home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Internet Info 1994 March / Internet Info CD-ROM (Walnut Creek) (March 1994).iso / inet / internet-drafts / draft-ietf-atm-classic-ip-03.txt < prev    next >
Text File  |  1993-10-01  |  39KB  |  952 lines
  1.  
  2.  
  3. Network Working Group                                       Mark Laubach
  4. INTERNET DRAFT                              Hewlett-Packard Laboratories
  5. Expires March 30, 1994                                September 30, 1993
  6. <draft-ietf-atm-classic-ip-03.txt>
  7.  
  8.  
  9.  
  10.  
  11.  
  12.                      Classical IP and ARP over ATM
  13.  
  14.  
  15. Status of this Memo
  16.  
  17.    This memo is an internet draft. Internet Drafts are working documents
  18.    of the Internet Engineering Task Force (IETF), its Areas, and its
  19.    Working Groups. Note that other groups may also distribute working
  20.    documents as Internet Drafts.
  21.  
  22.    Internet Drafts are draft documents valid for a maximum of six
  23.    months.  Internet Drafts may be updated, replaced, or obsoleted by
  24.    other documents at any time. It is not appropriate to use Internet
  25.    Drafts as reference material or to cite them other than as a "working
  26.    draft" or "work in progress".  Please check the lid-abstracts.txt
  27.    listing contained in the internet-drafts shadow directories on
  28.    nic.ddn.mil, nnsc.nsf.net, nic.nordu.net, ftp.nisc.src.com, or
  29.    munnari.oz.au to learn the current status of any Internet Draft.
  30.  
  31. 1.  Abstract
  32.  
  33.    This memo defines an initial application of classical IP, ARP, and
  34.    Inverse ARP in an Asynchronous Transfer Mode (ATM) network
  35.    environment configured as a Logical IP Subnetwork (LIS) as described
  36.    below and in [1]. This memo does not preclude the subsequent
  37.    development of ATM technology into areas other than a LIS;
  38.    specifically, as single ATM networks grow to replace many ethernet
  39.    local LAN segments and as these networks become globally connected,
  40.    the application of IP and ARP will be treated differently.  This memo
  41.    considers only the application of ATM as a direct replacement for the
  42.    "wires" and local LAN segments connecting IP end-stations ("members")
  43.    and routers. Issues raised by MAC level bridging and LAN emulation
  44.    are beyond the scope of this paper.
  45.  
  46.    This memo introduces general ATM technology and nomenclature.
  47.    Readers are encouraged to review the ATM Forum and ITU-TS (formerly
  48.    CCITT) references for more detailed information about ATM
  49.    implementation agreements and standards.
  50.  
  51.  
  52.  
  53.  
  54. Laubach                                                         [Page 1]
  55.  
  56. DRAFT                Classical IP and ARP over ATM        September 1993
  57.  
  58.  
  59. 3.  Acknowledgment
  60.  
  61.    This memo could not have come into being without the critical review
  62.    from Jim Forster of Cisco Systems, Drew Perkins of FORE Systems, and
  63.    Bryan Lyles, Steve Deering, and Berry Kercheval of XEROX PARC.  The
  64.    concepts and models presented in [1], written by Dave Piscitello and
  65.    Joseph Lawrence, laid the structural groundwork for this work. This
  66.    document could have not been completed without the expertise of the
  67.    IP over ATM Working Group of the IETF and the ad hoc PVC committee at
  68.    the Amsterdam IETF meeting.
  69.  
  70. 4. Conventions
  71.  
  72.    The following language conventions are used in the items of
  73.    specification in this document:
  74.  
  75.    o   MUST, SHALL, or MANDATORY -- the item is an absolute requirement
  76.        of the specification.
  77.  
  78.    o   SHOULD or RECOMMEND -- this item should generally be followed for
  79.        all but exceptional circumstances.
  80.  
  81.    o   MAY or OPTIONAL -- the item is truly optional and may be followed
  82.        or ignored according to the needs of the implementor.
  83.  
  84. 5.  Introduction
  85.  
  86.    The goal of this specification is to allow compatible and
  87.    interoperable implementations for transmitting IP datagrams, ARP and
  88.    InARP requests and replies over ATM Adaptation Layer 5 (AAL5)[6].
  89.  
  90.    Note: this memo defines only the operation of IP and ARP over ATM,
  91.    and is not meant to describe the operation of ATM networks. Any
  92.    reference to virtual connections, permanent virtual connections, or
  93.    switched virtual connections applies only to virtual channel
  94.    connections used to support IP and ARP over ATM, and thus are assumed
  95.    to be using AAL5.  This memo places no restrictions or requirements
  96.    on virtual connections used for other purposes.
  97.  
  98.    Initial deployment of ATM provides a LAN segment replacement for
  99.    local area networks (e.g., Ethernets, Token Rings and FDDI), as a
  100.    local-area backbone between existing (non-ATM) LANs, and as
  101.    replacement for dedicated circuits or frame relay PVCs between IP
  102.    routers. In the former case, local IP routers with one or more ATM
  103.    interfaces will connect islands of ATM networks.  In the latter case,
  104.    public or private ATM Wide Area networks will be used to connect IP
  105.    routers, which in turn may or may not connect to local ATM networks.
  106.    ATM WANs and LANs may be interconnected.
  107.  
  108.  
  109.  
  110. Laubach                                                         [Page 2]
  111.  
  112. DRAFT                Classical IP and ARP over ATM        September 1993
  113.  
  114.  
  115.    Private ATM networks (local or wide area) will use the private ATM
  116.    address structure specified in the ATM Forum UNI specification [9].
  117.    This structure is modeled after the format of an OSI Network Service
  118.    Access Point Address.  A private ATM address uniquely identifies an
  119.    ATM endpoint.  Public networks will use either the address structure
  120.    specified in ITU-TS recommendation E.164 or the private network ATM
  121.    address structure.  An E.164 address uniquely identifies an interface
  122.    to a public network.
  123.  
  124.    The characteristics and features of ATM networks are different than
  125.    those found in LANs:
  126.  
  127.    o   ATM provides a Virtual Connection (VC) switched environment. VC
  128.        setup may be done on either a Permanent Virtual Connection (PVC)
  129.        or dynamic Switched Virtual Connection (SVC) basis. SVC call
  130.        management signalling is performed via implementations of the
  131.        Q.93B protocol [7,9].
  132.  
  133.    o   Data to be passed by a VC is segmented into 53 octet quantities
  134.        called cells (5 octets of ATM header and 48 octets of data).
  135.  
  136.    o   The function of mapping user PDUs (Protocol Data Unit) into the
  137.        information field of the ATM cell and vice versa is performed in
  138.        the ATM Adaptation Layer (AAL).  When a VC is created a specific
  139.        AAL type is associated with the VC.  There are four different AAL
  140.        types, which are referred to individually as "AAL1", "AAL2",
  141.        "AAL3/4", and "AAL5".  (Note: this memo concerns itself with the
  142.        mapping of IP and ARP over AAL5 only.  The other AAL types are
  143.        mentioned for introductory purposes only.)  The AAL type is known
  144.        by the VC end points via the call setup mechanism and is not
  145.        carried in the ATM cell header.  For PVCs the AAL type is
  146.        administratively configured at the end points when the Connection
  147.        (circuit) is set up.  For SVCs, the AAL type is communicated
  148.        along the VC path via Q.93B as part of call setup establishment
  149.        and the end points use the signaled information for
  150.        configuration.  ATM switches generally do not care about the AAL
  151.        type of VCs.  The AAL5 format specifies a packet format with a
  152.        maximum size of (64K - 1) octets of user data. Cells for an AAL5
  153.        PDU are transmitted first to last, the last cell indicating the
  154.        end of the PDU.  ATM standards guarantee that on a given VC, cell
  155.        ordering is preserved end-to-end.  NOTE: AAL5 provides a non-
  156.        assured data transfer service - it is up to higher-level
  157.        protocols to provide retransmission.
  158.  
  159.    o   ATM Forum signalling defines point-to-point and point-to-
  160.        multipoint Connection setup [9].  Multipoint-to-multipoint VCs
  161.        are not yet specified by ITU-TS or ATM Forum.
  162.  
  163.  
  164.  
  165.  
  166. Laubach                                                         [Page 3]
  167.  
  168. DRAFT                Classical IP and ARP over ATM        September 1993
  169.  
  170.  
  171.    o   An ATM Forum ATM endpoint address is either encoded as an NSAP,
  172.        or is an E.164 Public-UNI address [9].  In some cases, both an
  173.        ATM endpoint address and an E.164 Public UNI address are needed
  174.        by an ARP client to reach another host or router.  Since the use
  175.        of ATM endpoint addresses and E.164 public UNI addresses by ARP
  176.        are analogous to the use of Ethernet addresses, the notion of
  177.        "hardware address" is extended to encompass ATM addresses in the
  178.        context of ARP, even though ATM addresses need not have hardware
  179.        significance.  ATM Forum NSAPs use the same basic format as U.S.
  180.        GOSIP NSAPs [11].  Note: ATM Forum addresses should not be
  181.        construed as being U.S.  GOSIP NSAPs. They are not, the
  182.        administration is different, which fields get filled out are
  183.        different, etc.
  184.  
  185.    This memo describes the initial deployment of ATM within "classical"
  186.    IP networks as a direct replacement for local area networks
  187.    (ethernets) and for IP links which interconnect routers, either
  188.    within or between administrative domains. The "classical" model here
  189.    refers to the treatment of the ATM host adapter as a networking
  190.    interface to the IP protocol stack.
  191.  
  192.    Characteristics of the classical model are:
  193.  
  194.     o  The same maximum transmission unit (MTU) size is used for all VCs
  195.        in a LIS.
  196.  
  197.     o  Default LLC/SNAP encapsulation of IP packets.
  198.  
  199.     o  End-to-end IP routing architecture stays the same.
  200.  
  201.     o  IP addresses are resolved to ATM addresses by use of an ARP
  202.        service within the LIS - ARPs stay within the LIS.  From a
  203.        client's perspective, the ARP architecture stays essentially the
  204.        same, consistent with current model.
  205.  
  206.     o  One IP subnet is used for many hosts and routers. Each VC
  207.        directly connects two IP members within the same LIS.
  208.  
  209.    Future memos will describe the deployment of ATM on a global scale.
  210.    The "global" ATM model will be an evolution of the classical model
  211.    where the ATM network becomes more fully deployed and globally
  212.    available.  In this model, the traditional protocol stack
  213.    architecture also evolves allowing applications to map directly onto
  214.    VCs (e.g., TCP and UDP ports map directly onto VCs).  ARPs are no
  215.    longer bound to LIS boundaries; queries and replies may traverse the
  216.    globe.  IP will evolve to take advantage of the network services
  217.    provided by the global ATM network.
  218.  
  219.  
  220.  
  221.  
  222. Laubach                                                         [Page 4]
  223.  
  224. DRAFT                Classical IP and ARP over ATM        September 1993
  225.  
  226.  
  227.    Characteristics of the global model are:
  228.  
  229.     o  MTU size is negotiated per VC via ATM signalling.
  230.  
  231.     o  IP encapsulation is negotiated per VC via ATM signalling; this
  232.        requires common signalling to be implemented.
  233.  
  234.     o  Applications may map directly to VCs, requiring changes to
  235.        TCP/UDP/IP implementations to allow ports to map directly on to
  236.        VCs
  237.  
  238.     o  ARPs may be global, ARP architecture needs to change to support a
  239.        robust global client/server model.
  240.  
  241.     o  Differing quality of service (QOS) guarantees can be established
  242.        on a per application and per VC basis.
  243.  
  244.    The deployment of ATM into the Internet community is just beginning
  245.    and will take many years to complete. During the early part of this
  246.    period, we expect deployment to follow traditional IP subnet
  247.    boundaries for the following reasons:
  248.  
  249.     o  Administrators and managers of IP subnetworks will tend to
  250.        initially follow the same models as they currently have deployed.
  251.        The mindset of the community will change slowly over time as ATM
  252.        increases its coverage and builds its credibility.
  253.  
  254.     o  Policy administration practices rely on the security, access,
  255.        routing, and filtering capability of IP Internet gateways: i.e.
  256.        firewalls. ATM will not be allowed to "back-door" around these
  257.        mechanisms until ATM provides better management capability than
  258.        the existing services and practices.
  259.  
  260.     o  Standards for global IP over ATM will take some time to complete
  261.        and deploy.
  262.  
  263.    This memo details the treatment of the classical model of IP and ARP
  264.    over ATM. There are those who would like to have IP-over-ATM begin by
  265.    breaking the classical model - this memo represents the view that we
  266.    MUST walk before we can run. This memo does not preclude the
  267.    subsequent evolution of ATM networks as they become more globally
  268.    deployed and interconnected and the evolution of TCP and IP to take
  269.    advantage of these changes - these will be the subject of future
  270.    documents. This memo does not address issues related to transparent
  271.    data link layer interoperability.
  272.  
  273.  
  274.  
  275.  
  276.  
  277.  
  278. Laubach                                                         [Page 5]
  279.  
  280. DRAFT                Classical IP and ARP over ATM        September 1993
  281.  
  282.  
  283. 6.  IP Subnetwork Configuration
  284.  
  285.    In the LIS scenario, each separate administrative entity configures
  286.    its hosts and routers within a closed logical IP subnetwork.  Each
  287.    LIS operates and communicates independently of other LISs on the same
  288.    ATM network. Hosts connected to ATM communicate directly to other
  289.    hosts within the same LIS. Communication to hosts outside of the
  290.    local LIS is provided via an IP router. This router is an ATM
  291.    Endpoint attached to the ATM network that is configured as a member
  292.    of one or more LISs.  This configuration may result in a number of
  293.    disjoint LISs operating over the same ATM network. Hosts of differing
  294.    IP subnets MUST communicate via an intermediate IP router even though
  295.    it may be possible to open a direct VC between the two IP members
  296.    over the ATM network.
  297.  
  298.    The requirements for IP members  (hosts, routers) operating in an ATM
  299.    LIS configuration are:
  300.  
  301.    o   All members have the same IP network/subnet number and address
  302.        mask [8].
  303.  
  304.    o   All members within a LIS are directly connected to the ATM
  305.        network.
  306.  
  307.    o   All members outside of the LIS are accessed via a router.
  308.  
  309.    o   All members of a LIS MUST have a mechanism for resolving IP
  310.        addresses to ATM addresses via ARP [3] and vice versa via
  311.        InARP[12] when using SVCs.
  312.  
  313.    o   All members of a LIS MUST have a mechanism for resolving VCs to
  314.        IP addresses via InARP [12] when using PVCs.
  315.  
  316.    o   All members within a LIS MUST be able to communicate via ATM with
  317.        all other members in the same LIS; i.e., the virtual Connection
  318.        topology underlying the intercommunication among the members is
  319.        fully meshed. There SHOULD be no administrative restrictions at
  320.        the ATM level that prevent VCs from operating between all pairs
  321.        of end points.
  322.  
  323.    The following list identifies a set of ATM specific parameters that
  324.    MUST be implemented in each IP station connected to the ATM network:
  325.  
  326.    o   ATM Hardware Address (atm$ha). The ATM address of the individual
  327.        IP station.
  328.  
  329.    o   ATM ARP Request Address (atm$arp-req). atm$arp-req is the ATM
  330.        address of an individual ARP server located within the LIS.  In
  331.  
  332.  
  333.  
  334. Laubach                                                         [Page 6]
  335.  
  336. DRAFT                Classical IP and ARP over ATM        September 1993
  337.  
  338.  
  339.        an SVC environment, ARP requests are sent to this address for the
  340.        resolution of target protocol addresses to target ATM addresses.
  341.        That server MUST have authoritative responsibility for resolving
  342.        ARP requests of all IP members within the LIS.  Note: if the LIS
  343.        is operating with PVCs only, then this parameter may be set to
  344.        null and the IP station is not required to send ARP requests to
  345.        the ARP server.
  346.  
  347.    It is RECOMMENDED that routers providing LIS functionality over the
  348.    ATM network also support the ability to interconnect multiple LISs.
  349.    Routers that wish to provide interconnection of differing LISs MUST
  350.    be able to support multiple sets of these parameters (one set for
  351.    each connected LIS) and be able to associate each set of parameters
  352.    with a specific IP network/ subnet number. In addition, it is
  353.    RECOMMENDED that a router be able to provide this multiple LIS
  354.    support with a single physical ATM interface that may have one or
  355.    more individual ATM endpoint addresses.  Note: this does not
  356.    necessarily mean different ESIs (IEEE MAC addresses) when NSAPS are
  357.    used.  The last octet of the NSAP is the "Selector" field which can
  358.    be used to differentiate up to 256 different LISs.
  359.  
  360. 7.  Packet Format
  361.  
  362.    Implementations MUST support IEEE 802.2 LLC/SNAP encapsulation as
  363.    described in [2].  LLC/SNAP encapsulation is the default packet
  364.    format for IP datagrams.
  365.  
  366.    This memo recognizes that other encapsulation methods may be used
  367.    however, in the absence of other knowledge or agreement, LLC/SNAP
  368.    encapsulation is the default.
  369.  
  370.    This memo recognizes the future deployment of end-to-end signalling
  371.    within ATM that will allow negotiation of encapsulation method on a
  372.    per-VC basis.  Signalling negotiations are beyond the scope of this
  373.    memo.
  374.  
  375. 8.  MTU Size
  376.  
  377.    The default MTU size for IP members operating over the ATM network
  378.    SHALL be 9180 octets. The LLC/SNAP header is 8 octets, therefore the
  379.    default ATM AAL5 protocol data unit size is 9188 octets.  In
  380.    classical IP subnets, values other than the default can only be used
  381.    if and only if all members in the LIS have been configured to use the
  382.    non-default value.
  383.  
  384.    This memo recognizes the future deployment of end-to-end signalling
  385.    within ATM that will allow negotiation of MTU size on a per-VC basis.
  386.    Signalling negotiations are beyond the scope of this document.
  387.  
  388.  
  389.  
  390. Laubach                                                         [Page 7]
  391.  
  392. DRAFT                Classical IP and ARP over ATM        September 1993
  393.  
  394.  
  395. 9.  ADDRESS RESOLUTION
  396.  
  397.    Address resolution within an ATM logical IP subnet SHALL make use of
  398.    the Address Resolution Protocol (ARP) [3] and the Inverse Address
  399.    Resolution Protocol (InARP) [12].  All IP stations are required to
  400.    support these protocols as updated and extended in this memo.  Use of
  401.    these protocols differ depending on whether PVCs or SVCs are used.
  402.  
  403.    Permanent Virtual Connections
  404.  
  405.    An IP station MUST have a mechanism (eg. manual configuration) for
  406.    determining what PVCs it has, and in particular which PVCs are being
  407.    used with LLC/SNAP encapsulation.  The details of the mechanism are
  408.    beyond the scope of this memo.
  409.  
  410.    All IP members supporting PVCs are required to use the Inverse
  411.    Address Resolution Protocol (InARP) as defined in [12] on those VCs
  412.    using LLC/SNAP encapsulation. In a strict PVC environment, the
  413.    receiver SHALL infer the relevant VC from the VC on which the InARP
  414.    request (InARP_REQUEST) or response (InARP_REPLY) was received. When
  415.    the ATM source and/or target address is unknown, the corresponding
  416.    ATM address length in the InARP packet MUST be set to zero (0)
  417.    indicating a null length, otherwise the appropriate address field
  418.    should be filled in and the corresponding length set appropriately.
  419.    InARP packet format details are presented later in this memo.
  420.  
  421.    Directly from [12]: "When the requesting station receives the InARP
  422.    reply, it may complete the ARP table entry and use the provided
  423.    address information.  Note: as with ARP, information learned via
  424.    InARP may be aged or invalidated under certain circumstances."  It is
  425.    the responsibility of each IP station supporting PVCs to re-validate
  426.    ARP table entries as part of the aging process.  See the section
  427.    below on "ARP Table Aging".
  428.  
  429.    Switched Virtual Connections
  430.  
  431.    SVCs require support for ARP in the non-broadcast, non-multicast
  432.    environment that ATM networks currently provide. To meet this need a
  433.    single ARP Server MUST be located within the LIS. This server MUST
  434.    have authoritative responsibility for resolving the ARP requests of
  435.    all IP members within the LIS.
  436.  
  437.    The server itself does not actively establish connections.  It
  438.    depends on the clients in the LIS to initiate the ARP registration
  439.    procedure.  An individual client connects to the ARP server using a
  440.    point-to-point VC. The server, upon the completion of an ATM
  441.    call/connection of a new VC specifying LLC/SNAP encapsulation, will
  442.    transmit an InARP request to determine the IP address of the client.
  443.  
  444.  
  445.  
  446. Laubach                                                         [Page 8]
  447.  
  448. DRAFT                Classical IP and ARP over ATM        September 1993
  449.  
  450.  
  451.    The InARP reply from the client contains the information necessary
  452.    for the ARP Server to build its ARP table cache. This information is
  453.    used to generate replies to the ARP requests it receives.
  454.  
  455.    The ARP Server mechanism requires that each client be
  456.    administratively configured with the ATM address of the ARP Server
  457.    atm$arp-req as defined earlier in this memo. There is to be one and
  458.    only one ARP Server operational per logical IP subnet. It is
  459.    RECOMMENDED that the ARP Server also be an IP station. This station
  460.    MUST be administratively configured to operate and recognize itself
  461.    as the ARP Server for a LIS. The ARP Server MUST be configured with
  462.    an IP address for each logical IP subnet it is serving to support
  463.    InARP requests.
  464.  
  465.    This memo recognizes that a single ARP Server is not as robust as
  466.    multiple servers which synchronize their databases correctly. This
  467.    document is defining the client-server interaction by using a simple,
  468.    single server approach as a reference model, and does not prohibit
  469.    more robust approaches which use the same client-server interface.
  470.  
  471.    ARP Server Operational Requirements
  472.  
  473.    The ARP server accepts ATM calls/connections from other ATM end
  474.    points. At call setup and if the VC supports LLC/SNAP encapsulation,
  475.    the ARP server will transmit to the originating ATM station an InARP
  476.    request (InARP_REQUEST) for each logical IP subnet the server is
  477.    configured to serve. After receiving an InARP reply (InARP_REPLY),
  478.    the server will examine the IP address and the ATM address. The
  479.    server will add (or update) the <ATM address, IP address> map entry
  480.    and timestamp into its ARP table. If the InARP IP address duplicates
  481.    a table entry IP address and the InARP ATM address does not match the
  482.    table entry ATM address and there is an open VC associated with that
  483.    table entry, the InARP information is discarded and no modifications
  484.    to the table are made. ARP table entries persist until aged or
  485.    invalidated. VC call tear down does not remove ARP table entries.
  486.  
  487.    The ARP server, upon receiving an ARP request (ARP_REQUEST), will
  488.    generate the corresponding ARP reply (ARP_REPLY) if it has an entry
  489.    in its ARP table.  Otherwise it will generate a negative ARP reply
  490.    (ARP_NAK).  The ARP_NAK response is an extension to the ARP protocol
  491.    and is used to improve the robustness of the ARP server mechanism.
  492.    With ARP_NAK, a client can determine the difference between a
  493.    catastrophic server failure and an ARP table lookup failure.  The
  494.    ARP_NAK packet format is the same as the received ARP_REQUEST packet
  495.    format with the operation code set to ARP_NAK, i.e., the ARP_REQUEST
  496.    packet data is merely copied for transmission with the ARP_REQUEST
  497.    operation code reset to ARP_NAK.
  498.  
  499.  
  500.  
  501.  
  502. Laubach                                                         [Page 9]
  503.  
  504. DRAFT                Classical IP and ARP over ATM        September 1993
  505.  
  506.  
  507.    Updating the ARP table information timeout, the short form: when the
  508.    server receives an ARP request over a VC, where the source IP and ATM
  509.    address match the association already in the ARP table and the ATM
  510.    address matches that associated with the VC, the server may update
  511.    the timeout on the source ARP table entry: i.e., if the client is
  512.    sending ARP requests to the server over the same VC that it used to
  513.    register its ARP entry, the server should examine the ARP requests
  514.    and note that the client is still "alive" by updating the timeout on
  515.    the client's ARP table entry.
  516.  
  517.    ARP Client Operational Requirements
  518.  
  519.    The ARP client is responsible for contacting the ARP server to
  520.    register its own ARP information and to gain and refresh its own ARP
  521.    entry/information about other IP members.  This means, as noted
  522.    above, that ARP clients MUST be configured with the ATM address of
  523.    the ARP server. ARP clients MUST:
  524.  
  525.    1. Initiate the VC connection to the ARP server for transmitting and
  526.    receiving ARP and InARP packets.
  527.  
  528.    2. Respond to ARP_REQUEST and InARP_REQUEST packets received on any
  529.    VC appropriately.
  530.  
  531.    3. Generate and transmit ARP_REQUEST packets to the ARP server and to
  532.    process ARP_REPLY and ARP_NAK packets from the server appropriately.
  533.    ARP_REPLY packets should be used to build/refresh its own client ARP
  534.    table entries.
  535.  
  536.    4. Generate and transmit InARP_REQUEST packets as needed and to
  537.    process InARP_REPLY packets appropriately.  InARP_REPLY packets
  538.    should be used to build/refresh its own client ARP table entries.
  539.  
  540.    5. Provide an ARP table aging function to remove its own old client
  541.    ARP tables entries after a convenient period of time.
  542.  
  543.    Note: if the client does not maintain an open VC to the server, the
  544.    client MUST refresh its ARP information with the server at least once
  545.    every 20 minutes.  This is done by opening a VC to the server and
  546.    exchanging the initial InARP packets.
  547.  
  548.    ARP Table Aging
  549.  
  550.    An ARP client or server MUST have knowledge of any open VCs it has
  551.    (permanent or switched), their association with an ARP table entry,
  552.    and in particular, which VCs support LLC/SNAP encapsulation.
  553.  
  554.    Client ARP table entries are valid for a maximum time of 15 minutes.
  555.  
  556.  
  557.  
  558. Laubach                                                        [Page 10]
  559.  
  560. DRAFT                Classical IP and ARP over ATM        September 1993
  561.  
  562.  
  563.    Server ARP table entries are valid for a minimum time of 20 minutes.
  564.  
  565.    Prior to aging (removing) an ARP table entry, all members MUST
  566.    generate an InARP_REQUEST on any open VC associated with that entry.
  567.    If an InARP_REPLY is received, that table entry is updated and not
  568.    deleted.  If there is no open VC associated with the table entry, the
  569.    entry is deleted.
  570.  
  571.    ARP and InARP Packet Format
  572.  
  573.    Internet addresses are assigned independently of ATM addresses.  Each
  574.    host implementation MUST know its own IP and ATM address(es) and MUST
  575.    respond to address resolution requests appropriately.  IP members
  576.    MUST also use ARP and InARP to resolve IP addresses to ATM addresses
  577.    when needed.
  578.  
  579.    The ARP and InARP protocol has several fields that have the following
  580.    format and values:
  581.  
  582.    Data:
  583.      ar$hrd     16 bits  Hardware type
  584.      ar$pro     16 bits  Protocol type
  585.      ar$shtl     8 bits  Type & length of source ATM number (q)
  586.      ar$sstl     8 bits  Type & length of source ATM subaddress (r)
  587.      ar$op      16 bits  Operation code (request or reply)
  588.      ar$spln     8 bits  Length of source protocol address (s)
  589.      ar$thtl     8 bits  Type & length of target ATM number (x)
  590.      ar$tstl     8 bits  Type & length of target ATM subaddress (y)
  591.      ar$tpln     8 bits  Length of target protocol address (z)
  592.      ar$sha     qoctets  source ATM number
  593.      ar$ssa     roctets  source ATM subaddress
  594.      ar$spa     soctets  source protocol address
  595.      ar$tha     xoctets  target ATM number
  596.      ar$tsa     yoctets  target ATM subaddress
  597.      ar$tpa     zoctets  target protocol address
  598.  
  599.    Where:
  600.      ar$hrd  -  assigned to ATM Forum address family and is
  601.                 dd decimal (0x00nn) [4].
  602.  
  603.      ar$pro  -  see Assigned Numbers for protocol type number for
  604.                 the protocol using ARP. (IP is 0x0800).
  605.  
  606.  
  607.  
  608.  
  609.  
  610.  
  611.  
  612.  
  613.  
  614. Laubach                                                        [Page 11]
  615.  
  616. DRAFT                Classical IP and ARP over ATM        September 1993
  617.  
  618.  
  619.      ar$op   -  The operation type value (decimal):
  620.                 ARP_REQUEST   = 1
  621.                 ARP_REPLY     = 2
  622.                 InARP_REQUEST = 8
  623.                 InARP_REPLY   = 9
  624.                 ARP_NAK       = ??
  625.  
  626.      ar$spln -  length in octets of the source protocol address. For
  627.                 IP ar$spln is 4.
  628.  
  629.      ar$tpln -  length in octets of the target protocol address. For
  630.                 IP ar$tpln is 4.
  631.  
  632.      ar$sha  -  source ATM number (E.164 or ATM Forum NSAP)
  633.  
  634.      ar$ssa  -  source ATM subaddress (ATM Forum NSAP)
  635.  
  636.      ar$spa  -  source protocol address
  637.  
  638.      ar$tha  -  target ATM number (E.164 or ATM Forum NSAP)
  639.  
  640.      ar$tha  -  target ATM subaddress (ATM Forum NSAP)
  641.  
  642.      ar$tpa  -  target protocol address
  643.  
  644.    The encoding of the 8-bit type and length value for ar$shtl,
  645.    ar$sstl, ar$thtl, and ar$tstl is as follows:
  646.  
  647.      MSB   8     7     6     5     4     3     2     1   LSB
  648.         +-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
  649.         |  0  | 1/0 |   Octet length of address         |
  650.         +-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
  651.  
  652.    Where:
  653.      bit.8   (reserved) = 0  (for future use)
  654.  
  655.      bit.7   (type)     = 0  ATM Forum NSAP format
  656.                         = 1  E.164 format
  657.  
  658.      bit.6-1 (length)   = 6 bit unsigned octet length of address
  659.                           (MSB = bit.6, LSB = bit.1)
  660.  
  661.    ATM addresses in Q.93B (as defined by the ATM Forum [9]) include a
  662.    "Calling Party Number Information Element" and a "Calling Party
  663.    Subaddress Information Element".  These Information Elements (IEs)
  664.    SHOULD map to ARP/InARP source ATM number and source ATM subaddress
  665.    respectively.  Furthermore, ATM Forum defines a "Called Party Number
  666.    Information Element" and a "Called Party Subaddress Information
  667.  
  668.  
  669.  
  670. Laubach                                                        [Page 12]
  671.  
  672. DRAFT                Classical IP and ARP over ATM        September 1993
  673.  
  674.  
  675.    Element". These IEs map to ARP/InARP target ATM number and target ATM
  676.    subaddress respectively.
  677.  
  678.    The ATM Forum defines three structures for the combined use of number
  679.    and subaddress [9]:
  680.  
  681.                         ATM Number      ATM Subaddress
  682.                       --------------    --------------
  683.         Structure 1   ATM Forum NSAP         null
  684.         Structure 2       E.164              null
  685.         Structure 3       E.164         ATM Forum NSAP
  686.  
  687.    IP members MUST register with their ARP server their ATM endpoint
  688.    address using the ATM address structure appropriate for their ATM
  689.    network connection: i.e., LISs implemented over ATM LANs following
  690.    ATM Forum UNI 3.0 should register using Structure 1; LISs implemented
  691.    over an E.164 "public" ATM network should register using Structure 2.
  692.    A LIS implemented over a combination of ATM LANs and public ATM
  693.    networks may need to register using Structure 3.  Implementations
  694.    based on this memo MUST support all three ATM address structures.
  695.  
  696.    ARP and InARP requests and replies for ATM address structures 1 and 2
  697.    MUST indicate a null ATM subaddress; i.e. ar$sstl.type = 1 and
  698.    ar$sstl.length = 0 and ar$tstl.type = 1 and ar$tstl.length = 0.
  699.  
  700.    Background information: the ARP packet format presented in this memo
  701.    is general in nature in that the ATM number and ATM subaddress fields
  702.    SHOULD map directly to the corresponding Q.93B fields used for ATM
  703.    call/connection setup signalling messages.  The IP over ATM Working
  704.    Group expects ATM Forum NSAPs numbers (Structure 1) to predominate
  705.    over E.164 numbers (Structure 2) as ATM endpoint identifiers within
  706.    ATM LANs.  The ATM Forum's VC Routing specification is not complete
  707.    at this time and therefore its impact on the operational use of ATM
  708.    Address Structure 3 is undefined. The ATM Forum will be defining this
  709.    relationship in the future.  It is for this reason that IP members
  710.    need to support all three ATM address structures.
  711.  
  712.  
  713.  
  714.  
  715.  
  716.  
  717.  
  718.  
  719.  
  720.  
  721.  
  722.  
  723.  
  724.  
  725.  
  726. Laubach                                                        [Page 13]
  727.  
  728. DRAFT                Classical IP and ARP over ATM        September 1993
  729.  
  730.  
  731.    ARP/InARP Packet Encapsulation
  732.  
  733.    ARP and InARP packets are to be encoded in AAL5 PDUs using LLC/SNAP
  734.    encapsulation. The format of the AAL5 CPCS-SDU payload field for
  735.    routed non-ISO PDUs is:
  736.  
  737.                Payload Format for Routed non-ISO PDUs
  738.                +------------------------------+
  739.                |        LLC 0xAA-AA-03        |
  740.                +------------------------------+
  741.                |        OUI 0x00-00-00        |
  742.                +------------------------------+
  743.                |     Ethertype 0x08-06        |
  744.                +------------------------------+
  745.                |                              |
  746.                |      ARP/InARP Packet        |
  747.                |                              |
  748.                +------------------------------+
  749.  
  750.    The LLC value of 0xAA-AA-03 (3 octets) indicates the presence of a
  751.    SNAP header.
  752.  
  753.    The OUI value of 0x00-00-00 (3 octets) indicates that the following
  754.    two-bytes is an ethertype.
  755.  
  756.    The Ethertype value of 0x08-06 (2 octets) indicates ARP [4].
  757.  
  758.    The total size of the LLC/SNAP header is fixed at 8-octets. This
  759.    aligns the start of the ARP packet on a 64-bit boundary relative to
  760.    the start of the AAL5 CPCS-SDU.
  761.  
  762.    The LLC/SNAP encapsulation for ARP/InARP presented here is consistent
  763.    with the treatment of multiprotocol encapsulation of IP over ATM AAL5
  764.    as specified in [2] and in the format of ARP over IEEE 802 networks
  765.    as specified in [5].
  766.  
  767.    Traditionally, ARP requests are broadcast to all directly connected
  768.    IP members within a LIS. It is conceivable in the future that larger
  769.    scaled ATM networks may handle ARP requests to destinations outside
  770.    the originating LIS, perhaps even globally; issues raised by ARP'ing
  771.    outside the LIS or by a global ARP mechanism are beyond the scope of
  772.    this memo.
  773.  
  774. 10.  IP Broadcast Address
  775.  
  776.    ATM does not support broadcast addressing, therefore there are no
  777.    mappings available from IP broadcast addresses to ATM broadcast
  778.    services. Note: this lack of mapping does not restrict members from
  779.  
  780.  
  781.  
  782. Laubach                                                        [Page 14]
  783.  
  784. DRAFT                Classical IP and ARP over ATM        September 1993
  785.  
  786.  
  787.    transmitting or receiving IP datagrams specifying any of the four
  788.    standard IP broadcast address forms as described in [8].  Members,
  789.    upon receiving an IP broadcast or IP subnet broadcast for their LIS,
  790.    MUST process the packet as if addressed to that station.
  791.  
  792. 11.  IP Multicast Address
  793.  
  794.    ATM does not support multicast address services, therefore there are
  795.    no mappings available from IP multicast addresses to ATM multicast
  796.    services.  Current IP multicast implementations (i.e., MBONE and IP
  797.    tunneling, see [10]) will continue to operate over ATM based logical
  798.    IP subnets if operated in the WAN configuration.
  799.  
  800.    This memo recognizes the future development of ATM multicast service
  801.    addressing by the ATM Forum. When available and widely implemented,
  802.    the roll-over from the current IP multicast architecture to this new
  803.    ATM architecture will be straightforward.
  804.  
  805. 12.  Security
  806.  
  807.    Not all of the security issues relating to IP over ATM are clearly
  808.    understood at this time, due to the fluid state of ATM
  809.    specifications, newness of the technology, and other factors.
  810.  
  811.    It is believed that ATM and IP facilities for authenticated call
  812.    management, authenticated end-to-end communications, and data
  813.    encryption will be needed in globally connected ATM networks.  Such
  814.    future security facilities and their use by IP networks are beyond
  815.    the scope of this memo.
  816.  
  817.    There are known security issues relating to host impersonation via
  818.    the address resolution protocols used in the Internet [13].  No
  819.    special security mechanisms have been added to the address resolution
  820.    mechanism defined here for use with networks using IP over ATM.
  821.  
  822. 13.  Open Issues
  823.  
  824.    o   The ARP hardware address type value for ATM Forum and the ARP_NAK
  825.        operation type value need yet to be assigned by the Internet
  826.        Assigned Numbers Authority (IANA)
  827.  
  828.    o   Well known ATM address(es) for ARP servers?  It would be very
  829.        handy if we came up with a set of well known ATM addresses for
  830.        ARP services.  We should probably have well-known PVC port
  831.        numbers for a non-SVC environment also.
  832.  
  833.    o   Interim Local Management Interface (ILMI) services will not be
  834.        generally implemented by some providers and vendors and will not
  835.  
  836.  
  837.  
  838. Laubach                                                        [Page 15]
  839.  
  840. DRAFT                Classical IP and ARP over ATM        September 1993
  841.  
  842.  
  843.        be used to obtain the ATM address network prefix from the network
  844.        [9].  Meta-signalling does provide some of this functionality and
  845.        in the future we need to document the options.
  846.  
  847. REFERENCES
  848.  
  849.    [1] Piscitello, D., and Lawrence, J., "IP and ARP over the SMDS
  850.        Service", RFC1209, USC/Information Sciences Institute, March
  851.        1991.
  852.  
  853.    [2] Heinanen, Juha, "Multiprotocol Encapsulation over ATM Adaptation
  854.        Layer 5", RFC1483, USC/Information Sciences Institute, July 1993.
  855.  
  856.    [3] Plummer, D., "An Ethernet Address Resolution Protocol - or -
  857.        Converting Network Addresses to 48.bit Ethernet Address for
  858.        Transmission on Ethernet Hardware", RFC 826, MIT, November 1982.
  859.  
  860.    [4] Reynolds, J., and Postel, J., "Assigned Numbers", RFC1340, USC/
  861.        Information Sciences Institute, July 1992.
  862.  
  863.    [5] Postel, J., and Reynolds, J., "A Standard for the Transmission of
  864.        IP Datagrams over IEEE 802 Networks", RFC1042, USC/Information
  865.        Sciences Institute, February 1988.
  866.  
  867.    [6] CCITT, "Draft Recommendation I.363", CCITT Study Group XVIII,
  868.        Geneva, 19-29 January 1993.
  869.  
  870.    [7] CCITT, "Draft text for Q.93B", CCITT Study Group XI, 23 September
  871.        - 2 October 1992.
  872.  
  873.    [8] Braden, R., "Requirements for Internet Hosts -- Communication
  874.        Layers", RFC1122, USC/Information Sciences Institute, October
  875.        1989.
  876.  
  877.    [9] ATM Forum, "ATM User-Network Interface Specification Version
  878.        3.0.", ATM Forum, 480 San Antonio Road, Suite 100, Mountain View,
  879.        CA 94040, June 1993.
  880.  
  881.    [10] Deering, S, "Host Extensions for IP Multicasting", RFC1112,
  882.        USC/Information Sciences Institute, August 1989.
  883.  
  884.    [11] Colella, Richard, and Gardner, Ella, and Callon, Ross,
  885.        "Guidelines for OSI NSAP Allocation in the Internet", RFC1237,
  886.        USC/Information Sciences Institute, July 1991.
  887.  
  888.    [12] Bradely, T., and Brown, C., "Inverse Address Resolution
  889.        Protocol", RFC1293, USC/Information Sciences Institute, January
  890.        1992.
  891.  
  892.  
  893.  
  894. Laubach                                                        [Page 16]
  895.  
  896. DRAFT                Classical IP and ARP over ATM        September 1993
  897.  
  898.  
  899.    [13] Bellovin, Steven M., "Security Problems in the TCP/IP Protocol
  900.        Suite", ACM Computer Communications Review, Vol. 19, Issue 2, pp.
  901.        32-48, 1989.
  902.  
  903. Author's Address
  904.  
  905.    Mark Laubach
  906.    Hewlett-Packard Laboratories
  907.    1501 Page Mill Road
  908.    Palo Alto, CA 94304
  909.  
  910.    Phone: 415.857.3513
  911.    FAX:   415.857.8526
  912.    EMail: laubach@hpl.hp.com
  913.  
  914.  
  915.  
  916.  
  917.  
  918.  
  919.  
  920.  
  921.  
  922.  
  923.  
  924.  
  925.  
  926.  
  927.  
  928.  
  929.  
  930.  
  931.  
  932.  
  933.  
  934.  
  935.  
  936.  
  937.  
  938.  
  939.  
  940.  
  941.  
  942.  
  943.  
  944.  
  945.  
  946.  
  947.  
  948.  
  949.  
  950. Laubach                                                        [Page 17]
  951.  
  952.