home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Handbook of Infosec Terms 2.0 / Handbook_of_Infosec_Terms_Version_2.0_ISSO.iso / text / rfcs / rfc1667.txt < prev    next >
Text File  |  1996-05-07  |  18KB  |  173 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7. Network Working Group                                       S. Symington Request for Comments: 1667                             MITRE Corporation Category: Informational                                          D. Wood                                                        MITRE Corporation                                                                M. Pullen                                                  George Mason University                                                              August 1994 
  8.  
  9.               Modeling and Simulation Requirements for IPng 
  10.  
  11. Status of this Memo 
  12.  
  13.    This memo provides information for the Internet community.  This memo    does not specify an Internet standard of any kind.  Distribution of    this memo is unlimited. 
  14.  
  15. Abstract 
  16.  
  17.    This document was submitted to the IETF IPng area in response to RFC    1550.  Publication of this document does not imply acceptance by the    IPng area of any ideas expressed within.  Comments should be    submitted to the big-internet@munnari.oz.au mailing list. 
  18.  
  19. Executive Summary 
  20.  
  21.    The Defense Modeling and Simulation community is a major user of    packet networks and as such has a stake in the definition of IPng.    This white paper summarizes the Distributed Interactive Simulation    environment that is under development, with regard to its real-time    nature, scope and magnitude of networking requirements.  The    requirements for real-time response, multicasting, and resource    reservation are set forth, based on our best current understanding of    the future of Defense Modeling and Simulation. 
  22.  
  23. 1.  Introduction 
  24.  
  25.    The Internet Engineering Task Force (IETF) is now in the process of    designing the Next Generation Internet Protocol (IPng). IPng is    expected to be a driving force in the future of commercial off-the-    shelf (COTS) networking technology. It will have a major impact on    what future networking technologies are widely available, cost    effective, and multi-vendor interoperable.  Applications that have    all of their network-layer requirements met by the standard features    of IPng will be at a great advantage, whereas those that don't will    have to rely on less-widely available and more costly protocols that    may have limited interoperability with the ubiquitous IPng-based COTS    products. 
  26.  
  27.  
  28.  
  29. Symington, Wood & Pullen                                        [Page 1] 
  30.  RFC 1667     Modeling and Simulation Requirements for IPng   August 1994 
  31.  
  32.     This paper is intended to serve as input to the IPng design effort by    specifying the network-layer requirements of Defense Modeling and    Simulation (M&S) applications. It is important that the M&S community    make its unique requirements clear to IPng designers so that    mechanisms for meeting these requirements can be considered as    standard features for IPng. The intention is to make IPng's benefits    of wide COTS availability, multi-vendor interoperability, and cost-    effectiveness fully available to the M&S community. 
  33.  
  34. 2.  Background: Overview of Distributed Interactive Simulation 
  35.  
  36.    The Defense Modeling and Simulation community requires an integrated,    wide-area, wideband internetwork to perform Distributed Interactive    Simulation (DIS) exercises among remote, dissimilar simulation    devices located at worldwide sites. The network topology used in    current M&S exercises is typically that of a high-speed cross-country    and trans-oceanic backbone running between wideband packet switches,    with tail circuits running from these packet switches to various    nearby sites. At any given site involved in an exercise, there may be    several internetworked local area networks on which numerous    simulation entity hosts are running.  Some of these hosts may be    executing computer-generated semi-automated forces, while others may    be manned simulators.  The entire system must accommodate delays and    delay variance compatible with human interaction times in order to    preserve an accurate order of events and provide a realistic combat    simulation. While the sites themselves may be geographically distant    from one another, the simulation entities running at different sites    may themselves be operating and interacting as though they are in    close proximity to one another in the battlefield.  Our goal is that    all of this can take place in a common network that supports all    Defense modeling and simulation needs, and hopefully is also shared    with other Defense applications. 
  37.  
  38.    In a typical DIS exercise, distributed simulators exchange    information over an internetwork in the form of standardized protocol    data units (PDUs). The DIS protocols and PDU formats are currently    under development.  The first generation has been standardized as    IEEE 1278.1 and used for small exercises (around 100 hosts), and    development of a second generation is underway.  The current    Communications Architecture for DIS specifies use of Internet    protocols. 
  39.  
  40.    The amount, type, and sensitivity level of information that must be    exchanged during a typical DIS exercise drives the communications    requirements for that exercise, and depends on the number and type of    participating entities and the nature and level of interaction among    those entities.  Future DIS exercises now in planning extend to    hundreds of sites and tens of thousands of simulation platforms 
  41.  
  42.  
  43.  
  44. Symington, Wood & Pullen                                        [Page 2] 
  45.  RFC 1667     Modeling and Simulation Requirements for IPng   August 1994 
  46.  
  47.     worldwide. For example, an exercise may consist of semi-automated and    individual manned tank, aircraft, and surface ship simulators    interacting on pre-defined geographic terrain. The actual locations    of these simulation entities may be distributed among sites located    in Virginia, Kansas, Massachusetts, Germany, and Korea. The PDUs that    are exchanged among simulation entities running at these sites must    carry all of the information necessary to inform each site regarding    everything relevant that occurs with regard to all other sites that    have the potential to affect it within the simulation. Such    information could include the location of each entity, its direction    and speed, the orientation of its weapons systems, if any, and the    frequency on which it is transmitting and receiving radio messages.    If an entity launches a weapon, such as a missile, a new entity    representing this missile will be created within the simulation and    it will begin transmitting PDUs containing relevant information about    its state, such as its location, and speed. 
  48.  
  49.    A typical moving entity would generate between one and two PDUs per    second, with typical PDU sizes of 220 bytes and a maximum size of    1400 bytes, although rates of 15 PDUs/second and higher are possible.    Stationary entities must generate some traffic to refresh receiving    simulators; under the current standard this can be as little as 0.2    PDUs per second.  Compression techniques reducing PDUs size by 50% or    more are being investigated but are not included in the current DIS    standard. 
  50.  
  51.    With so much information being exchanged among simulation entities at    numerous locations, multicasting is required to minimize network    bandwidth used and to reduce input to individual simulation entities    so that each entity receives only those PDUs that are of interest to    it. For example, a given entity need only receive information    regarding the location, speed and direction of other entities that    are close enough to it within the geography of the simulation that it    could be affected by those entities.  Similarly, an entity need not    receive PDUs containing the contents of radio transmissions that are    sent on a frequency other than that on which the entity is listening. 
  52.  
  53.    Resource reservation mechanisms are also essential to guarantee    performance requirements of DIS exercises: reliability and real-time    transmission are necessary to accommodate the manned simulators    participating in an exercise. 
  54.  
  55.    M&S exercises that include humans in the loop and are executed in    real-time require rapid network response times in order to provide    realistic combat simulations.  For DIS, latency requirements between    the output of a PDU at the application level of a simulator and input    of that PDU at the application level of any other simulator in that    exercise have been defined as: 
  56.  
  57.  
  58.  
  59. Symington, Wood & Pullen                                        [Page 3] 
  60.  RFC 1667     Modeling and Simulation Requirements for IPng   August 1994 
  61.  
  62.        - 100 milliseconds for exercises containing simulated units         whose interactions are tightly coupled 
  63.  
  64.       - 300 milliseconds for exercises whose interactions are not         tightly coupled [2]. 
  65.  
  66.    The reliability of the best-effort datagram delivery service    supporting DIS should be such that 98% of all datagrams are delivered    to all intended destination sites, with missing datagrams randomly    distributed [3]. 
  67.  
  68.    While these numbers may be refined for some classes of simulation    data in the future, latency requirements are expected to remain under    a few hundred milliseconds in all cases.  It is also required that    delay variance (jitter) be low enough that smoothing by buffering the    data stream at the receiving simulator does not cause the stated    latency specifications to be exceeded. 
  69.  
  70.    There are currently several architectures under consideration for the    M&S network of the future. Under fully distributed models, all    simulation entities rely directly on the network protocols for    multicasting and are therefore endowed with much flexibility with    regard to their ability to join and leave multicast groups    dynamically, in large numbers. 
  71.  
  72.    In some cases, the M&S exercises will involve the transmission of    classified data over the network. For example, messages may contain    sensitive data regarding warfare tactics and weapons systems    characteristics, or an exercise itself may be a rehearsal of an    imminent military operation. This means the data communications used    for these exercises must meet security constraints defined by the    National Security Agency (NSA).  Some such requirements can be met in    current systems by use of end-to-end packet encryption (E3) systems.    E3 systems provide adequate protection from disclosure and tampering,    while allowing multiple security partitions to use the same network    simultaneously. 
  73.  
  74.    Currently the M&S community is using the experimental Internet Stream    protocol version 2 (ST2) to provide resource reservation and    multicast.  There is much interest in converting to IPv4 multicast as    it becomes available across the COTS base, but this cannot happen    until IPv4 has a resource reservation capability.  The RSVP work    ongoing in the IETF is being watched in expectation that it will    provide such a capability.  Also some tests have been made of IPv4    multicast without resource reservation; results have been positive,    now larger tests are required to confirm the expected scalability of    IPv4 multicast.  But issues remain: for security reasons, some M&S    exercises will require sender-initiated joining of members to 
  75.  
  76.  
  77.  
  78. Symington, Wood & Pullen                                        [Page 4] 
  79.  RFC 1667     Modeling and Simulation Requirements for IPng   August 1994  
  80.  
  81.    multicast groups. In addition, it is not clear that IPv4 multicast    will be able to make use of link-layer multicast available in ATM    systems, which the M&S community expects to use to achieve the    performance necessary for large exercises. 
  82.  
  83. 3.  M&S Requirements for IPng 
  84.  
  85.    The identified network-layer service requirements for M&S    applications are set forth below in three major categories: real-time    response, multicast capability, and resource reservation capability.    All of these capabilities are considered to be absolute requirements    for supporting DIS as currently understood by the M&S community,    except those specifically identified as highly desirable.  By    desirable we mean that the capabilities are not essential, but they    will enable more direct or cost-effective networking solutions. 
  86.  
  87.    It is recognized that some of the capabilities described below may be    provided not from IPng but from companion protocols, e.g. RSVP and    IGMP.  The M&S requirement is for a compatible suite of protocols    that are available in commercial products. 
  88.  
  89.    a.  Real-time Response 
  90.  
  91.       DIS will continue to have requirements to communicate real-time       data, therefore the extent to which IPng lends itself to       implementing real-time networks will be a measure of its utility       for M&S networking.  The system-level specifications for the DIS       real-time environment are stated in Section 2 above. 
  92.  
  93.    b.  Multicasting 
  94.  
  95.       M&S requires a multicasting capability and a capability for       managing multicast group membership.  These multicasting       capabilities must meet the following requirements: 
  96.  
  97.       - Scalable to hundreds of sites and, potentially, to tens of         thousands of simulation platforms. 
  98.  
  99.       - It is highly desirable that the network-layer multicasting         protocol be able to use the multicasting capabilities of         link-level technologies, such as broadcast LANs, Frame Relay,         and ATM. 
  100.  
  101.       - The group management mechanics must have the characteristics         that thousands of multicast groups consisting of tens of         thousands of members each can be supported on a given network         and that a host should be able to belong to hundreds of multicast         groups simultaneously. 
  102.  
  103.  
  104.  
  105. Symington, Wood & Pullen                                        [Page 5] 
  106.  RFC 1667     Modeling and Simulation Requirements for IPng   August 1994 
  107.  
  108.        - Multicast group members must be able to be added to or removed         from groups dynamically, in less than one second, at rates of         hundreds of membership changes per second.  It is not possible         to predict what special cases may develop, thus this requirement         is for all members of all groups. 
  109.  
  110.       - The network layer must support options for both sender- and         receiver-initiated joining of multicast groups. 
  111.  
  112.    c.  Resource Reservation 
  113.  
  114.       The M&S community requires performance guarantees in supporting       networks. This implies that IPng must be compatible with a       capability to reserve bandwidth and other necessary allocations in       a multicast environment, in order to guarantee network capacity       from simulator-to-simulator across a shared network for the       duration of the user's interaction with the network. Such a       resource reservation capability is essential to optimizing the use       of limited network resources, increasing reliability, and       decreasing delay and delay variance of priority traffic,       especially in cases in which network resources are heavily used.       The resource reservations should be accomplished in such a way       that traffic without performance guarantees will be re-routed,       dropped, or blocked before reserved bandwidth traffic is affected. 
  115.  
  116.       In addition, it would be highly desirable for the resource       reservation capability to provide mechanisms for: 
  117.  
  118.       - Invoking additional network resources (on-demand capacity)         when needed. 
  119.  
  120.       - The network to feed back its loading status to the applications         to enable graceful degradation of performance. 
  121.  
  122. 4.  References 
  123.  
  124.    [1] Cohen, D., "DSI Requirements", December 13, 1993. 
  125.  
  126.    [2] Final Draft Communication Architecture for Distributed        Interactive Simulation (CADIS), Institute for Simulation and        Training, Orlando, Florida, June 28, 1993. 
  127.  
  128.    [3] Miller, D., "Distributed Interactive Simulation Networking        Issues", briefing presented to the ST/IP Peer Review Panel, MIT        Lincoln Laboratory, December 15, 1993. 
  129.  
  130.    [4] Pate, L., Curtis, K., and K. Shah, "Communication Service        Requirements for the M&S Community", September 1992. 
  131.  
  132.  
  133.  
  134. Symington, Wood & Pullen                                        [Page 6] 
  135.  RFC 1667     Modeling and Simulation Requirements for IPng   August 1994 
  136.  
  137.     [5] Pullen, M., "Multicast Network Architecture for DIS, briefing        presented to the Networks Infrastructure Task Force", George        Mason University, C3I Center/Computer Science, November 10, 1993,        revised November 11, 1993. 
  138.  
  139. 5.  Authors' Addresses 
  140.  
  141.        Susan Symington        MITRE Corporation        7525 Colshire Drive        McLean, VA 22101-3481 
  142.  
  143.        Phone: 703-883-7209        EMail: susan@gateway.mitre.org 
  144.  
  145.         David Wood        MITRE Corporation        7525 Colshire Drive        McLean, VA 22101-3481 
  146.  
  147.        Phone: 703-883-6394        EMail: wood@mitre.org 
  148.  
  149.         J. Mark Pullen        Computer Science        George Mason University        Fairfax, VA 22030 
  150.  
  151.        Phone: 703-993-1538        EMail: mpullen@cs.gmu.edu 
  152.  
  153.  
  154.  
  155.  
  156.  
  157.  
  158.  
  159.  
  160.  
  161.  
  162.  
  163.  
  164.  
  165.  
  166.  
  167.  
  168.  
  169.  
  170.  
  171. Symington, Wood & Pullen                                        [Page 7] 
  172.  
  173.