to communicate directly with hosts and routers    on the other IP network unless it could resolve IP addresses on the    "foreign" IP network to their corresponding link level addresses.    Directed ARP is a dynamic address resolution procedure that enables    hosts and routers to resolve advertised potential next-hop IP    addresses on foreign IP networks to their associated link level    addresses. 
  18.  
  19. Acknowledgments 
  20.  
  21.    The authors are indebted to Joel Halpern of Network Systems    Corporation and David O'Leary who provided valuable comments and    insight to the authors, as well as ongoing moral support as the    presentation of this material evolved through many drafts.  Members    of the IPLPDN working group also provided valuable comments during    presentations and through the IPLPDN mailing list.  Chuck Hedrick of    Rutgers University, Paul Tsuchiya of Bell Communications Research,    and Doris Tillman of AT&T Bell Laboratories provided early insight as    well as comments on early drafts. 
  22.  
  23.  
  24.  
  25.  
  26.  
  27.  Garrett, Hagan & Wong                                           [Page 1] 
  28.  RFC 1433                      Directed ARP                    March 1993 
  29.  
  30.  1.  Terminology 
  31.  
  32.    A "link level network" is the upper layer of what is sometimes    referred to (e.g., OSI parlance) as the "subnetwork", i.e., the    layers below IP.  The term "link level" is used to avoid potential    confusion with the term "IP sub-network", and to identify addresses    (i.e., "link level address") associated with the network used to    transport IP datagrams. 
  33.  
  34.    From the perspective of a host or router, an IP network is "foreign"    if the host or router does not have an address on the IP network. 
  35.  
  36. 2.  Introduction     Multiple IP networks may be administered on the same link level    network (e.g., on a large public data network).  A router with a    single interface on two IP networks could use existing routing update    procedures to advertise that the two IP networks shared the same link    level network.  Cost/performance benefits could be achieved if hosts    and routers that were not on the same IP network could use that    advertised information, and exchange packets directly, rather than    through the dual addressed router.  But a host or router can not send    packets directly to an IP address without first resolving the IP    address to its link level address. 
  37.  
  38.    IP address resolution procedures are established independently for    each IP network.  For example, on an SMDS network [1], address    resolution may be achieved using the Address Resolution Protocol    (ARP) [2], with a separate SMDS ARP Request Address (e.g., an SMDS    Multicast Group Address) associated with each IP network.  A host or    router that was not configured with the appropriate ARP Request    Address would have no way to learn the ARP Request Address associated    with an IP network, and would not send an ARP Request to the    appropriate ARP Request Address.  On an Ethernet network a host or    router might guess that an IP address could be resolved by sending an    ARP Request to the broadcast address.  But if the IP network used a    different address resolution procedure (e.g., administered address    resolution tables), the ARP Request might go unanswered. 
  39.  
  40.    Directed ARP is a procedure that enables a router advertising that an    IP address is on a shared link level network to also aid in resolving    the IP address to its associated link level address.  By removing    address resolution constraints, Directed ARP enables dynamic routing    protocols such as BGP [3] and OSPF [4] to advertise and use routing    information that leads to next-hop addresses on "foreign" IP    networks.  In addition, Directed ARP enables routers to advertise    (via ICMP Redirects) next-hop addresses that are "foreign" to hosts,    since the hosts can use Directed ARP to resolve the "foreign" next- 
  41.  
  42.  
  43.  
  44. Garrett, Hagan & Wong                                           [Page 2] 
  45.  RFC 1433                      Directed ARP                    March 1993 
  46.  
  47.     hop addresses. 
  48.  
  49. 3.  Directed ARP 
  50.  
  51.    Directed ARP uses the normal ARP packet format, and is consistent    with ARP procedures, as defined in [1] and [2], and with routers and    hosts that implement those procedures. 
  52.  
  53. 3.1  ARP Helper Address 
  54.  
  55.    Hosts and routers maintain routing information, logically organized    as a routing table.  Each routing table entry associates one or more    destination IP addresses with a next-hop IP address and a physical    interface used to forward a packet to the next-hop IP address.  If    the destination IP address is local (i.e., can be reached without the    aid of a router), the next-hop IP address is NULL (or a logical    equivalent, such as the IP address of the associated physical    interface).  Otherwise, the next-hop IP address is the address of a    next-hop router. 
  56.  
  57.    A host or router that implements Directed ARP procedures associates    an ARP Helper Address with each routing table entry.  If the host or    router has been configured to resolve the next-hop IP address to its    associated link level address (or to resolve the destination IP    address, if the next-hop IP address is NULL), the associated ARP    Helper Address is NULL.  Otherwise, the ARP Helper Address is the IP    address of the router that provided the routing information    indicating that the next-hop address was on the same link level    network as the associated physical interface.  Section 4 provides    detailed examples of the determination of ARP Helper Addresses by    dynamic routing procedures. 
  58.  
  59. 3.2  Address Resolution Procedures 
  60.  
  61.    To forward an IP packet, a host or router searches its routing table    for an entry that is the best match based on the destination IP    address and perhaps other factors (e.g., Type of Service).  The    selected routing table entry includes the IP address of a next-hop    router (which may be NULL), the physical interface through which the    IP packet should be forwarded, an ARP Helper Address (which may be    NULL), and other information.  The routing function passes the next-    hop IP address, the physical interface, and the ARP Helper Address to    the address resolution function.  The address resolution function    must then resolve the next-hop IP address (or destination IP address    if the next-hop IP address is NULL) to its associated link level    address.  The IP packet, the link level address to which the packet    should be forwarded, and the interface through which the packet    should be forwarded are then passed to the link level driver 
  62.  
  63.  
  64.  
  65. Garrett, Hagan & Wong                                           [Page 3] 
  66.  RFC 1433                      Directed ARP                    March 1993 
  67.  
  68.     associated with the physical interface.  The link level driver    encapsulates the IP packet in one or more link level frames (i.e.,    may do fragmentation) addressed to the associated link level address,    and forwards the frame(s) through the appropriate physical interface.    The details of the functions performed are described via C pseudo-    code below. 
  69.  
  70.    The procedures are organized as two functions, Route() and Resolve(),    corresponding to routing and address resolution.  In addition, the    following low level functions are also used: 
  71.  
  72.      Get_Route(IP_Add,Other) returns a pointer to the routing table       entry with the destination field that best matches IP_Add.  If no       matching entry is found, NULL is returned.  Other information such       as Type of Service may be considered in selecting the best route. 
  73.  
  74.      Forward(Packet,Link_Level_Add,Phys_Int) fragments Packet (if       needed), and encapsulates Packet in one or more Link Level Frames       addressed to Link_Level_Add, and forwards the frame(s) through       interface, Phys_Int. 
  75.  
  76.      Look_Up_Add_Res_Table(IP_Add,Phys_Int) returns a pointer to the       link level address associated with IP_Add in the address       resolution table associated with interface, Phys_Int.  If IP_Add       is not found in the address resolution table, NULL is returned. 
  77.  
  78.      Local_Add_Res(IP_Add,Phys_Int) returns a pointer to the Link Level       address associated with IP_Add, using address resolution       procedures associated with address, IP_Add, and interface,       Phys_Int.  If address resolution is unsuccessful, NULL is       returned.  Note that different address resolution procedures may       be used for different IP networks. 
  79.  
  80.      Receive_ARP_Response(IP_Add,Phys_Int) returns a pointer to an ARP       Response received through interface, Phys_Int, that resolves       IP_Add.  If no ARP response is received, NULL is returned. 
  81.  
  82.      Dest_IP_Add(IP_Packet) returns the IP destination address from       IP_Packet. 
  83.  
  84.      Next_Hop(Entry) returns the IP address in the next-hop field of       (routing table) Entry. 
  85.  
  86.      Interface(Entry) returns the physical interface field of (routing       table) Entry. 
  87.  
  88.      ARP_Helper_Add(Entry) returns the IP address in the ARP Helper       Address field of (routing table) Entry. 
  89.  
  90.  
  91.  
  92. Garrett, Hagan & Wong                                           [Page 4] 
  93.  RFC 1433                      Directed ARP                    March 1993 
  94.  
  95.       ARP_Request(IP_Add) returns an ARP Request packet with IP_Add as       the Target IP address. 
  96.  
  97.      Source_Link_Level(ARP_Response) returns the link level address of       the sender of ARP_Response. 
  98.  
  99.  
  100.  
  101.     ROUTE(IP_Packet)    {    Entry = Get_Route(Dest_IP_Add(IP_Packet),Other(IP_Packet));    If (Entry == NULL)  /* No matching entry in routing table */      Return;  /*  Discard IP_Packet */    else      {  /* Resolve next-hop IP address to link level address */      If (Next_Hop(Entry) != NULL) /* Route packet via next-hop router */        Next_IP = Next_Hop(Entry);      else  /* Destination is local */        Next_IP = Dest_IP_Add(IP_Packet);      L_L_Add = Resolve(Next_IP,Interface(Entry),ARP_Helper_Add(Entry));      If (L_L_Add != NULL)        Forward(IP_Packet,L_L_Add,Interface(Entry));      else  /* Couldn't resolve next-hop IP address */        Return;  /* Discard IP_Packet */      Return;      }    } 
  102.  
  103.    Figure 1:  C Pseudo-Code for the Routing function. 
  104.  
  105.  
  106.  
  107.  
  108.  
  109.  
  110.  
  111.  
  112.  
  113.  
  114.  
  115.  
  116.  
  117.  
  118.  
  119.  
  120.  
  121.  
  122.  
  123.  
  124.  
  125. Garrett, Hagan & Wong                                           [Page 5] 
  126.  RFC 1433                      Directed ARP                    March 1993 
  127.  
  128.     Resolve(IP_Add,Interface,ARP_Help_Add)    {    If ((L_L_Add = Look_Up_Add_Res_Table(IP_Add,Interface)) != NULL)      {   /* Found it in Address Resolution Table */      Return L_L_Add;      }    else      {      If (ARP_Help_Add == NULL)        {  /* Do local Address Resolution Procedure */        Return Local_Add_Res(IP_Add,Interface);        }      else  /* ARP_Help_Add != NULL */        {        L_L_ARP_Help_Add = Look_Up_Add_Res_Table(ARP_Help_Add,Interface);        If (L_L_ARP_Help_Add == NULL)                               /* Not in Address Resolution Table */          L_L_ARP_Help_Add = Local_Add_Res(ARP_Help_Add,Interface);        If (L_L_ARP_Help_Add == NULL)  /* Can't Resolve ARP Helper Add */          Return NULL;  /*  Address Resolution Failed */        else          {  /* ARP for IP_Add */          Forward(ARP_Request(IP_Add),L_L_ARP_Help_Add,Interface);          ARP_Resp = Receive_ARP_Response(IP_Add,Interface);          If (ARP_Resp == NULL) /* No ARP Response (after persistence) */            Return NULL;  /* Address Resolution Failed */          else            Return Source_Link_Level(ARP_Resp);            }          }        }      }    } 
  129.  
  130.    Figure 2:  C Pseudo-Code for Address Resolution function. 
  131.  
  132.  
  133.  
  134. 3.3  Forwarding ARP Requests 
  135.  
  136.    A host that implements Directed ARP procedures uses normal procedures    to process received ARP Requests.  That is, if the Target IP address    is the host's address, the host uses normal procedures to respond to    the ARP Request.  If the Target IP address is not the host's address,    the host silently discards the ARP Request. 
  137.  
  138.    If the Target IP address of an ARP Request received by a router is    the router's address, the router uses normal procedures to respond to 
  139.  
  140.  
  141.  
  142. Garrett, Hagan & Wong                                           [Page 6] 
  143.  RFC 1433                      Directed ARP                    March 1993 
  144.  
  145.     the ARP Request.  But if the Target IP address is not the router's    address, the router may forward the ARP Request back through the same    interface it was received from, addressed to a Link Level Address    that corresponds to an ARP Helper Address in the router's routing    table.  The procedures used to process an ARP Request are described    via C pseudo-code below.  The function Receive() describes procedures    followed by hosts and routers, and the function Direct() describes    additional procedures followed by routers.  In addition, the    following low level functions are also used: 
  146.  
  147.      Is_Local_IP_Add(IP_Add,Phys_Int) returns TRUE if Phys_Int has been       assigned IP address, IP_Add.  Otherwise, returns FALSE. 
  148.  
  149.      Do_ARP_Processing(ARP_Request,Interface) processes ARP_Request       using ARP procedures described in [2]. 
  150.  
  151.      I_Am_Router returns TRUE if device is a router and False if device       is a host. 
  152.  
  153.      Target_IP(ARP_Request) returns the Target IP address from       ARP_Request. 
  154.  
  155.      Filter(ARP_Request,Phys_Int) returns TRUE if ARP_Request passes       filtering constraints, and FALSE if filtering constraints are not       passed.  See section 3.4. 
  156.  
  157.      Forward(Packet,Link_Level_Add,Phys_Int) fragments Packet (if       needed), and encapsulates Packet in one or more Link Level Frames       addressed to Link_Level_Add, and forwards the frame(s) through       interface, Phys_Int. 
  158.  
  159.      Look_Up_Next_Hop_Route_Table(IP_Add) returns a pointer to the       routing table entry with the next-hop field that matches IP_Add.       If no matching entry is found, NULL is returned. 
  160.  
  161.      Look_Up_Dest_Route_Table(IP_Add) returns a pointer to the routing       table entry with the destination field that best matches IP_Add.       If no matching entry is found, NULL is returned. 
  162.  
  163.      Link_Level_ARP_Req_Add(IP_Add,Phys_Int) returns the link level       address to which an ARP Request to resolve IP_Add should be       forwarded.  If ARP is not used to perform local address resolution       of IP_Add, NULL is returned. 
  164.  
  165.      Local_Add_Res(IP_Add,Phys_Int) returns a pointer to the Link Level       address associated with IP_Add, using address resolution       procedures associated with address, IP_Add, and interface,       Phys_Int.  If address resolution is unsuccessful, NULL is 
  166.  
  167.  
  168.  
  169. Garrett, Hagan & Wong                                           [Page 7] 
  170.  RFC 1433                      Directed ARP                    March 1993 
  171.  
  172.        returned.  Note that different address resolution procedures may       be used for different IP networks. 
  173.  
  174.      Next_Hop(Entry) returns the IP address in the next-hop field of       (routing table) Entry. 
  175.  
  176.      Interface(Entry) returns the physical interface field of (routing       table) Entry. 
  177.  
  178.      ARP_Helper_Add(Entry) returns the IP address in the ARP Helper       Address field of (routing table) Entry. 
  179.  
  180.      Source_Link_Level(ARP_Request) returns the link level address of       the sender of ARP_Request. 
  181.  
  182.  
  183.  
  184.  
  185.  
  186.    Receive(ARP_Request,Interface)    {    If (Is_Local_IP_Add(Target_IP(ARP_Request),Interface))      Do_ARP_Processing(ARP_Request,Interface);    else  /*  Not my IP Address  */      If (I_Am_Router)  /*  Hosts don't Direct ARP Requests  */        If (Filter(ARP_Request,Interface))  /*  Passes Filter Test  */                                            /*  See Section 3.4  */          Direct(ARP_Request,Interface);  /*  Directed ARP Procedures  */    Return;    } 
  187.  
  188.    Figure 3:  C Pseudo-Code for Receiving ARP Requests. 
  189.  
  190.  
  191.  
  192.  
  193.  
  194.  
  195.  
  196.  
  197.  
  198.  
  199.  
  200.  
  201.  
  202.  
  203.  
  204.  
  205.  
  206.  
  207.  
  208. Garrett, Hagan & Wong                                           [Page 8] 
  209.  RFC 1433                      Directed ARP                    March 1993 
  210.  
  211.     Direct(ARP_Request,Phys_Int)    {    Entry = Look_Up_Next_Hop_Route_Table(Target_IP(ARP_Request));    If (Entry == NULL)  /* Target_IP Address is not a next-hop */      {                 /*  in Routing Table */      Entry = Look_Up_Dest_Route_Table(Target_IP(ARP_Request));        If (Entry == NULL)  /* Not a destination either */          Return;  /* Discard ARP Request */        else          If (Next_Hop(Entry) != NULL) /* Not a next-hop and Not local */            Return;  /* Discard ARP Request */      }    If (Interface(Entry) != Phys_Int)                             /* Must be same physical interface */      Return;  /* Discard ARP Request */    If (ARP_Helper_Add(Entry) != NULL)      {      L_L_ARP_Helper_Add = Resolve(ARP_Helper_Add(Entry),Phys_Int,NULL);      If (L_L_ARP_Helper_Add != NULL)        Forward(ARP_Request,L_L_ARP_Helper_Add,Phys_Int);          /*  Forward ARP_Request to ARP Helper Address  */      Return;      }    else  /*  Do local address resolution.  */      {      L_L_ARP_Req_Add =                 Link_Level_ARP_Req_Add(Target_IP(ARP_Request),Phys_Int);      If (L_L_ARP_Req_Add != NULL)        {  /*  Local address resolution procedure is ARP. */           /*  Forward ARP_Request. */        Forward(ARP_Request,L_L_ARP_Req_Add,Phys_Int);        Return;        }      else        {  /*  Local address resolution procedure is not ARP.  */           /*  Do "published ARP" on behalf of Target IP Address  */        Target_Link_Level =                       Local_Add_Res(Target_IP(ARP_Request),Phys_Int);        If (Target_Link_Level != NULL)  /*  Resolved Address  */          {          Forward(ARP_Response,Source_Link_Level(ARP_Request),Phys_Int);          }        Return;        }      }    } 
  212.  
  213.    Figure 4:  C Pseudo_Code for Directing ARP Requests. 
  214.  
  215.  
  216.  
  217. Garrett, Hagan & Wong                                           [Page 9] 
  218.  RFC 1433                      Directed ARP                    March 1993 
  219.  
  220.  3.4  Filtering Procedures 
  221.  
  222.    A router performing Directed ARP procedures must filter the    propagation of ARP Request packets to constrain the scope of    potential "ARP floods" caused by misbehaving routers or hosts, and to    terminate potential ARP loops that may occur during periods of    routing protocol instability or as a result of inappropriate manual    configurations.  Specific procedures to filter the propagation of ARP    Request packets are beyond the scope of this document.  The following    procedures are suggested as potential implementations that should be    sufficient.  Other procedures may be better suited to a particular    implementation. 
  223.  
  224.    To control the propagation of an "ARP flood", a router performing    Directed ARP procedures could limit the number of identical ARP    Requests (i.e., same Source IP address and same Target IP address)    that it would forward per small time interval (e.g., no more than one    ARP Request per second).  This is consistent with the procedure    suggested in [5] to prevent ARP flooding. 
  225.  
  226.    Forwarding of ARP Request packets introduces the possibility of ARP    loops.  The procedures used to control the scope of potential ARP    floods may terminate some ARP loops, but additional procedures are    needed if the time required to traverse a loop is longer than the    timer used to control ARP floods.  A router could refuse to forward    more than N identical ARP Requests per T minutes, where N and T are    administered numbers.  If T and N are chosen so that T/N minutes is    greater than the maximum time required to traverse a loop, such a    filter would terminate the loop.  In some cases a host may send more    than one ARP Request with the same Source IP address,Target IP    address pair (i.e., N should be greater than 1).  For example, the    first ARP Request might be lost.  However, once an ARP Response is    received, a host would normally save the associated information, and    therefore would not generate an identical ARP Request for a period of    time on the order of minutes.  Therefore, T may be large enough to    ensure that T/N is much larger than the time to traverse any loop. 
  227.  
  228.    In some implementations the link level destination address of a frame    used to transport an ARP Request to a router may be available to the    router's Directed ARP filtering process.  An important class of    simple ARP loops will be prevented from starting if a router never    forwards an ARP Request to the same link level address to which the    received ARP Request was addressed.  Of course, other procedures such    as the one described in the paragraph above will stop all loops, and    are needed, even if filters are implemented that prevent some loops    from starting. 
  229.  
  230.  
  231.  
  232.  
  233.  
  234. Garrett, Hagan & Wong                                          [Page 10] 
  235.  RFC 1433                      Directed ARP                    March 1993 
  236.  
  237.     Host requirements [5] specify that "the packet receive interface    between the IP layer and the link layer MUST include a flag to    indicate whether the incoming packet was addressed to a link-level    broadcast address."  An important class of simple ARP floods can be    eliminated if routers never forward ARP Requests that were addressed    to a link-level broadcast address. 
  238.  
  239. 4.  Use of Directed ARP by Routing 
  240.  
  241.    The exchange and use of routing information is constrained by    available address resolution procedures.  A host or router can not    use a next-hop IP address learned via dynamic routing procedures if    it is unable to resolve the next-hop IP address to the associated    link level address.  Without compatible dynamic address resolution    procedures, a router may not advertise a next-hop address that is not    on the same IP network as the host or router receiving the    advertisement.  Directed ARP is a procedure that enables a router    that advertises routing information to make the routing information    useful by also providing assistance in resolving the associated    next-hop IP addresses. 
  242.  
  243.    The following subsections describe the use of Directed ARP to expand    the scope of ICMP Redirects [6], distance-vector routing protocols    (e.g., BGP [3]), and link-state routing protocols (e.g., OSPF [4]). 
  244.  
  245. 4.1  ICMP Redirect 
  246.  
  247.    If a router forwards a packet to a next-hop address that is on the    same link level network as the host that originated the packet, the    router may send an ICMP Redirect to the host.  But a host can not use    a next-hop address advertised via an ICMP Redirect unless the host    has a procedure to resolve the advertised next-hop address to its    associated link level address.  Directed ARP is a procedure that a    host could use to resolve an advertised next-hop address, even if the    host does not have an address on the same IP network as the    advertised next-hop address. 
  248.  
  249.    A host that implements Directed ARP procedures includes an ARP Helper    Address with each routing table entry.  The ARP Helper Address    associated with an entry learned via an ICMP Redirect is NULL if the    associated next-hop address matches a routing table entry with a NULL    next-hop and a NULL ARP Helper Address (i.e., the host already knows    how to resolve the next-hop address).  Otherwise, the ARP Helper    Address is the IP address of the router that sent the ICMP Redirect.    Note that the router that sent the ICMP Redirect is the current    next-hop to the advertised destination [5].  Therefore, the host    should have an entry in its address resolution table for the new ARP    Helper Address.  If the host is unable to resolve the next-hop IP 
  250.  
  251.  
  252.  
  253. Garrett, Hagan & Wong                                          [Page 11] 
  254.  RFC 1433                      Directed ARP                    March 1993 
  255.  
  256.     address advertised in the ICMP Redirect (e.g., because the associated    ARP Helper Address is on a foreign IP network; i.e., was learned via    an old ICMP Redirect, and the address resolution table entry for that    ARP Helper Address timed out), the host must flush the associated    routing table entry.  Directed ARP procedures do not recursively use    Directed ARP to resolve an ARP Helper Address. 
  257.  
  258.    A router that performs Directed ARP procedures might advertise a    foreign next-hop to a host that does not perform Directed ARP.    Following existing procedures, the host would silently discard the    ICMP Redirect.  A router that does not implement Directed ARP should    not advertise a next-hop on a foreign IP network, as specified by    existing procedures.  If it did, and the ICMP Redirect was received    by a host that implemented Directed ARP procedures, the host would    send an ARP Request for the foreign IP address to the advertising    router, which would silently discard the ARP Request.  When address    resolution fails, the host should flush the associated entry from its    routing table. 
  259.  
  260.    For various reasons a host may ignore an ICMP Redirect and may    continue to forward packets to the same router that sent the ICMP    Redirect.  For example, a host that does not implement Directed ARP    procedures would silently discard an ICMP Redirect advertising a    next-hop address on a foreign IP network.  Routers should implement    constraints to control the number of ICMP Redirects sent to hosts.    For example, a router might limit the number of repeated ICMP    Redirects sent to a host to no more than N ICMP Redirects per T    minutes, where N and T are administered values. 
  261.  
  262. 4.2  Distance Vector Routing Protocol 
  263.  
  264.    A distance-vector routing protocol provides procedures for a router    to advertise a destination address (e.g., an IP network), an    associated next-hop address, and other information (e.g., associated    metric).  But a router can not use an advertised route unless the    router has a procedure to resolve the advertised next-hop address to    its associated link level address.  Directed ARP is a procedure that    a router could use to resolve an advertised next-hop address, even if    the router does not have an address on the same IP network as the    advertised next-hop address. 
  265.  
  266.    The following procedures assume a router only accepts routing updates    if it knows the IP address of the sender of the update, can resolve    the IP address of the sender to its associated link level address,    and has an interface on the same link level network as the sender. 
  267.  
  268.    A router that implements Directed ARP procedures includes an ARP    Helper Address with each routing table entry.  The ARP Helper Address 
  269.  
  270.  
  271.  
  272. Garrett, Hagan & Wong                                          [Page 12] 
  273.  RFC 1433                      Directed ARP                    March 1993 
  274.  
  275.     associated with an entry learned via a routing protocol update is    NULL if the associated next-hop address matches a routing table entry    with a NULL next-hop and NULL ARP Helper Address (i.e., the router    already knows how to resolve the next-hop address).  Otherwise, the    ARP Helper Address is the IP address of the router that sent the    routing update. 
  276.  
  277.    Some distance-vector routing protocols (e.g., BGP [3]) provide syntax    that would permit a router to advertise an address on a foreign IP    network as a next-hop.  If a router that implements Directed ARP    procedures advertises a foreign next-hop IP address to a second    router that does not implement Directed ARP procedures, the second    router can not use the advertised foreign next-hop.  Depending on the    details of the routing protocol implementation, it might be    appropriate for the first router to also advertise a next-hop that is    not on a foreign IP network (e.g., itself), perhaps at a higher cost.    Or, if the routing relationship is an administered connection (e.g.,    BGP relationships are administered TCP/IP connections), the    administrative procedure could determine whether foreign next-hop IP    addresses should be advertised. 
  278.  
  279.    A distance-vector routing protocol could advertise that a destination    is directly reachable by specifying that the router receiving the    advertisement is, itself, the next-hop to the destination.  In    addition, the advertised metric for the route might be zero.  If the    router did not already have a routing table entry that specified the    advertised destination was local (i.e., NULL next-hop address), the    router could add the new route with NULL next-hop, and the IP address    of the router that sent the update as ARP Helper Address. 
  280.  
  281. 4.3  Link State Routing Protocol 
  282.  
  283.    A link-state routing protocol provides procedures for routers to    identify links to other entities (e.g., other routers and networks),    determine the state or cost of those links, reliably distribute    link-state information to other routers in the routing domain, and    calculate routes based on link-state information received from other    routers.  A router with an interface to two (or more) IP networks via    the same link level interface is connected to those IP networks via a    single link, as described above.  If a router could advertise that it    used the same link to connect to two (or more) IP networks, and would    perform Directed ARP procedures, routers on either of the IP networks    could forward packets directly to hosts and routers on both IP    networks, using Directed ARP procedures to resolve addresses on the    foreign IP network.  With Directed ARP, the cost of the direct path    to the foreign IP network would be less than the cost of the path    through the router with addresses on both IP networks. 
  284.  
  285.  
  286.  
  287.  Garrett, Hagan & Wong                                          [Page 13] 
  288.  RFC 1433                      Directed ARP                    March 1993 
  289.  
  290.     To benefit from Directed ARP procedures, the link-state routing    protocol must include procedures for a router to advertise    connectivity to multiple IP networks via the same link, and the    routing table calculation process must include procedures to    calculate ARP Helper Addresses and procedures to accurately calculate    the reduced cost of the path to a foreign IP network reached directly    via Directed ARP procedures. 
  291.  
  292.    The Shortest Path First algorithm for calculating least cost routes    is based on work by Dijkstra [7], and was first used in a routing    protocol by the ARPANET, as described by McQuillan [8].  A router    constructs its routing table by building a shortest path tree, with    itself as root.  The process is iterative, starting with no entries    on the shortest path tree, and the router, itself, as the only entry    in a list of candidate vertices.  The router then loops on the    following two steps. 
  293.  
  294.      1.  Remove the entry from the candidate list that is closest to          root, and add it to the shortest path tree. 
  295.  
  296.      2.  Examine the link state advertisement from the entry added to          the shortest path tree in step 1.  For each neighbor (i.e.,          router or IP network to which a link connects) 
  297.  
  298.             - If the neighbor is already on the shortest path tree, do               nothing. 
  299.  
  300.             - If the neighbor is on the candidate list, recalculate the               distance from root to the neighbor.  Also recalculate the               next-hop(s) to the neighbor. 
  301.  
  302.             - If the neighbor is not on the candidate list, calculate               the distance from root to the neighbor and the next-hop(s)               from root to the neighbor, and add the neighbor to the               candidate list. 
  303.  
  304. The process terminates when there are no entries on the candidate list. 
  305.  
  306. To take advantage of Directed ARP procedures, the link-state protocol must provide procedures to advertise that a router accesses two or more IP networks via the same link.  In addition, the Shortest Path First calculation is modified to calculate ARP Helper Addresses and recognize path cost reductions achieved via Directed ARP. 
  307.  
  308.      1.  If a neighbor under consideration is an IP network, and its          parent (i.e., the entry added to the shortest path tree in step          1, above) has advertised that the neighbor is reached via the          same link as a network that is already on the shortest path 
  309.  
  310.  
  311.  
  312. Garrett, Hagan & Wong                                          [Page 14] 
  313.  RFC 1433                      Directed ARP                    March 1993 
  314.  
  315.           tree, the distance from root and next-hop(s) from root to the          neighbor are the same as the distance and next-hop(s)          associated with the network already on the shortest path tree.          If the ARP Helper Address associated with the network that is          already on the shortest path tree is not NULL, the neighbor          also inherits the ARP Helper Address from the network that is          already on the shortest path tree. 
  316.  
  317.      2.  If the calculated next-hop to the neighbor is not NULL, the          neighbor inherits the ARP Helper Address from its parent.          Otherwise, except as described in item 1, the ARP Helper          Address is the IP address of the next-hop to the neighbor's          parent.  Note that the next-hop to root is NULL. 
  318.  
  319.    For each router or IP network on the shortest path tree, the Shortest    Path First algorithm described above must calculate one or more    next-hops that can be used to access the router or IP network.  A    router that advertises a link to an IP network must include an IP    address that can be used by other routers on the IP network when    using the router as a next-hop.  A router might advertise that it was    connected to two IP networks via the same link by advertising the    same next-hop IP address for access from both IP networks.  To    accommodate the address resolution constraints of routers on both IP    networks the router might advertise two IP addresses (one from each    IP network) as next-hop IP addresses for access from both IP    networks. 
  320.  
  321. 5.  Robustness 
  322.  
  323.    Hosts and routers can use Directed ARP to resolve third-party next-    hop addresses; i.e., next-hop addresses learned from a routing    protocol peer or current next-hop router.  Undetected failure of a    third party next-hop can result in a routing "black hole".  To avoid    "black holes", host requirements [5] specify that a host "...MUST be    able to detect the failure of a 'next-hop' gateway that is listed in    its route cache and to choose an alternate gateway."  A host may    receive feedback from protocol layers above IP (e.g., TCP) that    indicates the status of a next-hop router, and may use other    procedures (e.g., ICMP echo) to test the status of a next-hop router.    But the complexity of routing is borne by routers, whose routing    information must be consistent with the information known to their    peers.  Routing protocols such as BGP [3], OSPF [4], and others,    require that routers must stand behind routing information that they    advertise.  Routers tag routing information with the IP address of    the router that advertised the information.  If the information    becomes invalid, the router that advertised the information must    advertise that the old information is no longer valid.  If a source    of routing information becomes unavailable, all information received 
  324.  
  325.  
  326.  
  327. Garrett, Hagan & Wong                                          [Page 15] 
  328.  RFC 1433                      Directed ARP                    March 1993 
  329.  
  330.     from that source must be marked as no longer valid.  The complexity    of dynamic routing protocols stems from procedures to ensure routers    either receive routing updates sent by a peer, or are able to    determine that they did not receive the updates (e.g., because    connectivity to the peer is no longer available). 
  331.  
  332.    Third-party next-hops can also result in "black holes" if the    underlying link layer network connectivity is not transitive.  For    example, SMDS filters [9] could be administered to permit    communication between the SMDS addresses of router R1 and router R2,    and between the SMDS addresses of router R2 and router R3, and to    block communication between the SMDS addresses of router R1 and    router R3.  Router R2 could advertise router R3 as a next-hop to    router R1, but SMDS filters would prevent direct communication    between router R1 and router R3.  Non-symmetric filters might permit    router R3 to send packets to router R1, but block packets sent by    router R1 addressed to router R3. 
  333.  
  334.    A host or router could verify link level connectivity with a next-hop    router by sending an ICMP echo to the link level address of the    next-hop router.  (Note that the ICMP echo is sent directly to the    link level address of the next-hop router, and is not routed to the    IP address of the next-hop router.  If the ICMP echo is routed, it    may follow a path that does not verify link level connectivity.) This    test could be performed before adding the associated routing table    entry, or before the first use of the routing table entry.  Detection    of subsequent changes in link level connectivity is a dynamic routing    protocol issue and is beyond the scope of this memo. 
  335.  
  336. References 
  337.  
  338.    [1] Piscitello, D., and J. Lawrence, "The Transmission of IP        Datagrams over the SMDS Service", RFC 1209, Bell Communications        Research, March 1991. 
  339.  
  340.    [2] Plummer, D., "An Ethernet Address Resolution Protocol - or -        Converting Network Protocol Addresses to 48.bit Ethernet Address        for Transmission on Ethernet Hardware", RFC 826, Symbolics, Inc.,        November 1982. 
  341.  
  342.    [3] Lougheed, K. and Y. Rekhter, "A Border Gateway Protocol 3 (BGP-        3)", RFC 1267, cisco Systems and IBM T. J. Watson Research        Center, October 1991. 
  343.  
  344.    [4] Moy, J., "OSPF Version 2", RFC 1247, Proteon, Inc., July 1991. 
  345.  
  346.    [5] Braden, R., editor, "Requirements for Internet Hosts --        Communication Layers", STD 3, RFC 1122, USC/Information Sciences 
  347.  
  348.  
  349.  
  350. Garrett, Hagan & Wong                                          [Page 16] 
  351.  RFC 1433                      Directed ARP                    March 1993 
  352.  
  353.         Institute, October 1989. 
  354.  
  355.    [6] Postel, J., "Internet Control Message Protocol - DARPA Internet        Program Protocol Specification", STD 5, RFC 792, USC/Information        Sciences Institute, September 1981. 
  356.  
  357.    [7] Dijkstra, E. W., "A Note on Two Problems in Connection with        Graphs", Numerische Mathematik, Vol. 1, pp. 269-271, 1959. 
  358.  
  359.    [8] McQuillan, J. M., I. Richer, and E. C. Rosen, "The New Routing        Algorithm for the ARPANET", IEEE Transactions on Communications,        Vol. COM-28, May 1980. 
  360.  
  361.    [9] "Generic System Requirements In Support of Switched Multi-        megabit Data Service", Technical Reference TR-TSV-000772, Bell        Communications Research Technical Reference, Issue 1, May 1991. 
  362.  
  363.  
  364.  
  365.  
  366.  
  367.  
  368.  
  369.  
  370.  
  371.  
  372.  
  373.  
  374.  
  375.  
  376.  
  377.  
  378.  
  379.  
  380.  
  381.  
  382.  
  383.  
  384.  
  385.  
  386.  
  387.  
  388.  
  389.  
  390.  
  391.  
  392.  
  393.  
  394.  
  395.  
  396.  
  397. Garrett, Hagan & Wong                                          [Page 17] 
  398.  RFC 1433                      Directed ARP                    March 1993 
  399.  
  400.  Security Considerations 
  401.  
  402.    Security issues are not discussed in this memo. 
  403.  
  404. Authors' Addresses 
  405.  
  406.    John Garrett    AT&T Bell Laboratories    184 Liberty Corner Road    Warren, N.J. 07060-0906 
  407.  
  408.    Phone: (908) 580-4719    EMail: jwg@garage.att.com 
  409.  
  410.     John Dotts Hagan    University of Pennsylvania    Suite 221A    3401 Walnut Street    Philadelphia, PA 19104-6228 
  411.  
  412.    Phone: (215) 898-9192    EMail: Hagan@UPENN.EDU 
  413.  
  414.     Jeffrey A. Wong    AT&T Bell Laboratories    184 Liberty Corner Road    Warren, N.J. 07060-0906 
  415.  
  416.    Phone: (908) 580-5361    EMail: jwong@garage.att.com 
  417.  
  418.  
  419.  
  420.  
  421.  
  422.  
  423.  
  424.  
  425.  
  426.  
  427.  
  428.  
  429.  
  430.  
  431.  
  432.  
  433.  
  434.  
  435.  
  436. Garrett, Hagan & Wong                                          [Page 18] 
  437.  
  438.