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Text File  |  1997-07-25  |  19KB  |  476 lines

  1.  
  2. ION Working Group                                      Derya H. Cansever
  3. INTERNET DRAFT                                    GTE Laboratories, Inc.
  4.                                                            July     1997
  5. Expiration Date December 1997
  6.  
  7.  
  8.  
  9.                  NHRP Protocol Applicability Statement
  10.                    <draft-ietf-ion-nhrp-appl-02.txt>
  11.  
  12.  
  13. Status of this Memo
  14.  
  15.    This document is an Internet  Draft.   Internet  Drafts  are  working
  16.    documents  of  the Internet Engineering Task Force (IETF), its Areas,
  17.    and its Working Groups.  Note that other groups may  also  distribute
  18.    working documents as Internet Drafts.
  19.  
  20.    Internet Drafts are draft  documents  valid  for  a  maximum  of  six
  21.    months.   Internet  Drafts  may be updated, replaced, or obsoleted by
  22.    other documents at any time.  It is not appropriate to  use  Internet
  23.    Drafts as reference material or to cite them other than as a "working
  24.    draft" or "work in progress."
  25.  
  26.    Please  check  the  1id-abstracts.txt  listing   contained   in   the
  27.    internet-drafts  Shadow  Directories  on  nic.ddn.mil,  nnsc.nsf.net,
  28.    nic.nordu.net,  ftp.nisc.sri.com,  or  munnari.oz.au  to  learn   the
  29.    current status of any Internet Draft.
  30.  
  31. Abstract
  32.  
  33.    As required by the Routing Protocol Criteria [RFC 1264],  this  draft
  34.    report  discusses  the  applicability  of  the  Next  Hop  Resolution
  35.    Protocol  (NHRP)  in  routing  of  IP  datagrams  over  Non-Broadcast
  36.    Multiple  Access  (NBMA)  networks,  such  as ATM, SMDS and X.25. The
  37.    final form of this draft report is a prerequisite to  advancing  NHRP
  38.    on the standards track.
  39.  
  40.  
  41.  
  42. 1. Protocol Documents
  43.  
  44.    The NHRP protocol description is defined in [1] in  its  draft  form.
  45.    The NHRP MIB description is defined in [2] in its draft form.
  46.  
  47. 2. Introduction
  48.  
  49.    This document summarizes the key features of NHRP and  discusses  the
  50.  
  51.  
  52.  
  53. Cansever                                                    [Page 1]
  54.  
  55.  
  56.  
  57.  
  58.  
  59.                  NHRP Protocol Applicability Statement         July 1997
  60.  
  61.  
  62.    environments  for which the protocol is well suited. For the purposes
  63.    of description, NHRP can be considered a generalization of  Classical
  64.    IP  and  ARP over ATM which is defined in [3] and of the Transmission
  65.    of  IP  Datagrams  over  the  SMDS  Service,  defined  in  [4].  This
  66.    generalization occurs in 2 distinct directions.
  67.  
  68.    Firstly, NHRP avoids the need to go through  extra  hops  of  routers
  69.    when  the Source and Destination belong to different Logical Internet
  70.    Subnets (LIS). Of course, [3] and [4] specify that  when  the  source
  71.    and  destination  belong  to  different LISs, the source station must
  72.    forward data packets to a router that is a member of  multiple  LISs,
  73.    even  though  the  source and destination stations may be on the same
  74.    logical NBMA network. If the source and destination  stations  belong
  75.    to  the  same  logical NBMA network, NHRP provides the source station
  76.    with an inter-LIS address resolution mechanism at the  end  of  which
  77.    both stations can exchange packets without having to use the services
  78.    of intermediate routers. This feature is also referred to as  "short-
  79.    cut"  routing.  If the destination station is not part of the logical
  80.    NBMA network, NHRP provides the source with the NBMA address  of  the
  81.    current egress router towards the destination.
  82.  
  83.    The  second  generalization  is  that  NHRP  is  not  specific  to  a
  84.    particular NBMA technology. Of course, [3] assumes an ATM network and
  85.    [4] assumes an SMDS network at their respective subnetwork layers.
  86.  
  87.    NHRP is specified for resolving the destination NBMA addresses of  IP
  88.    datagrams  over  IP  subnets within a large NBMA cloud. NHRP has been
  89.    designed to be extensible to network layer protocols other  than  IP,
  90.    possibly subject to other network layer protocol specific additions.
  91.  
  92.    As an important application  of  NHRP,  the  Multiprotocol  Over  ATM
  93.    (MPOA)  Working  Group  of  the ATM Forum has decided to adopt and to
  94.    integrate NHRP into its MPOA Protocol  specification  [5].  As  such,
  95.    NHRP  will  be  used  in  resolving the ATM addresses of MPOA packets
  96.    destined outside the originating subnet.
  97.  
  98. 3. Key Features
  99.  
  100.    NHRP provides a mechanism to obtain the NBMA network address  of  the
  101.    destination,  or  of a router along the path to the destination. NHRP
  102.    is not a routing protocol, but may make use of  routing  information.
  103.    This is further discussed in Section 5.
  104.  
  105.    The most prominent feature of NHRP is that  it  avoids  extra  router
  106.    hops  in  an NBMA with multiple LISs. To this goal, NHRP provides the
  107.    source with the NBMA address of the destination, if  the  destination
  108.    is  directly  attached to the NBMA. If the destination station is not
  109.    attached to the NBMA, then NHRP provides the  source  with  the  NBMA
  110.  
  111.  
  112.  
  113. Cansever                                                    [Page 2]
  114.  
  115.  
  116.  
  117.  
  118.  
  119.                  NHRP Protocol Applicability Statement         July 1997
  120.  
  121.  
  122.    address  of  an exit router that has connectivity to the destination.
  123.    In general, there may be multiple exit routers that have connectivity
  124.    to  the  destination.  If NHRP uses the services of a dynamic routing
  125.    algorithm in fulfilling its function, which is necessary  for  robust
  126.    and  scalable  operation,  then  the  exit  router identified by NHRP
  127.    reflects the selection made by  the  network  layer  dynamic  routing
  128.    protocol.  In  general,  the  selection  made by the routing protocol
  129.    would often reflect a desirable attribute, such  as  identifying  the
  130.    exit  router  that  induces  the least number of hops in the original
  131.    routed path.
  132.  
  133.    NHRP is defined for avoiding extra hops in the delivery of IP packets
  134.    with a single destination. As such, it is not intended for direct use
  135.    in a point-to-multipoint communication setting. However, elements  of
  136.    NHRP  may  be  used in certain multicast scenarios for the purpose of
  137.    providing short cut routing. Such an effort is discussed in  [6].  In
  138.    this  case,  NHRP  would  avoid intermediate routers in the multicast
  139.    path. The scalability of providing short-cut  paths  in  a  multicast
  140.    environment is an open issue.
  141.  
  142.    NHRP  can  be  used  in  host-host,   host-router   and   router-host
  143.    communications.  When  used  in router-router communication, NHRP (as
  144.    defined  in  [1])  can  produce  persistent  routing  loops  if   the
  145.    underlying  routing  protocol  looses  information  critical  to loop
  146.    suppression. This may occur when there is a change in router  metrics
  147.    across  the  autonomous  system  boundaries.  NHRP  for router-router
  148.    communication  that  avoids  persistent  forwarding  loops  will   be
  149.    addressed in a 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 having inter-LIS address resolution  capability,  NHRP
  167.    allows  the  communicating  parties  to  exchange  packets  by  fully
  168.    utilizing the particular features  of  the  NBMA  network.  One  such
  169.    example  is  the  use of QoS guarantees when the NMBA network is ATM.
  170.  
  171.  
  172.  
  173. Cansever                                                    [Page 3]
  174.  
  175.  
  176.  
  177.  
  178.  
  179.                  NHRP Protocol Applicability Statement         July 1997
  180.  
  181.  
  182.    Here, due to short-cut routing, ATM provided QoS  guarantees  can  be
  183.    implemented  without  having to deal with the issues of re-assembling
  184.    and re-segmenting IP packets at each network layer hop.
  185.  
  186.    NHRP protocol can be viewed as a client-server interaction.  An  NHRP
  187.    Client  is  the one who issues an NHRP Request. An NHRP Server is the
  188.    one who issues a reply to an NHRP request, or the one who forwards  a
  189.    received  NHRP  request  to another Server. Of course, an NHRP entity
  190.    may act both as a Client and a Server.
  191.  
  192. 4. Use of NHRP
  193.  
  194.    In general, issuing an  NHRP  request  is  an  application  dependent
  195.    action  [7].  For  applications  that  do  not  have  particular  QoS
  196.    requirements, and that are executed within a short period of time, an
  197.    NBMA short-cut may not be a necessity. In situations where there is a
  198.    "cost" associated with NBMA  short-cuts,  such  applications  may  be
  199.    better  served  by network layer hop-by-hop routing. Here, "cost" may
  200.    be understood in a monetary  context, or as additional strain on  the
  201.    equipment that implements short-cuts. Therefore, there is a trade-off
  202.    between the "cost" of a short-cut path and its utility to  the  user.
  203.    Reference [7] proposes that this trade-off should be addressed at the
  204.    application level. In an environment consisting of LANs  and  routers
  205.    that  are  interconnected  via  dedicated  links,  the  basic routing
  206.    decision is whether to forward a packet to a router, or to  broadcast
  207.    it  locally.  Such  a  decision  on  local vs. remote is based on the
  208.    destination address. When routing IP packets over  an  NBMA  network,
  209.    where   there   is   potentially   a  direct  Source  to  Destination
  210.    connectivity with QoS options, the decision on local vs. remote is no
  211.    longer  as  fundamentally important as in the case where packets have
  212.    to traverse routers that  are  interconnected  via  dedicated  links.
  213.    Thus, in an NBMA network with QoS options, the basic decision becomes
  214.    the one of short-cut vs. hop-by-hop network layer  routing.  In  this
  215.    case,  the  relevant criterion becomes applications' QoS requirements
  216.    [7]. NHRP is  particularly  applicable  for  environments  where  the
  217.    decision  on local vs. remote is superseded by the decision on short-
  218.    cut vs. hop-by-hop network layer routing.
  219.  
  220.    Let us assume that the trade-off is in  favor  of  a  short-cut  NBMA
  221.    route.  Generally, an NHRP request can be issued by a variety of NHRP
  222.    aware entities, including hosts and routers with NBMA interfaces.  If
  223.    an IP packet traverses multiple hops before a short-cut path has been
  224.    established, then there is a chance  that  multiple  short-cut  paths
  225.    could  be  formed. In order to avoid such an undesirable situation, a
  226.    useful operation rule is to authorize only the following entities  to
  227.    issue an NHRP request and to perform short-cut routing.
  228.     i) The host that originates the IP packet, if the host has an NBMA
  229.        interface.
  230.  
  231.  
  232.  
  233. Cansever                                                    [Page 4]
  234.  
  235.  
  236.  
  237.  
  238.  
  239.                  NHRP Protocol Applicability Statement         July 1997
  240.  
  241.  
  242.     ii) The first router along the routing path of the IP packet such
  243.         that the next hop is reachable through the NBMA interface of
  244.         that particular router.
  245.     iii) A policy router within an NBMA network through which the IP
  246.          packet has to traverse.
  247.  
  248. 5. Protocol Scalability
  249.  
  250.    As previously indicated, NHRP is  defined  for  the  delivery  of  IP
  251.    packets  with a single destination. Thus, this discussion is confined
  252.    to a unicast setting. The scalability of  NHRP  can  be  analyzed  at
  253.    three distinct levels:
  254.  
  255.      o Client level
  256.      o LIS level
  257.      o Domain level
  258.  
  259.    At the the Client level, the scalability of NHRP is affected  by  the
  260.    processing  and memory limitations of the NIC that provides interface
  261.    to the NBMA network. When the NBMA network  is  connection  oriented,
  262.    such  as  ATM,  NIC  limitations may bound the scalability of NHRP in
  263.    certain applications. For example, a server that handles hundreds  of
  264.    requests  per  second  using  an  ATM interface may be bounded by the
  265.    performance characteristics of the corresponding NIC. Similarly, when
  266.    the  NHRP Client resides at an NBMA interface of a router, memory and
  267.    processing limitations of router's NIC may bound the  scalability  of
  268.    NHRP.  This  is because routers generally deal with an aggregation of
  269.    traffic from multiple sources, which in turn  creates  a  potentially
  270.    large number of SVCCs out of the router's NBMA interface.
  271.  
  272.    At the LIS level, the main issue is to maintain and deliver a sizable
  273.    number  of  NBMA to Network layer address mappings within large LISs.
  274.    To this goal, NHRP implementations can use the services of the Server
  275.    Cache  Synchronization  Protocol  (SCSP)  [8]  that  allows  multiple
  276.    synchronized NHSs within an LIS, and  hence  resolve  the  associated
  277.    scalability issue.
  278.  
  279.    At the NHRP Domain level, network layer routing is used in  resolving
  280.    the  NBMA  address  of  a  destination  outside the LIS. As such, the
  281.    scalability of NHRP is closely tied to the scalability of the network
  282.    layer  routing  protocol  used by NHRP. Dynamic network layer routing
  283.    protocols are proven to scale well. Thus, when  used  in  conjunction
  284.    with  dynamic  routing  algorithms,  at  the  NHRP domain level, NHRP
  285.    should scale in the same order as the routing algorithm,  subject  to
  286.    the assumption that all the routers along the path are NHRP aware. If
  287.    an NHRP Request is processed by a  router  that  does  not  implement
  288.    NHRP,  it  will  be  silently  discarded.  Then, short-cuts cannot be
  289.    implemented and connectivity will be provided on a hop-by-hop  basis.
  290.  
  291.  
  292.  
  293. Cansever                                                    [Page 5]
  294.  
  295.  
  296.  
  297.  
  298.  
  299.                  NHRP Protocol Applicability Statement         July 1997
  300.  
  301.  
  302.    Thus,  when  NHRP  is implemented in conjunction with dynamic network
  303.    layer routing, a scaling requirement for NHRP is that  virtually  all
  304.    the routers within a logical NBMA network should be NHRP aware.
  305.  
  306.    One can also use static routing in conjunction with NHRP.  Then,  not
  307.    all  the  routers in the NBMA network need to be NHRP aware. That is,
  308.    since the routers that need to  process  NHRP  control  messages  are
  309.    specified  by  static  routing,  routers that are not included in the
  310.    manually defined static paths do  not  have  to  be  NHRP  aware.  Of
  311.    course,  static routing does not scale, and if the destination is off
  312.    the NBMA network, then the use of  static  routing  could  result  in
  313.    persistently suboptimal routes. Use of static routing also has fairly
  314.    negative failure modes.
  315.  
  316. 6. Discussion
  317.  
  318.    NHRP does not replace existing routing protocols. In general, routing
  319.    protocols are used to determine the proper path from a source host or
  320.    router, or intermediate router, to a particular destination.  If  the
  321.    routing  protocol  indicates that the proper path is via an interface
  322.    to an NBMA network, then NHRP may be used at the  NBMA  interface  to
  323.    resolve  the  destination  IP  address  into  the  corresponding NBMA
  324.    address.  Of course, the use of NHRP  is  subject  to  considerations
  325.    discussed in Section 4.
  326.  
  327.    Assuming that NHRP is applicable and the destination address has been
  328.    resolved,  packets are forwarded using the particular data forwarding
  329.    and path determination  mechanisms of the  underlying  NBMA  network.
  330.    Here,  the  sequence  of  events are such that route determination is
  331.    performed by IP routing, independent of NHRP. Then, NHRP is  used  to
  332.    create  a  short-cut track upon the path determined by the IP routing
  333.    protocol. Therefore,  NHRP  "shortens"  the  routed  path.  NHRP  (as
  334.    defined  in  [1]) is not sufficient to suppress persistent forwarding
  335.    loops when used for router-router  communication  if  the  underlying
  336.    routing protocol looses information critical to loop suppression [9].
  337.    Work is in progress [10] to augment NHRP to enable its  use  for  the
  338.    router-router communication without persistent forwarding loops.
  339.  
  340.    When the routed path keeps changing on  some  relatively  short  time
  341.    scale,  such  as  seconds,  this situation will have an effect on the
  342.    operation of NHRP. In certain router-router  operations,  changes  in
  343.    the  routed  path  could  create  persistent  routing loops. In host-
  344.    router, or router-host communications,  frequent  changes  in  routed
  345.    paths  could  result  in  inefficiencies such as frequent creation of
  346.  
  347.  
  348.  
  349.                  NHRP Protocol Applicability Statement         July 1997
  350.  
  351.  
  352.  
  353. Cansever                                                    [Page 6]
  354.  
  355.  
  356.  
  357.  
  358.  
  359.                  NHRP Protocol Applicability Statement         July 1997
  360.  
  361.  
  362.    short-cut paths which are short lived.
  363.  
  364. References
  365.  
  366.    [1] NMBA Next Hop Resolution Protocol (NHRP), J. Luciani,
  367.        D. Katz, D. Piscitello and B. Cole. Work in progress.
  368.  
  369.    [2] NHRP Management Information Base, M. Greene and J. Luciani.
  370.        Work in progress.
  371.  
  372.    [3] Classical IP and ARP over ATM, Mark Laubach, RFC 1577.
  373.  
  374.    [4] Transmission of IP datagrams over the SMDS service, J. Lawrance
  375.        and D. Piscitello, RFC 1209.
  376.  
  377.    [5] Multiprotocol Over ATM Version 1.0,
  378.        ATM Forum Document af-mpoa-0087.000
  379.  
  380.    [6] Support for Sparse Mode PIM over ATM, Yakov Rekhter and Dino
  381.        Farinacci. Work in progress.
  382.  
  383.    [7] "Local/Remote" Forwarding Decision in Switched Data Link
  384.        Subnetworks, Yakov Rekhter and Dilip Kandlur, RFC 1937.
  385.  
  386.    [8] Server Cache Synchronization Protocol (SCSP) - NBMA,
  387.        J. Luciani, G. Armitage and J. Halpern. Work in progress.
  388.  
  389.    [9] IP over ATM: A Framework Document, R.G. Cole, D.H. Shur and
  390.        C. Villamizar, RFC 1932.
  391.  
  392.    [10] NHRP for Destinations off the NBMA Subnetwork, Y. Rekhter.
  393.         Work in progress.
  394.  
  395.  
  396.  
  397. Acknowledgements
  398.  
  399.    The author acknowledges valuable contributions and comments from many
  400.    participants  of  the  ION  Working  Group,  in  particular from Joel
  401.    Halpern of Newbridge Networks, David Horton of Centre for Information
  402.    Technology  Research,  Andy Malis of Nexion, Yakov Rekhter and George
  403.    Swallow of Cisco Systems and Curtis Villamizar of ANS.
  404.  
  405. Author's Address
  406.  
  407.    Derya H. Cansever
  408.    GTE Laboratories Inc.
  409.    40 Sylvan Rd. MS 51
  410.  
  411.  
  412.  
  413. Cansever                                                    [Page 7]
  414.  
  415.  
  416.  
  417.  
  418.  
  419.                  NHRP Protocol Applicability Statement         July 1997
  420.  
  421.  
  422.    Waltham MA 02254
  423.  
  424.    Phone: +1 617 466 4086
  425.    Email: dcansever@gte.com
  426.  
  427.  
  428.  
  429.  
  430.    Expiration Date December 1997
  431.  
  432.  
  433.  
  434.  
  435.  
  436.  
  437.  
  438.  
  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. Cansever                                                    [Page 8]
  474.  
  475.  
  476.