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Text File  |  1997-03-24  |  20KB  |  479 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5. ION Working Group                                      Derya H. Cansever
  6. INTERNET DRAFT                                    GTE Laboratories, Inc.
  7.                                                            March    1997
  8. Expiration Date September 1997
  9.  
  10.  
  11.  
  12.                  NHRP Protocol Applicability Statement
  13.                    <draft-ietf-ion-nhrp-appl-01.txt>
  14.  
  15.  
  16. Status of this Memo
  17.  
  18.    This document is an Internet  Draft.   Internet  Drafts  are  working
  19.    documents  of  the Internet Engineering Task Force (IETF), its Areas,
  20.    and its Working Groups.  Note that other groups may  also  distribute
  21.    working documents as Internet Drafts.
  22.  
  23.    Internet Drafts are draft  documents  valid  for  a  maximum  of  six
  24.    months.   Internet  Drafts  may be updated, replaced, or obsoleted by
  25.    other documents at any time.  It is not appropriate to  use  Internet
  26.    Drafts as reference material or to cite them other than as a "working
  27.    draft" or "work in progress."
  28.  
  29.    Please  check  the  1id-abstracts.txt  listing   contained   in   the
  30.    internet-drafts  Shadow  Directories  on  nic.ddn.mil,  nnsc.nsf.net,
  31.    nic.nordu.net,  ftp.nisc.sri.com,  or  munnari.oz.au  to  learn   the
  32.    current status of any Internet Draft.
  33.  
  34. Abstract
  35.  
  36.    As required by the Routing Protocol Criteria [RFC 1264],  this  draft
  37.    report  discusses  the  applicability  of  the  Next  Hop  Resolution
  38.    Protocol  (NHRP)  in  routing  of  IP  datagrams  over  Non-Broadcast
  39.    Multiple  Access  (NBMA)  networks,  such  as ATM, SMDS and X.25. The
  40.    final form of this draft report is a prerequisite to  advancing  NHRP
  41.    on the standards track.
  42.  
  43.  
  44.  
  45. 1. Protocol Documents
  46.  
  47.    The NHRP protocol description is defined in [1] in  its  draft  form.
  48.    The NHRP MIB description is defined in [2] in its draft form.
  49.  
  50. 2. Introduction
  51.  
  52.    This document summarizes the key features of NHRP and  discusses  the
  53.  
  54.  
  55.  
  56. Cansever                                                    [Page 1]
  57.  
  58.  
  59.  
  60.  
  61.  
  62.                  NHRP Protocol Applicability Statement     November 1996
  63.  
  64.  
  65.    environments  for which the protocol is well suited. For the purposes
  66.    of description, NHRP can be considered a generalization of  Classical
  67.    IP  and  ARP over ATM which is defined in [3] and of the Transmission
  68.    of  IP  Datagrams  over  the  SMDS  Service,  defined  in  [4].  This
  69.    generalization occurs in 2 distinct directions.
  70.  
  71.    Firstly, NHRP avoids the need to go through  extra  hops  of  routers
  72.    when  the Source and Destination belong to different Logical Internet
  73.    Subnets (LIS). Of course, [3] and [4] specify that  when  the  source
  74.    and  destination  belong  to  different LISs, the source station must
  75.    forward data packets to a router that is a member of  multiple  LISs,
  76.    even  though  the  source and destination stations may be on the same
  77.    logical NBMA network. If the source and destination  stations  belong
  78.    to  the  same  logical NBMA network, NHRP provides the source station
  79.    with an inter-LIS address resolution mechanism at the  end  of  which
  80.    both stations can exchange packets without having to use the services
  81.    of intermediate routers. This feature is also referred to as  "short-
  82.    cut"  routing.  If the destination station is not part of the logical
  83.    NBMA network, NHRP provides the source with the NBMA address  of  the
  84.    egress router towards the destination.
  85.  
  86.    The  second  generalization  is  that  NHRP  is  not  specific  to  a
  87.    particular NBMA technology. Of course, [3] assumes an ATM network and
  88.    [4] assumes an SMDS network at their respective subnetwork layers.
  89.  
  90.    NHRP is specified for resolving the destination NBMA addresses of  IP
  91.    datagrams  over  IP  subnets within a large NBMA cloud. In principle,
  92.    NHRP should also be extensible to network layer protocols other  than
  93.    IP,  possibly  subject  to  other  network  layer  protocol  specific
  94.    additions.
  95.  
  96.    As an important application  of  NHRP,  the  MultiProtocol  Over  ATM
  97.    (MPOA)  Working  Group  of  the ATM Forum has decided to adopt and to
  98.    integrate NHRP into its MPOA Protocol  specification  [5].  As  such,
  99.    NHRP  will  be  used  in  resolving the ATM addresses of MPOA packets
  100.    destined outside the originating Internetwork Address Sub-Group.
  101.  
  102. 3. Key Features
  103.  
  104.    NHRP is not a routing protocol, but an inter-LIS  address  resolution
  105.    mechanism that may make use of network layer routing in resolving the
  106.    NBMA address of the destination. This is further discussed in Section
  107.    5.
  108.  
  109.    The most prominent feature of NHRP is that it avoids extra hops in an
  110.    NBMA  with multiple LISs. To this goal, NHRP provides the source with
  111.    the NBMA address of the destination, if the destination  is  directly
  112.    attached  to  the NBMA. If the destination station is not attached to
  113.  
  114.  
  115.  
  116. Cansever                                                    [Page 2]
  117.  
  118.  
  119.  
  120.  
  121.  
  122.                  NHRP Protocol Applicability Statement     November 1996
  123.  
  124.  
  125.    the NBMA, then NHRP provides the source with the NBMA address  of  an
  126.    exit  router  that  has  connectivity to the destination. In general,
  127.    there may be multiple exit routers  that  have  connectivity  to  the
  128.    destination. If NHRP uses the services of a dynamic routing algorithm
  129.    in fulfilling  its  function,  which  is  necessary  for  robust  and
  130.    scalable  operation, then the exit router identified by NHRP reflects
  131.    the selection made by the network layer dynamic routing protocol.  In
  132.    general,  the  selection  made  by  the  routing protocol would often
  133.    reflect a desirable attribute, such as identifying  the  exit  router
  134.    that induces the least number of hops in the original routed path.
  135.  
  136.    NHRP is defined for avoiding extra hops in the delivery of IP packets
  137.    with a single destination. As such, it is not intended for direct use
  138.    in a point-to-multipoint communication setting. However, elements  of
  139.    NHRP  may  be  used in certain multicast scenarios for the purpose of
  140.    providing short cut routing. Such an effort is discussed in  [6].  In
  141.    this  case,  NHRP  would  avoid intermediate routers in the multicast
  142.    path. The scalability of providing short-cut  paths  in  a  multicast
  143.    environment remains an issue.
  144.  
  145.    NHRP  can  be  used  in  host-host,   host-router   and   router-host
  146.    communications.  When  used  in router-router communication, NHRP (as
  147.    defined in [1])  can  produce  persistent  routing  loops.  NHRP  for
  148.    router-router  communication  that avoids persistent forwarding loops
  149.    will be addressed in separate document.
  150.  
  151.    A special case of router-router communication where  loops  will  not
  152.    occur  is  when the destination host is directly adjacent to the non-
  153.    NBMA interface of the egress router.  If  it  is  believed  that  the
  154.    adjacency of the destination station to the egress router is a stable
  155.    topological configuration, then NHRP  can  safely  be  used  in  this
  156.    router-router  communication  scenario. If the NHRP Request has the Q
  157.    bit set, indicating that the requesting party is a router, and if the
  158.    destination  station  is  directly adjacent to the egress router as a
  159.    stable topological configuration, then the egress router can issue  a
  160.    corresponding  NHRP reply.  If the destination is not adjacent to the
  161.    egress router, and if Q bit is set in the Request, then a  safe  mode
  162.    of  operation for the egress router would be to issue a negative NHRP
  163.    Reply (NAK) for this particular request, thereby enforce data packets
  164.    to follow the routed path.
  165.  
  166.    As a result of inter-LIS address resolution capability,  NHRP  allows
  167.    the  communicating parties to exchange packets by fully utilizing the
  168.    particular features of the NBMA network. One such example is the  use
  169.    of  QoS  guarantees when the NMBA network is ATM. Here, due to short-
  170.    cut routing, ATM provided QoS guarantees can be  implemented  without
  171.    having  to deal with the issues of re-assembling and re-segmenting IP
  172.    packets at each network layer hop.
  173.  
  174.  
  175.  
  176. Cansever                                                    [Page 3]
  177.  
  178.  
  179.  
  180.  
  181.  
  182.                  NHRP Protocol Applicability Statement     November 1996
  183.  
  184.  
  185.    NHRP protocol can be viewed as a client-server interaction.  An  NHRP
  186.    Client  is  the one who issues an NHRP Request. An NHRP Server is the
  187.    one who issues a reply to an NHRP request, or the one who forwards  a
  188.    received  NHRP  request  to another Server. Of course, an NHRP entity
  189.    may act both as a Client  and  a  Server.  NHRP  uses  network  layer
  190.    routing in resolving the NBMA address of the destination. The related
  191.    routing tables can be populated using the services of  network  layer
  192.    dynamic  routing algorithms, or they may be statically configured. If
  193.    network layer dynamic routing algorithms are used, NHRP Servers would
  194.    be  implemented in a router, or in some device that participates to a
  195.    network layer dynamic routing algorithm. If static routing  is  used,
  196.    then  NHRP  Servers do not necessarily have to participate to network
  197.    layer dynamic routing algorithms. All they are required to do  is  to
  198.    reply  to  NHRP  Requests  using  their IP to NBMA address resolution
  199.    tables, or to  forward  them  to  another  Server,  using  some  pre-
  200.    determined forwarding rules.
  201.  
  202. 4. Use of NHRP
  203.  
  204.    In general, issuing an NHRP request would be an application dependent
  205.    action  [7].  For  applications  that  do  not  have  particular  QoS
  206.    requirements, and that are executed within a short period of time, an
  207.    NBMA short-cut may not be a necessity. In situations where there is a
  208.    "cost" associated with NBMA  short-cuts,  such  applications  may  be
  209.    better  served  by network layer hop-by-hop routing. Here, "cost" may
  210.    be understood in a monetary  context, or as additional strain on  the
  211.    equipment that implements short-cuts. Therefore, there is a trade-off
  212.    between the "cost" of a short-cut path and its utility to  the  user.
  213.    Reference [7] proposes that this trade-off should be addressed at the
  214.    application level. In an environment consisting of LANs  and  routers
  215.    that  are  interconnected  via  dedicated  links,  the  basic routing
  216.    decision is whether to forward a packet to a router, or to  broadcast
  217.    it  locally.  Such  a  decision  on  local vs. remote is based on the
  218.    destination address. When routing IP packets over  an  MBMA  network,
  219.    where   there   is   potentially   a  direct  Source  to  Destination
  220.    connectivity with QoS options, the decision on local vs. remote is no
  221.    longer  as  fundamentally important as in the case where packets have
  222.    to traverse routers that  are  interconnected  via  dedicated  links.
  223.    Then, in an NBMA network with QoS options, the basic decision becomes
  224.    the one of short-cut vs. hop-by-hop network layer  routing.  In  this
  225.    case,  the  relevant criterion becomes applications' QoS requirements
  226.    [7]. NHRP is  particularly  applicable  for  environments  where  the
  227.    decision  on local vs. remote is superseded by the decision on short-
  228.    cut vs. hop-by-hop network layer routing.
  229.  
  230.    Let us assume that the trade-off is in  favor  of  a  short-cut  NBMA
  231.    route.  Generally, an NHRP request can be issued by a variety of NHRP
  232.    aware entities, including hosts and routers with NBMA interfaces.  If
  233.  
  234.  
  235.  
  236. Cansever                                                    [Page 4]
  237.  
  238.  
  239.  
  240.  
  241.  
  242.                  NHRP Protocol Applicability Statement     November 1996
  243.  
  244.  
  245.    an IP packet traverses multiple hops before a short-cut path has been
  246.    established, then there is a chance  that  multiple  short-cut  paths
  247.    could  be  formed. In order to avoid such an undesirable situation, a
  248.    useful operation rule is to authorize only the following entities  to
  249.    issue an NHRP request and to perform short-cut routing.
  250.     i) The host that originates the IP packet, if the host has an NBMA
  251.        interface.
  252.     ii) The first router along the routing path of the IP packet such
  253.         that the next hop is reachable through the NBMA interface of
  254.         that particular router.
  255.     iii) A policy router within an NBMA network through which the IP
  256.          packet has to traverse.
  257.  
  258. 5. Protocol Scalability
  259.  
  260.    As previously indicated, NHRP is  defined  for  the  delivery  of  IP
  261.    packets  with a single destination. Thus, this discussion is confined
  262.    to a unicast setting. The scalability of  NHRP  can  be  analyzed  at
  263.    three distinct levels:
  264.  
  265.      o Client level
  266.      o LIS level
  267.      o Domain level
  268.  
  269.    Like in any other protocol, at the the Client level, the  scalability
  270.    of  NHRP  is  bounded by the processing and memory limitations of the
  271.    NIC that provides interface to the NBMA network. Such limitations  do
  272.    not  generally  constitute an issue in connectionless  NBMA networks.
  273.    When the NBMA network  is  connection  oriented,  such  as  ATM,  NIC
  274.    limitations might bound the scalability of NHRP in certain cases. For
  275.    example, a server that handles hundreds of requests per second  using
  276.    an  ATM interface might be bounded by the performance characteristics
  277.    of the corresponding NIC. Similarly, when the NHRP Client resides  at
  278.    an  NBMA  interface of a router, memory and processing limitations of
  279.    router's NIC might constitute a bound on  the  scalability  of  NHRP.
  280.    This  is  because  routers  deal  with an aggregation of traffic from
  281.    multiple sources, which in turn creates a potentially large number of
  282.    SVCCs out of the router's NBMA interface.
  283.  
  284.    At the LIS level, the main issue is to maintain and deliver a sizable
  285.    number  of  NBMA to Network layer address mappings within large LISs.
  286.    To this goal, NHRP implementations can use the services of the Server
  287.    Cache  Synchronization  Protocol  (SCSP)  [8]  that  allows  multiple
  288.    synchronized NHSs within an LIS, and  hence  resolve  the  associated
  289.    scalability issue.
  290.  
  291.    At the NHRP Domain level, network layer routing is used in  resolving
  292.    the  NBMA  address  of  a  destination  outside the LIS. As such, the
  293.  
  294.  
  295.  
  296. Cansever                                                    [Page 5]
  297.  
  298.  
  299.  
  300.  
  301.  
  302.                  NHRP Protocol Applicability Statement     November 1996
  303.  
  304.  
  305.    scalability of NHRP is closely tied to the scalability of the network
  306.    layer  routing  protocol  used by NHRP. Dynamic network layer routing
  307.    protocols are proven to scale well. Thus, when  used  in  conjunction
  308.    with  dynamic  routing  algorithms,  at  the  NHRP domain level, NHRP
  309.    should scale in the same order as the routing algorithm,  subject  to
  310.    the assumption that all the routers along the path are NHRP aware. If
  311.    an NHRP Request is processed by a  router  that  does  not  implement
  312.    NHRP,  it  will  be  silently  discarded.  Then, short-cuts cannot be
  313.    implemented and connectivity will be provided on a hop-by-hop  basis.
  314.    Thus,  when  NHRP  is implemented in conjunction with dynamic network
  315.    layer routing, a scaling requirement for NHRP is that  virtually  all
  316.    the routers within a logical NBMA network should be NHRP aware.
  317.  
  318.    One can also use static routing in conjunction with NHRP.  Then,  not
  319.    all  the  routers in the NBMA network need to be NHRP aware. That is,
  320.    since the routers that need to  process  NHRP  control  messages  are
  321.    specified  by  static  routing,  routers that are not included in the
  322.    manually defined static paths do  not  have  to  be  NHRP  aware.  Of
  323.    course,  static routing does not scale, and if the destination is off
  324.    the NBMA network, then the use of  static  routing  could  result  in
  325.    persistently suboptimal routes. Use of static routing also has fairly
  326.    negative failure modes.
  327.  
  328. 6. Discussion
  329.  
  330.    NHRP does not replace existing routing protocols. In general, routing
  331.    protocols are used to determine the proper path from a source host or
  332.    router, or intermediate router, to a particular destination.  If  the
  333.    routing  protocol  indicates that the proper path is via an interface
  334.    to an NBMA network, then NHRP may be used at the  NBMA  interface  to
  335.    resolve  the  destination  IP  address  into  the  corresponding NBMA
  336.    address.  Of course, the use of NHRP  is  subject  to  considerations
  337.    discussed in Section 4.
  338.  
  339.    Assuming that NHRP is applicable and the destination address has been
  340.    resolved,  packets are forwarded using the particular data forwarding
  341.    and path determination  mechanisms of the  underlying  NBMA  network.
  342.    Here,  the  sequence  of  events are such that route determination is
  343.    performed by IP routing, independent of NHRP. Then, NHRP is  used  to
  344.    create  a  short-cut track upon the path determined by the IP routing
  345.    protocol. Therefore,  NHRP  "shortens"  the  routed  path.  NHRP  (as
  346.    defined  in  [1]) is not sufficient to suppress persistent forwarding
  347.    loops when used for  router-router  communication  [9].  Work  is  in
  348.    progress [10] to augment NHRP to enable its use for the router-router
  349.    communication without persistent forwarding loops.
  350.  
  351.    When  the  routed  path  keeps  changing  on  some  relatively  short
  352.    timescale, such as seconds, this situation will have an effect on the
  353.  
  354.  
  355.  
  356. Cansever                                                    [Page 6]
  357.  
  358.  
  359.  
  360.  
  361.  
  362.                  NHRP Protocol Applicability Statement     November 1996
  363.  
  364.  
  365.    operation of NHRP. In router-router operation, changes in the  routed
  366.    path  could  create  persistent  routing  loops.  In  host-router, or
  367.    router-host communications, frequent changes in  routed  paths  could
  368.    result in inefficiencies such as frequent creation of short-cut paths
  369.    which are short lived.
  370.  
  371. References
  372.  
  373.    [1] NMBA Next Hop Resolution Protocol (NHRP), J. Luciani,
  374.        D. Katz, D. Piscitello and B. Cole. Work in progress.
  375.        draft-ietf-rolc-nhrp-09.txt.
  376.  
  377.    [2] NHRP Management Information Base, M. Greene and J. Luciani,
  378.        Work in progress.
  379.  
  380.    [3] Classical IP and ARP over ATM, Mark Laubach, RFC 1577.
  381.  
  382.    [4] Transmission of IP datagrams over the SMDS service, J. Lawrance
  383.        and D. Piscitello, RFC 1209.
  384.  
  385.    [5] MPOA Baseline Version 1, ATM Forum Contribution,
  386.        ATM Forum/95-0824
  387.  
  388.    [6] Support for Sparse Mode PIM over ATM, Yakov Rekhter and Dino
  389.        Farinacci, Work in progress.
  390.  
  391.    [7] "Local/Remote" Forwarding Decision in Switched Data Link
  392.        Subnetworks, Yakov Rekhter and Dilip Kandlur, RFC 1937.
  393.  
  394.    [8] Server Cache Synchronization Protocol (SCSP) - NBMA,
  395.        J. Luciani, G. Armitage and J. Halpern,
  396.        Work in progress.
  397.  
  398.    [9] IP over ATM: A Framework Document, R.G. Cole, D.H. Shur and
  399.        C. Villamizar, RFC 1932.
  400.  
  401.    [10] NHRP for Destinations off the NBMA Subnetwork, Y. Rekhter,
  402.         Work in progress.
  403.  
  404.  
  405.  
  406. Acknowledgements
  407.  
  408.    The author acknowledges valuable contributions and comments from many
  409.    participants  of  the  ION  Working  Group,  in  particular from Joel
  410.    Halpern of Newbridge Networks, David Horton of Centre for Information
  411.    Technology  Research,  Andy  Malis  of Nexion, Yakov Rekhter of Cisco
  412.    Systems and Curtis Villamizar of ANS.
  413.  
  414.  
  415.  
  416. Cansever                                                    [Page 7]
  417.  
  418.  
  419.  
  420.  
  421.  
  422.                  NHRP Protocol Applicability Statement     November 1996
  423.  
  424.  
  425. Author's Address
  426.  
  427.    Derya H. Cansever
  428.    GTE Laboratories Inc.
  429.    40 Sylvan Rd. MS 51
  430.    Waltham MA 02254
  431.  
  432.    Phone: +1 617 466 4086
  433.    Email: dcansever@gte.com
  434.  
  435.  
  436.  
  437.  
  438.    Expiration Date May 1997
  439.  
  440.  
  441.  
  442.  
  443.  
  444.  
  445.  
  446.  
  447.  
  448.  
  449.  
  450.  
  451.  
  452.  
  453.  
  454.  
  455.  
  456.  
  457.  
  458.  
  459.  
  460.  
  461.  
  462.  
  463.  
  464.  
  465.  
  466.  
  467.  
  468.  
  469.  
  470.  
  471.  
  472.  
  473.  
  474.  
  475.  
  476. Cansever                                                    [Page 8]
  477.  
  478.  
  479.