home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Handbook of Infosec Terms 2.0 / Handbook_of_Infosec_Terms_Version_2.0_ISSO.iso / text / rfcs / rfc1809.txt < prev    next >
Text File  |  1996-05-07  |  14KB  |  170 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7. Network Working Group                                       C. Partridge Request for Comments: 1809                  BBN Systems and Technologies Category: Informational                                        June 1995 
  8.  
  9.  
  10.  
  11.                    Using the Flow Label Field in IPv6 
  12.  
  13.  Status of this Memo 
  14.  
  15.    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. 
  16.  
  17. Abstract 
  18.  
  19.    The purpose of this memo is to distill various opinions and    suggestions of the End-to-End Research Group regarding the handling    of Flow Labels into a set of suggestions for IPv6.  This memo is for    information purposes only and is not one of the IPv6 specifications.    Distribution of this memo is unlimited. 
  20.  
  21. Introduction 
  22.  
  23.    This memo originated as the report of a discussion at an End-to-End    Research Group meeting in November 1994.  At that meeting the group    discussed several issues regarding how to manage flow identifiers in    IPv6.   A report of the meeting was then circulated to the IPv6    community.  Feedback from that community resulted in changes to this    memo and in changes to the IPv6 specification to fix some minor    problems the End-to-End Group had raised. 
  24.  
  25.    While many of the ideas in this memo have found their way into the    IPv6 specification, the explanation of why various design decisions    were made have not.  This memo is intended to provide some additional    context for interested parties. 
  26.  
  27. Brief Description of the Flow Label 
  28.  
  29.    The current draft of the IPv6 specification states that every IPv6    header contains a 24-bit Flow Label.  (Originally the specification    called for a 28-bit Flow ID field, which included the flow label and    a 4-bit priority field.  The priority field is now distinct, for    reasons discussed at the end of this memo). 
  30.  
  31.  
  32.  
  33.  
  34.  
  35.  Partridge                    Informational                      [Page 1] 
  36.  RFC 1809                                                       June 1995 
  37.  
  38.     The Flow Label is a pseudo-random number between 1 and FFFFFF (hex)    that is unique when combined with the source address.  The zero Flow    Label is reserved to say that no Flow Label is being used.  The    specification requires that a source must not reuse a Flow Label    value until all state information for the previous use of the Flow    Label has been flushed from all routers in the internet. 
  39.  
  40.    The specification further requires that all datagrams with the same    (non-zero) Flow Label must have the same Destination Address, Hop-    by-Hop Options header, Routing Header and Source Address contents.    The notion is that by simply looking up the Flow Label in a table,    the router can decide how to route and forward the datagram without    examining the rest of the header. 
  41.  
  42. Flow Label Issues 
  43.  
  44.    The IPv6 specification originally left open a number of questions, of    which these three were among the most important: 
  45.  
  46.         1.   What should a router do if a datagram with a (non-zero)              Flow Label arrives and the router has no state for that              Flow Label? 
  47.  
  48.         2.   How does an internet flush old Flow Labels? 
  49.  
  50.         3.   Which datagrams should carry (non-zero) Flow Labels? 
  51.  
  52.    This memo summarizes the End-to-End Group's attempts to answer these    questions. 
  53.  
  54. What Does a Router Do With Flow Labels for Which It Has No State? 
  55.  
  56.    If a datagram with a non-zero Flow Label arrives at a router and the    router discovers it has no state information for that Flow Label,    what is the correct thing for the router to do? 
  57.  
  58.    The IPv6 specification allows routers to ignore Flow Labels and also    allows for the possibility that IPv6 datagrams may carry flow setup    information in their options.  Unknown Flow Labels may also occur if    a router crashes and loses its state.  During a recovery period, the    router will receive datagrams with Flow Labels it does not know, but    this is arguably not an error, but rather a part of the recovery    period.  Finally, if the controversial suggestion that each TCP    connection be assigned a separate Flow Label is adopted, it may be    necessary to manage Flow Labels using an LRU cache (to avoid Flow    Label cache overflow in routers), in which case an active but    infrequently used flow's state may have been intentionally discarded. 
  59.  
  60.  
  61.  
  62.  Partridge                    Informational                      [Page 2] 
  63.  RFC 1809                                                       June 1995 
  64.  
  65.     In any case, it is clear that treating this situation as an error    and, say dropping the datagram and sending an ICMP message, is    inappropriate.  Indeed, it seems likely that in most cases, simply    forwarding the datagram as one would a datagram with a zero Flow    Label would give better service to the flow than dropping the    datagram. 
  66.  
  67.    Of course, there will be situations in which routing the datagram as    if its Flow Label were zero will cause the wrong result.  An example    is a router which has two paths to the datagram's destination, one    via a high-bandwidth satellite link and the other via a low-bandwidth    terrestrial link.  A high bandwidth flow obviously should be routed    via the high-bandwidth link, but if the router loses the flow state,    the router may route the traffic via the low-bandwidth link, with the    potential for the flow's traffic to swamp the low-bandwidth link.  It    seems likely, however, these situations will be exceptions rather    than the rule.   So it seems reasonable to handle these situations    using options that indicate that if the flow state is absent, the    datagram needs special handling.  (The options may be Hop-by-Hop or    only handled at some routers, depending on the flow's needs). 
  68.  
  69.    It would clearly be desirable to have some method for signalling to    end systems that the flow state has been lost and needs to be    refreshed.  One possibility is to add a state-lost bit to the Flow    Label field, however there is sensitivity to eating into the precious    24-bits of the field.  Other possibilities include adding options to    the datagram to indicate its Flow Label was unknown or sending an    ICMP message back to the flow source. 
  70.  
  71.    In summary, the view is that the default rule should be that if a    router receives a datagram with an unknown Flow Label, it treats the    datagram as if the Flow Label is zero.  As part of forwarding, the    router will examine any hop-by-hop options and learn if the the    datagram requires special handling.  The options could include simply    the information that the datagram is to be dropped if the Flow Label    is unknown or could contain the flow state the router should have.    There is clearly room here for experimentation with option design. 
  72.  
  73. Flushing Old Flow Labels 
  74.  
  75.    The flow mechanism assumes that state associated with a given Flow    Label is somehow deposited in routers, so they know how to handle    datagrams that carry the Flow Label.  A serious problem is how to    flush Flow Labels that are no longer being used (stale Flow Labels)    from the routers. 
  76.  
  77.    Stale Flow Labels can happen a number of ways, even if we assume that    the source always sends a message deleting a Flow Label when the 
  78.  
  79.  
  80.  
  81. Partridge                    Informational                      [Page 3] 
  82.  RFC 1809                                                       June 1995 
  83.  
  84.     source finishes using a Flow.  An internet may have partioned since    the flow was created.  Or the deletion message may be lost before    reaching all routers.  Furthermore, the source may crash before it    can send out a Flow Label deletion message.  The point here is that    we cannot expect the source (or, for the same reasons, a third party)    always to clear out stale Flow Labels.  Rather, routers will have to    find some mechanism to flush Flow Labels themselves. 
  85.  
  86.    The obvious mechanism is to use a timer.  Routers should discard Flow    Labels whose state has not been refreshed within some period of time.    At the same time, a source that crashes must observe a quiet time,    during which it creates no flows, until it knows that all Flow Labels    from its previous life must have expired.  (Sources can avoid quiet    time restrictions by keeping information about active Flow Labels in    stable storage that survives crashes).  This is precisely how TCP    initial sequence numbers are managed and it seems the same mechanism    should work well for Flow Labels. 
  87.  
  88.    Exactly how the Flow Label and its state should be refreshed needs    some study.  There are two obvious options.  The source could    periodically send out a special refresh message (such as an RSVP Path    message) to explicitly refresh the Flow Label and its state.  Or, the    router could treat every datagram that carries the Flow Label as an    implicit refresh or sources could send explicit refresh options.  The    choice is between periodically handling a special update message and    doing an extra computation on each datagram (namely noting in the    Flow Label's entry that the Flow Label has been refreshed). 
  89.  
  90. Which Datagrams Should Carry (Non-Zero) Flow Labels? 
  91.  
  92.    Interestingly, this is the problem on which the least progress has    been made. 
  93.  
  94.    There were some points of basic agreement.  Small exchanges of data    should have a zero Flow Label, because it is not worth creating a    flow for a few datagrams.  Real-time flows must obviously always have    a Flow Label, since flows are a primary reason Flow Labels were    created.  The issue is what to do with peers sending large amounts of    best effort traffic (e.g., TCP connections).  Some people want all    long-term TCP connections to use Flow Labels, others do not. 
  95.  
  96.    The argument in favor of using Flow Labels on individual TCP    connections is that even if the source does not request special    service, a network provider's routers may be able to recognize a    large amount of traffic and use the Flow Label field to establish a    special route that gives the TCP connection better service (e.g.,    lower delay or bigger bandwidth).  Another argument is to assist in    efficient demux at the receiver (i.e., IP and TCP demuxing could be 
  97.  
  98.  
  99.  
  100. Partridge                    Informational                      [Page 4] 
  101.  RFC 1809                                                       June 1995 
  102.  
  103.     done once). 
  104.  
  105.    An argument against using Flow Labels in individual TCP connections    is that it changes how we handling route caches in routers.    Currently one can cache a route for a destination host, regardless of    how many different sources are sending to that destination host.    I.e., if five sources each have two TCP connections sending data to a    server, one cache entry containing the route to the server handles    all ten TCPs' traffic.  Putting Flow Labels in each datagram changes    the cache into a Flow Label cache, in which there is a cache entry    for every TCP connection.  So there's a potential for cache    explosion.  There are ways to alleviate this problem, such as    managing the Flow Label cache as an LRU cache, in which infrequently    used Flow Labels get discarded (and then recovered later).  It is not    clear, however, whether this will cause cache thrashing. 
  106.  
  107.    Observe that there is no easy compromise between these positions.    One cannot, for instance, let the application decide whether to use a    Flow Label.  Those who want different Flow Labels for every TCP    connection assume that they may optimize a route without the    application's knowledge.  And forcing all applications to use Flow    Labels will force routing vendors to deal with the cache explosion    issue, even if we later discover that we don't want to optimize    individual TCP connections. 
  108.  
  109. Note about the Priority Field 
  110.  
  111.    The original IPv6 specification combined the Priority and Flow Label    fields and allowed flows to redefine the means of different values of    the Priority field.  During its discussions, the End-to-End group    realized this meant that if a router forwarded a datagram with an    unknown Flow Label it had to ignore the Priority field, because the    priority values might have been redefined.  (For instance, the    priorities might have been inverted). The IPv6 community concluded    this behavior was undesirable.  Indeed, it seems likely that when the    Flow Label are unknown, the router will be able to give much better    service if it use the Priority field to make a more informed routing    decision.  So the Priority field is now a distinct field, unaffected    by the Flow Label. 
  112.  
  113. Acknowledgements 
  114.  
  115.    I would like to acknowledge the assistance of the members of the    End-To-End Research Group, chaired by Bob Braden, whose discussions    produced this memo.  I would also like to particularly thank Deborah    Estrin for her help in putting this memo together.  Also thanks to    Richard Fox, Noel Chiappa, and Tony Li for insightful comments on the    draft. 
  116.  
  117.  
  118.  
  119. Partridge                    Informational                      [Page 5] 
  120.  RFC 1809                                                       June 1995 
  121.  
  122.  Security Considerations 
  123.  
  124.    Security issues are not discussed in this memo. 
  125.  
  126. Author's Address 
  127.  
  128.    Craig Partridge    BBN Systems and Technologies    10 Moulton St.    Cambridge, MA 02138 
  129.  
  130.    EMail: craig@aland.bbn.com 
  131.  
  132.  
  133.  
  134.  
  135.  
  136.  
  137.  
  138.  
  139.  
  140.  
  141.  
  142.  
  143.  
  144.  
  145.  
  146.  
  147.  
  148.  
  149.  
  150.  
  151.  
  152.  
  153.  
  154.   
  155.  
  156.  
  157.  
  158.  
  159.  
  160.  
  161.  
  162.  
  163.  
  164.  
  165.  
  166.  
  167.  
  168.  Partridge                    Informational                      [Page 6] 
  169.  
  170.