home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Internet Info 1997 December / Internet_Info_CD-ROM_Walnut_Creek_December_1997.iso / drafts / draft_n_r / draft-ohta-ip-over-atm-02.txt < prev    next >
Text File  |  1995-03-09  |  23KB  |  560 lines

  1.  
  2.  
  3. INTERNET DRAFT                                                   M. Ohta
  4. draft-ohta-ip-over-atm-02.txt              Tokyo Institute of Technology
  5.                                                                 H. Esaki
  6.                                                                K. Nagami
  7.                                                      Toshiba Corporation
  8.                                                               March 1995
  9.  
  10.                         Conventional IP over ATM
  11.  
  12. Status of this Memo
  13.  
  14.    This document is an Internet-Draft.  Internet-Drafts are working
  15.    documents of the Internet Engineering Task Force (IETF), its areas,
  16.    and its working groups.  Note that other groups may also distribute
  17.    working documents as Internet-Drafts.
  18.  
  19.    Internet-Drafts are draft documents valid for a maximum of six
  20.    months.  Internet-Drafts may be updated, replaced, or obsoleted by
  21.    other documents at any time.  It is not appropriate to use Internet-
  22.    Drafts as reference material or to cite them other than as a
  23.    ``working draft'' or ``work in progress.''
  24.  
  25.    To learn the current status of any Internet-Draft, please check the
  26.    1id-abstracts.txt listing contained in the Internet-Drafts Shadow
  27.    Directories on ds.internic.net, nic.nordu.net, ftp.nisc.sri.com, or
  28.    munnari.oz.au.
  29.  
  30. Abstract
  31.  
  32.    The possibility to construct a conventional model to transfer IP over
  33.    ATM is studied.
  34.  
  35.    The model contains concepts of subnet, bridges, routers, broadcast
  36.    and so on, all of which are familiar with the model of IP over
  37.    Ethernet.
  38.  
  39.    Still, the model allows QoS assured seamless internetwork level (not
  40.    link level) ATM connection which can be directly supported by
  41.    existing ATM hardware. That is, new communication model with resource
  42.    reservation such as RSVP or STII can be supported efficiently.
  43.  
  44. Introduction
  45.  
  46.    This memo describes a framework of transmitting IP packets over
  47.    existing ATM hardware without assuming any change to the existing
  48.    model of transmitting IP over other media.
  49.  
  50.    ATM is a good candidate of the platform for very high speed QoS
  51.  
  52.  
  53.  
  54. Ohta, Esaki & Nagami   Expires on Sept. 15, 1995                [Page 1]
  55.  
  56. INTERNET DRAFT          Conventional IP over ATM              March 1995
  57.  
  58.  
  59.    (Quality of Services [RSVP, STII]) assured link layer.  But, unlike
  60.    enthusiastic ATM lovers, the Author does not think ATM will rule the
  61.    world.  On the other hand, the Author believes IP will rule the
  62.    world, at which time ATM based equipments must cooperate with other
  63.    media such as Ethernet or something like Ethernet.
  64.  
  65.    To make the cooperation smooth, it is better if the model of IP over
  66.    ATM is no different from the model of IP over Ethernet.
  67.  
  68.    Thus, unlike the model of "Classical IP and ARP over ATM" [CLIP],
  69.    which is modified, non-classical IP technology over PDN-like,
  70.    classical, ATM, the conventional model trys to keep IP as classical
  71.    and conventional as possible.
  72.  
  73.    The conventional model is designed so that existing ATM hardware can
  74.    be used as is.
  75.  
  76. Framework difference between the Classical and the Conventional Model
  77.  
  78.    The purpose of IP over ATM is to relay data between hosts cell by
  79.    cell.  If a quality requirement is not so severe, routers may relay
  80.    data packet by packet. But to assure low delay, high throughput
  81.    communication, cell by cell relaying is strongly desirable.
  82.  
  83.    The basic difference between the Classical and the Conventional Model
  84.    is whether it is assumed that a router can relay data cell by cell or
  85.    not.
  86.  
  87.    The classical model is constructed as follows:
  88.  
  89.       A router can not relay data cell by cell.
  90.  
  91.       To relay data between hosts cell by cell, both hosts must be
  92.       placed in a single link layer.
  93.  
  94.       To scale the network, it is necessary to place all the hosts in
  95.       the world in a single link layer.
  96.  
  97.       As the link layer of ATM is purely connection oriented, cell by
  98.       cell relaying must be connection oriented.
  99.  
  100.       In such a large link layer, broadcasting is impossible.
  101.  
  102.       ARP, DHCP and other protocols must be redesigned not to use
  103.       broadcast.
  104.  
  105.       If packet relaying routers are tolerated, LIS (logical IP subnet)
  106.       model connected by the routers is possible, which is useful for
  107.  
  108.  
  109.  
  110. Ohta, Esaki & Nagami   Expires on Sept. 15, 1995                [Page 2]
  111.  
  112. INTERNET DRAFT          Conventional IP over ATM              March 1995
  113.  
  114.  
  115.       connectionless communication but may waste resource by not using
  116.       the optimal path.
  117.  
  118.    But, as shown in the section "Connection Oriented QoS Assured
  119.    Communication over ATM" of this memo, if a proper reservation, or a
  120.    connection setup, is done in advance, it is perfectly possible to
  121.    have a router which relays data cell by cell.
  122.  
  123.    Thus, the conventional model is constructed as follows:
  124.  
  125.       With a proper reservation, a router can relay data cell by cell.
  126.  
  127.       To relay data between hosts cell by cell, both hosts may be
  128.       connected by multiple routers.
  129.  
  130.       To scale the network, it is possible to place routers between
  131.       hosts not to make a single link layer so large.
  132.  
  133.       As the reservation is required, cell by cell relaying must be
  134.       connection oriented.
  135.  
  136.       In such a small link layer, broadcasting is perfectly possible.
  137.  
  138.       The resulting model is no different from that of the existing
  139.       Internet, including broadcasting ARP, DHCP and other protocols.
  140.  
  141.       If packet relaying routers are tolerated, routers may relay data
  142.       packet by packet without any prior reservation, which is useful
  143.       for connectionless communication and is as efficient as the
  144.       existing Internet for path optimization.
  145.  
  146. Overview of the WAN/LAN model of the Conventional IP
  147.  
  148.    While other models of IP over ATM [CLIP, IPATM] assumes PDN like ATM
  149.    WAN, which somewhat affects ATM LAN model and is a lot different from
  150.    Ethernet LAN, the conventional model assumes no fundamental
  151.    difference between Ethernet LAN, ATM LAN and ATM WAN.
  152.  
  153.    It seems to the Author that there is common misunderstanding of many
  154.    ATM experts that cell-by-cell relaying can only be performed at link
  155.    layer, which make thier model unnatural. The last section shows how
  156.    internetwork layer cell-by-cell relaying is possible.
  157.  
  158.    Just as the current IP LAN over Ethernet and IP WAN are fundamentally
  159.    same, ATM LAN and ATM WAN of the model are fundamentally same.
  160.  
  161.    That is, just as the current T3 backbone, the WAN model of this memo
  162.    is constructed by leased lines directly connecting IP routers, which
  163.  
  164.  
  165.  
  166. Ohta, Esaki & Nagami   Expires on Sept. 15, 1995                [Page 3]
  167.  
  168. INTERNET DRAFT          Conventional IP over ATM              March 1995
  169.  
  170.  
  171.    directly support IP protocols including routing.  Routing packets
  172.    will be propagated by WAN operators as maintenance packets.  When IP
  173.    rules the world and WAN is IP, there is no cloud. So, ROLC (Routing
  174.    over Large Cloud) [ROLC] technology is not necessary.  See [SMAI] for
  175.    more details.
  176.  
  177.    With the conventional model, just as Ethernet equipments, ATM
  178.    switches are classified into routers or bridges (or brouters, maybe).
  179.    whose roles are no different from those of Ethernet equipments.
  180.  
  181.    Bridges are link layer entity which connect several physical layers.
  182.    Bridges copy the incoming packets to all of the output ports without
  183.    trying to optimize the path.  If a bridge is a learning bridge and
  184.    knows to which interface the destination is attached, unnecessary
  185.    copying can be suppressed.  If a link level topology contains a loop,
  186.    bridges should support spanning tree algorithm to avoid packets
  187.    copied infinitely along the loop.
  188.  
  189.    Routers are internetwork layer entity which connect several data link
  190.    layers.  Routers relay packets beyond (sub-)networks.  Routers
  191.    exchange routing information and maintains routing tables.
  192.    Logically, each packet is relayed to the optimal interface by looking
  193.    up the routing table.  Actually, some cache or bypass is often used
  194.    to minimize the routing delay of complex table looking up.
  195.  
  196.    It is not the business of bridges to choose the best path to the
  197.    destination. Doing so will make the link level layer as complex as
  198.    the conventional link and internetwork layers added together, which
  199.    is the destruction of layering.  So, to operate a network with a lot
  200.    of hosts and some amount of redundant pathes, the network should be
  201.    divided into several link layers connected by routers to make use of
  202.    the bandwidth of redundant pathes.  It is impractical to have a
  203.    single link layer containing a lot of hosts.
  204.  
  205.    As PVC based network needs a lot of link level static configuration,
  206.    it is difficult to manage and unrealistic for the network with more
  207.    than hundreds of hosts.  As exemplified with broadcast storm, wrong
  208.    static setting at link level is often fatal.  With ATM, if link layer
  209.    configuration is wrong, cells may loop.  It should be noted that on
  210.    point-to-point links such as ATM, looping of cells is equally harmful
  211.    as broadcasted looping on multiple access media for the consumed
  212.    bandwidth of the link.  That is, though looping on a single physical
  213.    link does not affect other physical links, single link layer looping
  214.    affect several physical links.  To make the matter worse, as ATM has
  215.    no link level hop count, looping will continue forever.  So, PVC ATM
  216.    is not considered in this memo.
  217.  
  218. Communication over ATM in the Link Layer
  219.  
  220.  
  221.  
  222. Ohta, Esaki & Nagami   Expires on Sept. 15, 1995                [Page 4]
  223.  
  224. INTERNET DRAFT          Conventional IP over ATM              March 1995
  225.  
  226.  
  227.    As the conventional model is properly layered, the internetwork layer
  228.    of the conventional model can cooperate with any link layer which can
  229.    cooperate with the model of IP over Ethernet or any other medium.
  230.  
  231.    Especially, a link layer of classical model with NBMA ARP or even a
  232.    link layer with pure PVC may co-operate with the internetwork layer
  233.    of the conventional model.
  234.  
  235.    But, as cell by cell relaying over routers is possible, it is much
  236.    better to construct a broadcast-capable ATM link layer than modifying
  237.    a lot of existing broadcast-based protocols not to use broadcast.
  238.  
  239.    This section discusses the possibility to have such a link layer.
  240.  
  241.    Unless a link layer is made of a single physical layer, it is
  242.    beneficial for bridges to maintain some amount of connection
  243.    information.
  244.  
  245.    With Ethernet, without learning bridges, all the packets are copied
  246.    to all the physical layers. With learning bridges, as a packet is
  247.    relayed by bridges, bridges learn from which interfaces the packet is
  248.    received, which is equivalent to the path setup to the source of the
  249.    packet. If two hosts exchange packets, a soft connection between the
  250.    hosts are established as the state of learning bridges.
  251.  
  252.    With ATM, things can be no different, though additional support for
  253.    more rigid connection may present.  Such a rigid connection is
  254.    necessary and useful to assure QoS.  If QoS is not necessary, link
  255.    layer communication may be just like that of Ethernet. To do so, an
  256.    AAL containing the MAC addresses of the sender and the receiver in
  257.    the first cell is necessary.  ATM bridges then peek into the first
  258.    cell and learn that the sender is located toward the incoming
  259.    interface of the cell.  Then, if the receiver's location is not
  260.    learned, cells are broadcasted.  Unfortunately, the scheme can not be
  261.    supported efficiently by the current hardware.  Alternative way is to
  262.    use broadcasted ARP [EARP] followed by signaling to establish SVC
  263.    between a pair of hosts.
  264.  
  265.    As for broadcast, at a physical layer, there is no such thing as NBMA
  266.    (Non-Broadcast Multi-Access).  Regardless of whether the layer is
  267.    point-to-point or multiple-access, everything a sender sends is
  268.    received by all the hosts connected to the layer.
  269.  
  270.    So, it is not surprising that a link layer attempt to throw way the
  271.    physical layer property results in serious loss of information
  272.    necessitating some static configuration [ROLC].  Thus, the
  273.    conventional wisdom of the conventional IP is to support broadcast at
  274.    the link layer.  It should be noted that, with conventional IP, the
  275.  
  276.  
  277.  
  278. Ohta, Esaki & Nagami   Expires on Sept. 15, 1995                [Page 5]
  279.  
  280. INTERNET DRAFT          Conventional IP over ATM              March 1995
  281.  
  282.  
  283.    size of a well-managed link layer is not so large. So, excessive
  284.    amount of copying of a broadcast packet does not occur.
  285.  
  286.    Ethernet bridges copies broadcast packets to all the interfaces (on
  287.    the spanning tree).  ATM bridges can also do so.  Most of existing
  288.    ATM switches have efficient hardware mechanism of such copying to
  289.    support point-to-multipoint connections.
  290.  
  291.    Moreover, broadcast is the only way to communicate with neighbors
  292.    without prior knowledge of neighbor's addresses.  For example, one of
  293.    the goals of DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) to make hand
  294.    configuration completely unnecessary, can not be achieved without
  295.    broadcast.
  296.  
  297.    So, there seems to be no reason not to have broadcast with ATM.
  298.  
  299.    This memo merely describe a possible architecture of IP over ATM and
  300.    does not attempt to propose any standard.  So, the detailed mechanism
  301.    on broadcast with ATM is not discussed further.
  302.  
  303. Conventional Communication over ATM in a Internetwork Layer
  304.  
  305.    The conventional communication, that is communication that does not
  306.    assume connectivity, is no different from that of the existing IP, of
  307.    course.  Communication within a link layer is performed as described
  308.    in the previous section.  Communication beyond link layers is
  309.    performed by first communicating to a router.  Routers exchange
  310.    routing information and forward packets decrementing TTL by one or
  311.    more toward the next hop routers.  No further explanation is
  312.    necessary nor given.
  313.  
  314.    Though it is possible to reduce hop counts by having ATM connections
  315.    between non-adjacent routers, it is beyond the scope of the
  316.    conventional model and not discussed in this memo.
  317.  
  318. Connection Oriented QoS Assured Communication over ATM
  319.  
  320.    The goal of connection oriented communication is to provide end-end
  321.    IP connection. Such a connection is necessary to have QoS-assured
  322.    communication.
  323.  
  324.    Unlike other models of IP over ATM, the model in this memo assumes
  325.    QoS-assured communication over not only ATM but also other types of
  326.    media.
  327.  
  328.    The model, in general, is not so different from that of the previous
  329.    section, though seamless optimization is possible for communication
  330.    between ATM link layers.
  331.  
  332.  
  333.  
  334. Ohta, Esaki & Nagami   Expires on Sept. 15, 1995                [Page 6]
  335.  
  336. INTERNET DRAFT          Conventional IP over ATM              March 1995
  337.  
  338.  
  339.    It is assumed that QoS reservation protocol within a link layer is
  340.    present and is preformed by hosts (including routers) attached to the
  341.    layer. How it will be is not addressed in this memo.
  342.  
  343.    Communication within a link layer can directly use the link layer QoS
  344.    reservation protocol and needs no special care.
  345.  
  346.    Communication beyond link layers is performed by first establishing
  347.    QoS assured connection to a neighbor router.  Routers then
  348.    establishes the QoS connection using the link level reservation
  349.    protocol to the next hop router until the destination is reached.
  350.    Some processing power of routers should also be reserved.
  351.  
  352.    After the connection is established, packets are forwarded through
  353.    the QoS assured link layer connection.
  354.  
  355.    As there can be multiple QoS assured connection between the source
  356.    and the destination, some identifier other than source/destination
  357.    addresses is necessary to uniquely identify a connection.
  358.  
  359.    A single identifier, called flow ID, could be used along the
  360.    connection. The pair of the source address and the flow ID uniquely
  361.    identifies the connection.
  362.  
  363.    In general, QoS assured communication can be routed to an appropriate
  364.    next hop link layer connection by flow ID.
  365.  
  366.    That is:
  367.  
  368.       1) a packet arrives at a router
  369.  
  370.       2) packet's flow ID and source address are checked and the next
  371.       hop is determined
  372.  
  373.       3) packet's TTL is decremented by 1 (or more)
  374.  
  375.       4) unless the router is the destination, the packet is forwarded
  376.  
  377.    the above scheme assumes nothing ATM specific and applicable to all
  378.    the QoS assured media such as a fixed speed dedicated link, FDDI II
  379.    or switched Ethernet.
  380.  
  381.    If both incoming and outgoing interfaces are ATM, packets are
  382.    reassembled at step 1) and re-celled at step 4), which means certain
  383.    amount of delay and certain amount of processing overhead and is not
  384.    so desirable.
  385.  
  386.    Optimization is possible by making use of the fact that flow ID is
  387.  
  388.  
  389.  
  390. Ohta, Esaki & Nagami   Expires on Sept. 15, 1995                [Page 7]
  391.  
  392. INTERNET DRAFT          Conventional IP over ATM              March 1995
  393.  
  394.  
  395.    not necessary at step 2).  That is, if some information to identify
  396.    flow locally at each interface is provideed, it is enough to
  397.    determine the next link layer connection.  With ATM, VCI/VPI is such
  398.    locally unique identifier.  Moreover, ATM equipments have efficient
  399.    hardware mechanism to forward cells based on VCI/VPI of incoming
  400.    cells.
  401.  
  402.    So, if both the incoming and outgoing interface are ATM, the
  403.    following cell-by-cell scheme works:
  404.  
  405.       1) a cell arrives at a router
  406.  
  407.       2) cell's VCI/VPI/incoming_interface is checked and the next hop
  408.       VCI/VPI/outgoing_interface is determined by hardware
  409.  
  410.       3) unless the router is the destination, the cell is forwarded
  411.  
  412.    It is assumed that information used at the step 2) is provided during
  413.    the connection establishment.
  414.  
  415.    Thus, if ATM hosts communicate purely over ATM routers, a seamless
  416.    single ATM link is established between them.  It should be noted
  417.    that, though many think ATM connection is considered to be at the
  418.    link layer, the above seamless connection on ATM routers is at the
  419.    internetwork layer.  So, all the internetwork layer property such as
  420.    the selection of the best path is naturally available.
  421.  
  422.    Seamlessness, here, should considered to be something like lower
  423.    level caching. Whether some ATM equipment forward information cell by
  424.    cell or packet by packet is merely an internal implementation detail,
  425.    which does not affect the classification on whether the equipment is
  426.    considered to be a bridge or a router.
  427.  
  428.    The problem of the scheme above is that TTL of the packet is not
  429.    decremented at all.  If ATM routers recognize AAL and can decrement
  430.    TTL by hardware, it's OK. But, currently, they can't.
  431.  
  432.    As the number of routers along the seamless path is known in advance,
  433.    packets with insufficient TTL may be dropped at the starting point of
  434.    the seamless link.
  435.  
  436.    The TTL issue never be an issue in practice, unless the path itself
  437.    is setup to form a loop, in which case no models of IP over ATM with
  438.    seamless connection can function, anyway.  Resource reservation
  439.    protocols should be designed to make the formation of the loop
  440.    completely unlikely.  The lack of link level TTL makes the looping
  441.    serious issue.  It might be necessary in the future to design a new
  442.    AAL that supports cell-wise or packet-wise TTL supported by hardware.
  443.  
  444.  
  445.  
  446. Ohta, Esaki & Nagami   Expires on Sept. 15, 1995                [Page 8]
  447.  
  448. INTERNET DRAFT          Conventional IP over ATM              March 1995
  449.  
  450.  
  451. References
  452.  
  453.    [CLIP] M. Laubach, "Classical IP and ARP over ATM", RFC1577, January
  454.           1994.
  455.  
  456.    [EARP] D. Plummer, "Ethernet Address Resolution Protocol: Or
  457.           converting network protocol addresses to 48.bit Ethernet
  458.           address for transmission on Ethernet hardware", STD37, RFC826,
  459.           November 1982.
  460.  
  461.    [IPATM] An Internet Draft may be available (J. Heinanen, R. Govindan,
  462.            "IP over ATM: A Framework Document", <draft-ietf-atm-
  463.            framework-doc-00.txt, .ps>).
  464.  
  465.    [ROLC] An Internet Draft may be available (J. Heinanen, R. Govindan,
  466.           "NBMA Next Hop Resolution Protocol (NHRP)", <draft-ietf-rolc-
  467.           nhrp-00.txt>).
  468.  
  469.    [RSVP] An Internet Draft may be available (L. Zhang, R. Braden, D.
  470.           Estrin, "Resource ReSerVation Protocol (RSVP) -- Version 1
  471.           Functional Specification", <draft-ietf-rsvp-spec-03.txt,
  472.           .ps>).
  473.  
  474.    [SMAI] An Internet Draft may be available (M. Ohta, "Shared Media
  475.           Architecture for the Internet", <draft-ohta-shared-media-
  476.           01.txt>).
  477.  
  478.    [STII] C. Topolcic, "Experimental Internet Stream Protocol, Version 2
  479.           (ST-II)", RFC1190, October 1990.
  480.  
  481. Acknowledgements
  482.  
  483.    This memo is a result of discussion in TNG (The Next Generation)
  484.    working group of JAIN consortium.  Many ATM experts in Japan
  485.    including Masayuki Murata of Osaka University, Kenji Fujisawa of
  486.    SONY, Yuichiroh Nozue of Sumitomo Electric Industries and Akira Chugo
  487.    of Fujitsu have contributed to the discussion.  Interested parties
  488.    are encouraged to read the original discussion (available as
  489.    ftp.jain.ad.jp:pub/archive/tng-wg in Japanese with ISO-2022-JP
  490.    encoding).
  491.  
  492. Security Considerations
  493.  
  494.    Unlike the classical model, the conventional model does not change
  495.    the architecture of the Internet, including but not limited to, the
  496.    security architecture.
  497.  
  498.    Thus, all the existing and upcoming security architecture for the
  499.  
  500.  
  501.  
  502. Ohta, Esaki & Nagami   Expires on Sept. 15, 1995                [Page 9]
  503.  
  504. INTERNET DRAFT          Conventional IP over ATM              March 1995
  505.  
  506.  
  507.    Internet will work and all the existing and upcoming security holes
  508.    of the Internet will remain unclosed.
  509.  
  510. Authors' Addresses
  511.  
  512.       Masataka Ohta
  513.       Computer Center
  514.       Tokyo Institute of Technology
  515.       2-12-1, O-okayama, Meguro-ku
  516.       Tokyo 152, JAPAN
  517.  
  518.       Phone: +81-3-5499-7084
  519.       Fax: +81-3-3729-1940
  520.       EMail: mohta@cc.titech.ac.jp
  521.  
  522.  
  523.       Hiroshi Esaki
  524.       R&D Center, Toshiba Corporation
  525.       1 Komukai-Toshiba-cho, Saiwai-ku
  526.       Kawasaki 210, JAPAN
  527.  
  528.       Phone: +81-44-549-2238
  529.       Fax:   +81-44-549-2262
  530.       EMail: hiroshi@csl.rdc.toshiba.co.jp
  531.  
  532.  
  533.       Ken-ichi Nagami
  534.       R&D Center, Toshiba Corporation
  535.       1 Komukai-Toshiba-cho, Saiwai-ku
  536.       Kawasaki 210, JAPAN
  537.  
  538.       Phone: +81-44-549-2238
  539.       Fax:   +81-44-549-2262
  540.       EMail: nagami@csl.rdc.toshiba.co.jp
  541.  
  542.    Comments may also be directed to:
  543.  
  544.       TNG Working Group
  545.       JAIN Consortium
  546.       EMail: tng-wg@jain.ad.jp
  547.  
  548.  
  549.  
  550.  
  551.  
  552.  
  553.  
  554.  
  555.  
  556.  
  557.  
  558. Ohta, Esaki & Nagami   Expires on Sept. 15, 1995               [Page 10]
  559.  
  560.