home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Halting the Hacker - A P…uide to Computer Security / Halting the Hacker - A Practical Guide to Computer Security.iso / rfc / rfc1667.txt < prev    next >
Text File  |  1997-04-01  |  17KB  |  396 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7. Network Working Group                                       S. Symington
  8. Request for Comments: 1667                             MITRE Corporation
  9. Category: Informational                                          D. Wood
  10.                                                        MITRE Corporation
  11.                                                                M. Pullen
  12.                                                  George Mason University
  13.                                                              August 1994
  14.  
  15.  
  16.              Modeling and Simulation Requirements for IPng
  17.  
  18. Status of this Memo
  19.  
  20.    This memo provides information for the Internet community.  This memo
  21.    does not specify an Internet standard of any kind.  Distribution of
  22.    this memo is unlimited.
  23.  
  24. Abstract
  25.  
  26.    This document was submitted to the IETF IPng area in response to RFC
  27.    1550.  Publication of this document does not imply acceptance by the
  28.    IPng area of any ideas expressed within.  Comments should be
  29.    submitted to the big-internet@munnari.oz.au mailing list.
  30.  
  31. Executive Summary
  32.  
  33.    The Defense Modeling and Simulation community is a major user of
  34.    packet networks and as such has a stake in the definition of IPng.
  35.    This white paper summarizes the Distributed Interactive Simulation
  36.    environment that is under development, with regard to its real-time
  37.    nature, scope and magnitude of networking requirements.  The
  38.    requirements for real-time response, multicasting, and resource
  39.    reservation are set forth, based on our best current understanding of
  40.    the future of Defense Modeling and Simulation.
  41.  
  42. 1.  Introduction
  43.  
  44.    The Internet Engineering Task Force (IETF) is now in the process of
  45.    designing the Next Generation Internet Protocol (IPng). IPng is
  46.    expected to be a driving force in the future of commercial off-the-
  47.    shelf (COTS) networking technology. It will have a major impact on
  48.    what future networking technologies are widely available, cost
  49.    effective, and multi-vendor interoperable.  Applications that have
  50.    all of their network-layer requirements met by the standard features
  51.    of IPng will be at a great advantage, whereas those that don't will
  52.    have to rely on less-widely available and more costly protocols that
  53.    may have limited interoperability with the ubiquitous IPng-based COTS
  54.    products.
  55.  
  56.  
  57.  
  58. Symington, Wood & Pullen                                        [Page 1]
  59.  
  60. RFC 1667     Modeling and Simulation Requirements for IPng   August 1994
  61.  
  62.  
  63.    This paper is intended to serve as input to the IPng design effort by
  64.    specifying the network-layer requirements of Defense Modeling and
  65.    Simulation (M&S) applications. It is important that the M&S community
  66.    make its unique requirements clear to IPng designers so that
  67.    mechanisms for meeting these requirements can be considered as
  68.    standard features for IPng. The intention is to make IPng's benefits
  69.    of wide COTS availability, multi-vendor interoperability, and cost-
  70.    effectiveness fully available to the M&S community.
  71.  
  72. 2.  Background: Overview of Distributed Interactive Simulation
  73.  
  74.    The Defense Modeling and Simulation community requires an integrated,
  75.    wide-area, wideband internetwork to perform Distributed Interactive
  76.    Simulation (DIS) exercises among remote, dissimilar simulation
  77.    devices located at worldwide sites. The network topology used in
  78.    current M&S exercises is typically that of a high-speed cross-country
  79.    and trans-oceanic backbone running between wideband packet switches,
  80.    with tail circuits running from these packet switches to various
  81.    nearby sites. At any given site involved in an exercise, there may be
  82.    several internetworked local area networks on which numerous
  83.    simulation entity hosts are running.  Some of these hosts may be
  84.    executing computer-generated semi-automated forces, while others may
  85.    be manned simulators.  The entire system must accommodate delays and
  86.    delay variance compatible with human interaction times in order to
  87.    preserve an accurate order of events and provide a realistic combat
  88.    simulation. While the sites themselves may be geographically distant
  89.    from one another, the simulation entities running at different sites
  90.    may themselves be operating and interacting as though they are in
  91.    close proximity to one another in the battlefield.  Our goal is that
  92.    all of this can take place in a common network that supports all
  93.    Defense modeling and simulation needs, and hopefully is also shared
  94.    with other Defense applications.
  95.  
  96.    In a typical DIS exercise, distributed simulators exchange
  97.    information over an internetwork in the form of standardized protocol
  98.    data units (PDUs). The DIS protocols and PDU formats are currently
  99.    under development.  The first generation has been standardized as
  100.    IEEE 1278.1 and used for small exercises (around 100 hosts), and
  101.    development of a second generation is underway.  The current
  102.    Communications Architecture for DIS specifies use of Internet
  103.    protocols.
  104.  
  105.    The amount, type, and sensitivity level of information that must be
  106.    exchanged during a typical DIS exercise drives the communications
  107.    requirements for that exercise, and depends on the number and type of
  108.    participating entities and the nature and level of interaction among
  109.    those entities.  Future DIS exercises now in planning extend to
  110.    hundreds of sites and tens of thousands of simulation platforms
  111.  
  112.  
  113.  
  114. Symington, Wood & Pullen                                        [Page 2]
  115.  
  116. RFC 1667     Modeling and Simulation Requirements for IPng   August 1994
  117.  
  118.  
  119.    worldwide. For example, an exercise may consist of semi-automated and
  120.    individual manned tank, aircraft, and surface ship simulators
  121.    interacting on pre-defined geographic terrain. The actual locations
  122.    of these simulation entities may be distributed among sites located
  123.    in Virginia, Kansas, Massachusetts, Germany, and Korea. The PDUs that
  124.    are exchanged among simulation entities running at these sites must
  125.    carry all of the information necessary to inform each site regarding
  126.    everything relevant that occurs with regard to all other sites that
  127.    have the potential to affect it within the simulation. Such
  128.    information could include the location of each entity, its direction
  129.    and speed, the orientation of its weapons systems, if any, and the
  130.    frequency on which it is transmitting and receiving radio messages.
  131.    If an entity launches a weapon, such as a missile, a new entity
  132.    representing this missile will be created within the simulation and
  133.    it will begin transmitting PDUs containing relevant information about
  134.    its state, such as its location, and speed.
  135.  
  136.    A typical moving entity would generate between one and two PDUs per
  137.    second, with typical PDU sizes of 220 bytes and a maximum size of
  138.    1400 bytes, although rates of 15 PDUs/second and higher are possible.
  139.    Stationary entities must generate some traffic to refresh receiving
  140.    simulators; under the current standard this can be as little as 0.2
  141.    PDUs per second.  Compression techniques reducing PDUs size by 50% or
  142.    more are being investigated but are not included in the current DIS
  143.    standard.
  144.  
  145.    With so much information being exchanged among simulation entities at
  146.    numerous locations, multicasting is required to minimize network
  147.    bandwidth used and to reduce input to individual simulation entities
  148.    so that each entity receives only those PDUs that are of interest to
  149.    it. For example, a given entity need only receive information
  150.    regarding the location, speed and direction of other entities that
  151.    are close enough to it within the geography of the simulation that it
  152.    could be affected by those entities.  Similarly, an entity need not
  153.    receive PDUs containing the contents of radio transmissions that are
  154.    sent on a frequency other than that on which the entity is listening.
  155.  
  156.    Resource reservation mechanisms are also essential to guarantee
  157.    performance requirements of DIS exercises: reliability and real-time
  158.    transmission are necessary to accommodate the manned simulators
  159.    participating in an exercise.
  160.  
  161.    M&S exercises that include humans in the loop and are executed in
  162.    real-time require rapid network response times in order to provide
  163.    realistic combat simulations.  For DIS, latency requirements between
  164.    the output of a PDU at the application level of a simulator and input
  165.    of that PDU at the application level of any other simulator in that
  166.    exercise have been defined as:
  167.  
  168.  
  169.  
  170. Symington, Wood & Pullen                                        [Page 3]
  171.  
  172. RFC 1667     Modeling and Simulation Requirements for IPng   August 1994
  173.  
  174.  
  175.       - 100 milliseconds for exercises containing simulated units
  176.         whose interactions are tightly coupled
  177.  
  178.       - 300 milliseconds for exercises whose interactions are not
  179.         tightly coupled [2].
  180.  
  181.    The reliability of the best-effort datagram delivery service
  182.    supporting DIS should be such that 98% of all datagrams are delivered
  183.    to all intended destination sites, with missing datagrams randomly
  184.    distributed [3].
  185.  
  186.    While these numbers may be refined for some classes of simulation
  187.    data in the future, latency requirements are expected to remain under
  188.    a few hundred milliseconds in all cases.  It is also required that
  189.    delay variance (jitter) be low enough that smoothing by buffering the
  190.    data stream at the receiving simulator does not cause the stated
  191.    latency specifications to be exceeded.
  192.  
  193.    There are currently several architectures under consideration for the
  194.    M&S network of the future. Under fully distributed models, all
  195.    simulation entities rely directly on the network protocols for
  196.    multicasting and are therefore endowed with much flexibility with
  197.    regard to their ability to join and leave multicast groups
  198.    dynamically, in large numbers.
  199.  
  200.    In some cases, the M&S exercises will involve the transmission of
  201.    classified data over the network. For example, messages may contain
  202.    sensitive data regarding warfare tactics and weapons systems
  203.    characteristics, or an exercise itself may be a rehearsal of an
  204.    imminent military operation. This means the data communications used
  205.    for these exercises must meet security constraints defined by the
  206.    National Security Agency (NSA).  Some such requirements can be met in
  207.    current systems by use of end-to-end packet encryption (E3) systems.
  208.    E3 systems provide adequate protection from disclosure and tampering,
  209.    while allowing multiple security partitions to use the same network
  210.    simultaneously.
  211.  
  212.    Currently the M&S community is using the experimental Internet Stream
  213.    protocol version 2 (ST2) to provide resource reservation and
  214.    multicast.  There is much interest in converting to IPv4 multicast as
  215.    it becomes available across the COTS base, but this cannot happen
  216.    until IPv4 has a resource reservation capability.  The RSVP work
  217.    ongoing in the IETF is being watched in expectation that it will
  218.    provide such a capability.  Also some tests have been made of IPv4
  219.    multicast without resource reservation; results have been positive,
  220.    now larger tests are required to confirm the expected scalability of
  221.    IPv4 multicast.  But issues remain: for security reasons, some M&S
  222.    exercises will require sender-initiated joining of members to
  223.  
  224.  
  225.  
  226. Symington, Wood & Pullen                                        [Page 4]
  227.  
  228. RFC 1667     Modeling and Simulation Requirements for IPng   August 1994
  229.  
  230.  
  231.    multicast groups. In addition, it is not clear that IPv4 multicast
  232.    will be able to make use of link-layer multicast available in ATM
  233.    systems, which the M&S community expects to use to achieve the
  234.    performance necessary for large exercises.
  235.  
  236. 3.  M&S Requirements for IPng
  237.  
  238.    The identified network-layer service requirements for M&S
  239.    applications are set forth below in three major categories: real-time
  240.    response, multicast capability, and resource reservation capability.
  241.    All of these capabilities are considered to be absolute requirements
  242.    for supporting DIS as currently understood by the M&S community,
  243.    except those specifically identified as highly desirable.  By
  244.    desirable we mean that the capabilities are not essential, but they
  245.    will enable more direct or cost-effective networking solutions.
  246.  
  247.    It is recognized that some of the capabilities described below may be
  248.    provided not from IPng but from companion protocols, e.g. RSVP and
  249.    IGMP.  The M&S requirement is for a compatible suite of protocols
  250.    that are available in commercial products.
  251.  
  252.    a.  Real-time Response
  253.  
  254.       DIS will continue to have requirements to communicate real-time
  255.       data, therefore the extent to which IPng lends itself to
  256.       implementing real-time networks will be a measure of its utility
  257.       for M&S networking.  The system-level specifications for the DIS
  258.       real-time environment are stated in Section 2 above.
  259.  
  260.    b.  Multicasting
  261.  
  262.       M&S requires a multicasting capability and a capability for
  263.       managing multicast group membership.  These multicasting
  264.       capabilities must meet the following requirements:
  265.  
  266.       - Scalable to hundreds of sites and, potentially, to tens of
  267.         thousands of simulation platforms.
  268.  
  269.       - It is highly desirable that the network-layer multicasting
  270.         protocol be able to use the multicasting capabilities of
  271.         link-level technologies, such as broadcast LANs, Frame Relay,
  272.         and ATM.
  273.  
  274.       - The group management mechanics must have the characteristics
  275.         that thousands of multicast groups consisting of tens of
  276.         thousands of members each can be supported on a given network
  277.         and that a host should be able to belong to hundreds of multicast
  278.         groups simultaneously.
  279.  
  280.  
  281.  
  282. Symington, Wood & Pullen                                        [Page 5]
  283.  
  284. RFC 1667     Modeling and Simulation Requirements for IPng   August 1994
  285.  
  286.  
  287.       - Multicast group members must be able to be added to or removed
  288.         from groups dynamically, in less than one second, at rates of
  289.         hundreds of membership changes per second.  It is not possible
  290.         to predict what special cases may develop, thus this requirement
  291.         is for all members of all groups.
  292.  
  293.       - The network layer must support options for both sender- and
  294.         receiver-initiated joining of multicast groups.
  295.  
  296.    c.  Resource Reservation
  297.  
  298.       The M&S community requires performance guarantees in supporting
  299.       networks. This implies that IPng must be compatible with a
  300.       capability to reserve bandwidth and other necessary allocations in
  301.       a multicast environment, in order to guarantee network capacity
  302.       from simulator-to-simulator across a shared network for the
  303.       duration of the user's interaction with the network. Such a
  304.       resource reservation capability is essential to optimizing the use
  305.       of limited network resources, increasing reliability, and
  306.       decreasing delay and delay variance of priority traffic,
  307.       especially in cases in which network resources are heavily used.
  308.       The resource reservations should be accomplished in such a way
  309.       that traffic without performance guarantees will be re-routed,
  310.       dropped, or blocked before reserved bandwidth traffic is affected.
  311.  
  312.       In addition, it would be highly desirable for the resource
  313.       reservation capability to provide mechanisms for:
  314.  
  315.       - Invoking additional network resources (on-demand capacity)
  316.         when needed.
  317.  
  318.       - The network to feed back its loading status to the applications
  319.         to enable graceful degradation of performance.
  320.  
  321. 4.  References
  322.  
  323.    [1] Cohen, D., "DSI Requirements", December 13, 1993.
  324.  
  325.    [2] Final Draft Communication Architecture for Distributed
  326.        Interactive Simulation (CADIS), Institute for Simulation and
  327.        Training, Orlando, Florida, June 28, 1993.
  328.  
  329.    [3] Miller, D., "Distributed Interactive Simulation Networking
  330.        Issues", briefing presented to the ST/IP Peer Review Panel, MIT
  331.        Lincoln Laboratory, December 15, 1993.
  332.  
  333.    [4] Pate, L., Curtis, K., and K. Shah, "Communication Service
  334.        Requirements for the M&S Community", September 1992.
  335.  
  336.  
  337.  
  338. Symington, Wood & Pullen                                        [Page 6]
  339.  
  340. RFC 1667     Modeling and Simulation Requirements for IPng   August 1994
  341.  
  342.  
  343.    [5] Pullen, M., "Multicast Network Architecture for DIS, briefing
  344.        presented to the Networks Infrastructure Task Force", George
  345.        Mason University, C3I Center/Computer Science, November 10, 1993,
  346.        revised November 11, 1993.
  347.  
  348. 5.  Authors' Addresses
  349.  
  350.        Susan Symington
  351.        MITRE Corporation
  352.        7525 Colshire Drive
  353.        McLean, VA 22101-3481
  354.  
  355.        Phone: 703-883-7209
  356.        EMail: susan@gateway.mitre.org
  357.  
  358.  
  359.        David Wood
  360.        MITRE Corporation
  361.        7525 Colshire Drive
  362.        McLean, VA 22101-3481
  363.  
  364.        Phone: 703-883-6394
  365.        EMail: wood@mitre.org
  366.  
  367.  
  368.        J. Mark Pullen
  369.        Computer Science
  370.        George Mason University
  371.        Fairfax, VA 22030
  372.  
  373.        Phone: 703-993-1538
  374.        EMail: mpullen@cs.gmu.edu
  375.  
  376.  
  377.  
  378.  
  379.  
  380.  
  381.  
  382.  
  383.  
  384.  
  385.  
  386.  
  387.  
  388.  
  389.  
  390.  
  391.  
  392.  
  393.  
  394. Symington, Wood & Pullen                                        [Page 7]
  395.  
  396.