home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Internet Info 1997 December / Internet_Info_CD-ROM_Walnut_Creek_December_1997.iso / drafts / draft_ietf_a_c / draft-ietf-bmwg-ippm-connect-00.txt < prev    next >
Text File  |  1996-11-26  |  15KB  |  541 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6. Network Working Group        J. Mahdavi, Pittsburgh Supercomputer Center
  7. Internet Draft          V. Paxson, Lawrence Berkeley National Laboratory
  8. Expiration Date: May 1997                                  November 1996
  9.  
  10.  
  11.                               Connectivity
  12.                <draft-ietf-bmwg-ippm-connect-00.txt>
  13.  
  14.  
  15. 1. Status of this Memo
  16.  
  17.    This document is an Internet Draft.  Internet Drafts are working doc-
  18.    uments  of the Internet Engineering Task Force (IETF), its areas, and
  19.    its working groups.  Note that other groups may also distribute work-
  20.    ing documents as Internet Drafts.
  21.  
  22.    Internet  Drafts  are  draft  documents  valid  for  a maximum of six
  23.    months, and may be updated, replaced, or obsoleted by other documents
  24.    at any time.  It is inappropriate to use Internet Drafts as reference
  25.    material or to cite them other than as ``work in progress''.
  26.  
  27.    To learn the current status of any Internet Draft, please  check  the
  28.    ``1id-abstracts.txt'' listing contained in the Internet Drafts shadow
  29.    directories  on  ftp.is.co.za   (Africa),   nic.nordu.net   (Europe),
  30.    munnari.oz.au  (Pacific  Rim),  ds.internic.net  (US  East Coast), or
  31.    ftp.isi.edu (US West Coast).
  32.  
  33.    This memo provides information for the Internet community.  This memo
  34.    does  not  specify an Internet standard of any kind.  Distribution of
  35.    this memo is unlimited.
  36.  
  37.  
  38. 2. Introduction
  39.  
  40.    Connectivity is the basic stuff from  which  the  Internet  is  made.
  41.    Therefore,  metrics determining whether pairs of hosts (IP addresses)
  42.    can reach each other must form the base of a measurement  suite.   We
  43.    define  several  such metrics, some of which serve mainly as building
  44.    blocks for the others.
  45.  
  46.    This memo defines a series of metrics for connectivity between a pair
  47.    of  Internet hosts.  It builds on notions introduced and discussed in
  48.    the revised IPPM Framework document (currently <draft-ietf-bmwg-ippm-
  49.    framework-00.txt>);  the  reader  is assumed to be familiar with that
  50.    document.
  51.  
  52.    The structure of the memo is as follows:
  53.  
  54.  
  55.  
  56.  
  57. Mahdavi and Paxson                                              [Page 1]
  58.  
  59.  
  60.  
  61.  
  62.  
  63. ID                            Connectivity                 November 1996
  64.  
  65.  
  66.  +    An analytic  metric,  called  Type-P-Instantaneous-Unidirectional-
  67.       Connectivity, will be introduced to define one-way connectivity at
  68.       one moment in time.
  69.  +    Using  this  metric,  another  analytic  metric,  called   Type-P-
  70.       Instantaneous-Bidirectional-Connectivity,  will  be  introduced to
  71.       define two-way connectivity at one moment in time.
  72.  +    Using these metrics, corresponding one- and two-way analytic  met-
  73.       rics are defined for connectivity over an interval of time.
  74.  +    Using   these   metrics,   an   analytic   metric,   called  Type-
  75.       P1-P2-Interval-Causal-Connectivity, will be introduced to define a
  76.       useful  notion  of  two-way connectivity between two hosts over an
  77.       interval of time.
  78.  +    Methodologies are then  presented  and  discussed  for  estimating
  79.       Type-P1-P2-Interval-Causal-Connectivity  in a variety of settings.
  80.    Careful definition of Type-P1-P2-Interval-Causal-Connectivity and the
  81.    discussion  of the metric and the methodologies for estimating it are
  82.    the two chief contributions of the memo.
  83.  
  84.  
  85. 3. Instantaneous One-way Connectivity
  86.  
  87.  
  88. 3.1. Metric Name:
  89.  
  90.    Type-P-Instantaneous-Unidirectional-Connectivity
  91.  
  92.  
  93. 3.2. Metric Parameters:
  94.  +    Src, the IP address of a host
  95.  +    Dst, the IP address of a host
  96.  +    T, a time
  97.  
  98.  
  99. 3.3. Metric Units:
  100.  
  101.    Boolean.
  102.  
  103.  
  104. 3.4. Definition:
  105.  
  106.    Src has *Type-P-Instantaneous-Unidirectional-Connectivity* to Dst  at
  107.    time  T if a type-P packet transmitted from Src to Dst at time T will
  108.    arrive at Dst.
  109.  
  110.  
  111.  
  112.  
  113.  
  114.  
  115.  
  116.  
  117. Mahdavi and Paxson                                              [Page 2]
  118.  
  119.  
  120.  
  121.  
  122.  
  123. ID                            Connectivity                 November 1996
  124.  
  125.  
  126. 3.5. Discussion:
  127.  
  128.    This metric is probably not directly useful, because it is  instanta-
  129.    neous  and unidirectional.  For most applications, bidirectional con-
  130.    nectivity is considerably more germane (e.g.,  any  TCP  connection).
  131.    Most   applications  also  require  connectivity  over  an  interval.
  132.    Finally, one might not have instantaneous connectivity due to a tran-
  133.    sient  event  such  as  a  full  queue at a router, even if at nearby
  134.    instants in time  one  does  have  connectivity.   These  points  are
  135.    addressed below, with this metric serving as a building block.
  136.  
  137.    Note  also  that  we  have  not  explicitly defined *when* the packet
  138.    arrives at Dst.  The TTL field in IP packets is  meant  to  limit  IP
  139.    packet lifetimes to 255 seconds (RFC 791).  In practice the TTL field
  140.    can be strictly a hop count (RFC 1812), with most Internet hops being
  141.    much shorter than one second.  This means that most packets will have
  142.    nowhere near the 255 second lifetime.  In principle, however,  it  is
  143.    also  possible  that  packets  might survive longer than 255 seconds.
  144.    Consideration of packet lifetimes  must  be  taken  into  account  in
  145.    attempts to measure the value of this metric.
  146.  
  147.    Finally,  one might assume that unidirectional connectivity is diffi-
  148.    cult to measure in the absence of connectivity in the reverse  direc-
  149.    tion.   Consider,  however,  the  possibility that a process on Dst's
  150.    host notes when it receives packets from Src and  reports  this  fact
  151.    either using an external channel, or later in time when Dst does have
  152.    connectivity to Src.  Such a methodology could reliably  measure  the
  153.    unidirectional connectivity defined in this metric.
  154.  
  155.  
  156. 4. Instantaneous Two-way Connectivity
  157.  
  158.  
  159. 4.1. Metric Name:
  160.  
  161.    Type-P-Instantaneous-Bidirectional-Connectivity
  162.  
  163.  
  164. 4.2. Metric Parameters:
  165.  +    A1, the IP address of a host
  166.  +    A2, the IP address of a host
  167.  +    T, a time
  168.  
  169.  
  170.  
  171.  
  172.  
  173.  
  174.  
  175.  
  176.  
  177. Mahdavi and Paxson                                              [Page 3]
  178.  
  179.  
  180.  
  181.  
  182.  
  183. ID                            Connectivity                 November 1996
  184.  
  185.  
  186. 4.3. Metric Units:
  187.  
  188.    Boolean.
  189.  
  190.  
  191. 4.4. Definition:
  192.  
  193.    Addresses   A1   and   A2  have  *Type-P-Instantaneous-Bidirectional-
  194.    Connectivity* at time  T  if  address  A1  has  Type-P-Instantaneous-
  195.    Unidirectional-Connectivity  to address A2 and address A2 has Type-P-
  196.    Instantaneous-Unidirectional-Connectivity to address A1.
  197.  
  198.  
  199. 4.5. Discussion:
  200.  
  201.    An alternative definition would be that at A1 and A2 are  fully  con-
  202.    nected  if  at  time  T  address A1 has instantaneous connectivity to
  203.    address A2, and at time T+dT address A2 has instantaneous  connectiv-
  204.    ity  to A1, where T+dT is when the packet sent from A1 arrives at A2.
  205.    This definition is more useful for measurement, because the  measure-
  206.    ment can use a reply from A2 to A1 in order to assess full connectiv-
  207.    ity.  It is a more complex definition, however, because it breaks the
  208.    symmetry  between A1 and A2, and requires a notion of quantifying how
  209.    long a particular packet from A1 takes to reach A2.  We postpone dis-
  210.    cussion  of  this  distinction  until  the  development  of interval-
  211.    connectivity metrics below.
  212.  
  213.  
  214. 5. One-way Connectivity
  215.  
  216.  
  217. 5.1. Metric Name:
  218.  
  219.    Type-P-Interval-Unidirectional-Connectivity
  220.  
  221.  
  222. 5.2. Metric Parameters:
  223.  +    Src, the IP address of a host
  224.  +    Dst, the IP address of a host
  225.  +    T, a time
  226.  +    dT, a duration
  227.    {Comment: Thus, the closed interval [T, T+dT] denotes a  time  inter-
  228.    val.}
  229.  
  230.  
  231.  
  232.  
  233.  
  234.  
  235.  
  236.  
  237. Mahdavi and Paxson                                              [Page 4]
  238.  
  239.  
  240.  
  241.  
  242.  
  243. ID                            Connectivity                 November 1996
  244.  
  245.  
  246. 5.3. Metric Units:
  247.  
  248.    Boolean.
  249.  
  250.  
  251. 5.4. Definition:
  252.  
  253.    Address   Src  has  *Type-P-Interval-Unidirectional-Connectivity*  to
  254.    address Dst during the interval [T, T+dT] if for some T'  within  [T,
  255.    T+dT] it has Type-P-instantaneous-connectivity to Dst.
  256.  
  257.  
  258. 6. Two-way Connectivity
  259.  
  260.  
  261. 6.1. Metric Name:
  262.  
  263.    Type-P-Interval-Bidirectional-Connectivity
  264.  
  265.  
  266. 6.2. Metric Parameters:
  267.  +    A1, the IP address of a host
  268.  +    A2, the IP address of a host
  269.  +    T, a time
  270.  +    dT, a duration
  271.    {Comment:  Thus,  the closed interval [T, T+dT] denotes a time inter-
  272.    val.}
  273.  
  274.  
  275. 6.3. Metric Units:
  276.  
  277.    Boolean.
  278.  
  279.  
  280. 6.4. Definition:
  281.  
  282.    Addresses A1 and A2 have *Type-P-Interval-Bidirectional-Connectivity*
  283.    between  them during the interval [T, T+dT] if address A1 has Type-P-
  284.    Interval-Unidirectional-Connectivity to address A2 during the  inter-
  285.    val and address A2 has Type-P-Interval-Unidirectional-Connectivity to
  286.    address A1 during the interval.
  287.  
  288.  
  289.  
  290.  
  291.  
  292.  
  293.  
  294.  
  295.  
  296.  
  297. Mahdavi and Paxson                                              [Page 5]
  298.  
  299.  
  300.  
  301.  
  302.  
  303. ID                            Connectivity                 November 1996
  304.  
  305.  
  306. 6.5. Discussion:
  307.  
  308.    This metric is not quite what's needed for defining "useful"  connec-
  309.    tivity  -  that  requires the notion that a packet sent from A1 to A2
  310.    can elicit a response from A2 that will reach A1.  With this  defini-
  311.    tion, it could be that A1 and A2 have full-connectivity but only, for
  312.    example, at at time T1 early enough in the interval [T, T+dT] that A1
  313.    and  A2  cannot  reply to packets sent by the other.  This deficiency
  314.    motivates the next metric.
  315.  
  316.  
  317. 7. Two-way Causal Connectivity
  318.  
  319.  
  320. 7.1. Metric Name:
  321.  
  322.    Type-P1-P2-Interval-Causal-Connectivity
  323.  
  324.  
  325. 7.2. Metric Parameters:
  326.  +    Src, the IP address of a host
  327.  +    Dst, the IP address of a host
  328.  +    T, a time
  329.  +    dT, a duration
  330.    {Comment: Thus, the closed interval [T, T+dT] denotes a  time  inter-
  331.    val.}
  332.  
  333.  
  334. 7.3. Metric Units:
  335.  
  336.    Boolean.
  337.  
  338.  
  339. 7.4. Definition:
  340.  
  341.    Address  Src has *Type-P1-P2-Interval-Causal-Connectivity* to address
  342.    Dst during the interval [T, T+dT] if there exist times T1 and T2, and
  343.    time intervals dT1 and dT2, such that:
  344.  +    T1, T1+dT1, T2, T2+dT2 are all in [T, T+dT].
  345.  +    T1+dT1 <= T2.
  346.  +    At time T1, Src has Type-P1 instantanous connectivity to Dst.
  347.  +    At time T2, Dst has Type-P2 instantanous connectivity to Src.
  348.  +    dT1  is  the  time  taken  for  a packet sent by Src at time T1 to
  349.       arrive at Dst.
  350.  
  351.  
  352.  
  353.  
  354.  
  355.  
  356.  
  357. Mahdavi and Paxson                                              [Page 6]
  358.  
  359.  
  360.  
  361.  
  362.  
  363. ID                            Connectivity                 November 1996
  364.  
  365.  
  366.  +    dT2 is the time taken for a packet sent  by  Dst  at  time  T2  to
  367.       arrive at Src.
  368.  
  369.  
  370. 7.5. Discussion:
  371.  
  372.    This metric defines "useful" connectivity -- Src can send a packet to
  373.    Dst that elicits a response.  Because many applications utilize  dif-
  374.    ferent types of packets for forward and reverse traffic, it is possi-
  375.    ble (and likely) that the desired responses to a Type-P1 packet  will
  376.    be  of  a different type Type-P2.  Therefore, in this metric we allow
  377.    for different types of packets in the forward and reverse directions.
  378.  
  379.  
  380. 7.6. Methodologies:
  381.  
  382.    Here  we  sketch  a  class  of  methodologies  for  estimating  Type-
  383.    P1-P2-Interval-Causal-Connectivity.  It is a class rather than a sin-
  384.    gle  methodology  because the particulars will depend on the types P1
  385.    and P2.
  386.  
  387.  
  388. 7.6.1. Inputs:
  389.  +    Types P1 and P2, addresses A1 and A2, interval [T, T+dT], and
  390.  +    N, the number of packets to send as probes for determining connec-
  391.       tivity.
  392.  +    W,  the  "waiting time", which bounds for how long it is useful to
  393.       wait for a reply to a packet.
  394.    Required: W <= 255, dT > W.
  395.  
  396.  
  397. 7.6.2. Recommended values:
  398.  
  399.    dT = 60 seconds.
  400.    W = 10 seconds.
  401.    N = 20 packets.
  402.  
  403.  
  404. 7.6.3. Algorithm:
  405.  
  406.  +    Compute N *sending-times* that are randomly, uniformly distributed
  407.       over [T, T+dT-W].
  408.  +    At  each  sending  time,  transmit from A1 a well-formed packet of
  409.       type P1 to A2.
  410.  
  411.  
  412.  
  413.  
  414.  
  415.  
  416.  
  417. Mahdavi and Paxson                                              [Page 7]
  418.  
  419.  
  420.  
  421.  
  422.  
  423. ID                            Connectivity                 November 1996
  424.  
  425.  
  426.  +    Inspect incoming network traffic to A1 to determine if a  success-
  427.       ful reply is received.   The particulars of doing so are dependent
  428.       on types P1 & P2, discussed  below.   If  a  successful  reply  is
  429.       received, the value of the measurement is "true".
  430.  +    If  no  successful replies are received by time T+dT, the value of
  431.       the measurement is "false".
  432.  
  433.  
  434. 7.6.4. Discussion:
  435.  
  436.    The algorithm is inexact because  it  does  not  (and  cannot)  probe
  437.    causal  connectivity at every instant in time between [T, T+dT].  The
  438.    value of N trades off measurement precision against network  measure-
  439.    ment  load.   The  state-of-the-art in Internet research does not yet
  440.    offer solid guidance for picking N.  The values given above are  just
  441.    guidelines.
  442.  
  443.  
  444. 7.6.5. Specific methodology for TCP:
  445.  
  446.    A  TCP-port-N1-port-N2  methodology sends TCP SYN packets with source
  447.    port N1 and dest port N2 at address A2.  Incoming network traffic  is
  448.    interpreted as follows:
  449.  +    A  SYN-ack  packet  from  A2 to A1 with the proper acknowledgement
  450.       fields and ports on A1 indicates causal  connectivity.   The  mea-
  451.       surement terminates immediately with a value of "true".  {Comment:
  452.       the connection now established between A1 and A2 should  be  prop-
  453.       erly  torn  down using the usual FIN handshake (not by using a RST
  454.       packet, as these are not transmitted reliably).}
  455.  +    A RST packet from A2 to A1 with the proper ports on  A1  indicates
  456.       causal connectivity between the addresses (and a *lack* of service
  457.       connectivity for TCP-port-N1-port-N2  -  something  that  probably
  458.       should be addressed with another metric).
  459.  +    An ICMP port-unreachable from A2 to A1 indicates causal connectiv-
  460.       ity between the addresses (and again a *lack* of  service  connec-
  461.       tivity  for  TCP-port-N1-port-N2).  {Comment: Are there TCP imple-
  462.       mentations that generate ICMP's instead of RST's?   Do  the  RFC's
  463.       allow  this?   Certainly  they  do  for  UDP,  so the notion makes
  464.       sense.}
  465.  +    An ICMP host-unreachable or network-unreachable to A1 (not  neces-
  466.       sarily from A2) with an enclosed IP header matching that sent from
  467.       A1 to A2 *suggests* a lack of causal  connectivity.   If  by  time
  468.       T+dT  no  evidence  of causal connectivity has been gathered, then
  469.       the receipt of the ICMP can be used as additional  information  to
  470.       the measurement value of "false".
  471.  
  472.    {Comment: Similar methodologies are needed for ICMP Echo, UDP, etc.}
  473.  
  474.  
  475.  
  476.  
  477. Mahdavi and Paxson                                              [Page 8]
  478.  
  479.  
  480.  
  481.  
  482.  
  483. ID                            Connectivity                 November 1996
  484.  
  485.  
  486. 8. Security Considerations
  487.  
  488.    This memo raises no security issues.
  489.  
  490.  
  491. 9. References
  492.  
  493.    G.  Almes, W. Cerveny, P. Krishnaswamy, J. Mahdavi, M. Mathis, and V.
  494.    Paxson, "Framework for IP Provider Metrics", Internet  Draft  <draft-
  495.    ietf-bmwg-ippm-framework-00.txt>, November 1996.
  496.  
  497.    J. Postel, "Internet Protocol", RFC 791, September 1981.
  498.  
  499.    F.  Baker,  "Requirements  for  IP Version 4 Routers", RFC 1812, June
  500.    1995.
  501.  
  502.  
  503.  
  504.  
  505. 10. Authors' Addresses
  506.  
  507.    Jamshid Mahdavi <mahdavi@psc.edu>
  508.    Pittsburgh Supercomputing Center
  509.    4400 5th Avenue
  510.    Pittsburgh, PA  15213
  511.    USA
  512.  
  513.    Vern Paxson <vern@ee.lbl.gov>
  514.    MS 50B/2239
  515.    Lawrence Berkeley National Laboratory
  516.    University of California
  517.    Berkeley, CA  94720
  518.    USA
  519.    Phone: +1 510/486-7504
  520.  
  521.  
  522.  
  523.  
  524.  
  525.  
  526.  
  527.  
  528.  
  529.  
  530.  
  531.  
  532.  
  533.  
  534.  
  535.  
  536.  
  537. Mahdavi and Paxson                                              [Page 9]
  538.  
  539.  
  540.  
  541.