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Text File  |  1997-04-01  |  21KB  |  452 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7. Network Working Group                                         Y. Rekhter
  8. Request for Comments: 1787        T.J. Watson Research Center, IBM Corp.
  9. Category: Informational                                       April 1995
  10.  
  11.  
  12.                   Routing in a Multi-provider Internet
  13.  
  14. Status of this Memo
  15.  
  16.    This memo provides information for the Internet community.  This memo
  17.    does not specify an Internet standard of any kind.  Distribution of
  18.    this memo is unlimited.
  19.  
  20. Abstract
  21.  
  22.    This document was prepared by the author on behalf of the Internet
  23.    Architecture Board (IAB). It is offered by the IAB to stimulate
  24.    discussion.
  25.  
  26.    Over the past few years the Internet has undergone significant
  27.    changes.  Among them is the emergence of multiple Network Service
  28.    Providers, where resources that provide Internet-wide IP connectivity
  29.    (routers, links) are controlled by different organizations.  This
  30.    document presents some of the issues related to network layer routing
  31.    in a multi-provider Internet, and specifically to the unicast
  32.    routing.
  33.  
  34. 1. Network Service Providers vs Network Service Subscribers
  35.  
  36.    Within the current routing paradigm the service offered by a provider
  37.    at the network layer (IP) is the set of destinations (hosts) that can
  38.    be reached through the provider. Once a subscriber establishes direct
  39.    connectivity to a provider, the subscriber can in principle reach all
  40.    the destinations reachable through the provider. Since the value of
  41.    the Internet-wide connectivity service offered by a provider
  42.    increases with the number of destinations reachable through the
  43.    provider, providers are motivated to interconnect with each other.
  44.  
  45.    In principle a provider need not offer the same service (in terms of
  46.    the set of destinations) to all of its subscribers -- for some of the
  47.    subscribers the provider may restrict the services to a subset of the
  48.    destinations reachable through the provider. In fact, for certain
  49.    types of subscribers constrained connectivity could be seen as part
  50.    of the service offered by a provider.
  51.  
  52.    In a multi-provider environment individual providers may be driven by
  53.    diverse and sometimes even conflicting goals and objectives. Some of
  54.    the providers exist to provide connectivity to only a specific group
  55.  
  56.  
  57.  
  58. Rekhter                                                         [Page 1]
  59.  
  60. RFC 1787          Routing in a multi-provider Internet        April 1995
  61.  
  62.  
  63.    of Network Service Subscribers. Other providers place no constraints
  64.    on the subscribers that can subscribe to them, as long as the
  65.    subscribers pay the fee charged by the providers. Some of the
  66.    providers place certain constraints on the reselling of the
  67.    connectivity services by organizations (e.g., other providers)
  68.    attached to the providers. Some of the providers may be operated by
  69.    companies that are subject to specific regulations (e.g.,  regulated
  70.    monopoly), while other providers are completely unregulated.  The
  71.    scope of geographical coverage among providers varies from a small
  72.    region (e.g., county, town) to a country-wide, international, or even
  73.    intercontinental.
  74.  
  75.    There is no centralized control over all the providers in the
  76.    Internet.  The providers do not always coordinate their efforts with
  77.    each other, and quite often are in competition with each other.
  78.  
  79.    Despite all the diversity among the providers, the Internet-wide IP
  80.    connectivity is realized via Internet-wide distributed routing, which
  81.    involves multiple providers, and thus implies certain degree of
  82.    cooperation and coordination. Therefore, there is a need to balance
  83.    the providers' goals and objectives against the public interest of
  84.    Internet-wide connectivity and subscribers' choices. Further work is
  85.    needed to understand how to reach the balance.
  86.  
  87. 2. Routing Requirements
  88.  
  89.    Conceptually routing requirements can be classified into the
  90.    following three categories: source preferences, destination
  91.    preferences, and constraints on transit traffic. Source preferences
  92.    allow an originator of a packet to exert control over the path to a
  93.    destination.  Destination preferences allow a destination to exert
  94.    control over the path from a source to the destination. Constraints
  95.    on transit traffic allow a provider to control the traffic that can
  96.    traverse through the resources (routers, links) controlled by the
  97.    provider.
  98.  
  99.    From a conceptual point of view the requirements over the degree of
  100.    control for source and destination preferences may vary from being
  101.    able to just provide connectivity (regardless of the path), to being
  102.    able to select immediate providers, to more complex scenarios, where
  103.    at the other extreme a subscriber may want to have complete control
  104.    over the path selection.
  105.  
  106.    From a conceptual point of view the requirements over the degree of
  107.    control for transit traffic may vary from control based only on the
  108.    direct physical connectivity (controlling the set of organizations
  109.    directly connected to the provider), to being able to restrict
  110.    traffic to a particular set of sources or destinations, or a
  111.  
  112.  
  113.  
  114. Rekhter                                                         [Page 2]
  115.  
  116. RFC 1787          Routing in a multi-provider Internet        April 1995
  117.  
  118.  
  119.    combination of particular sources and destinations, or even take into
  120.    account the paths to/from these sources and/or destinations.
  121.  
  122.    In view of a potentially wide variety of routing requirements, we
  123.    need to get a better understanding on the relative practical
  124.    importance of various routing requirements. In practice organizations
  125.    usually don't formulate their routing requirements in a vacuum. For
  126.    example, since the primary role of a provider is to provide services
  127.    to a set of subscribers, the provider usually formulates its routing
  128.    requirements based on the set of the routing requirements of the
  129.    subscribers the provider is expected to serve.
  130.  
  131.    Support for various routing requirements should take into account the
  132.    overhead and the scope of the overhead associated with those
  133.    requirements. A situation where an organization can unilaterally
  134.    impose routing information overhead on other organization (e.g., by
  135.    requiring the other organization to maintain an additional routing
  136.    information) should be viewed as undesirable. The cost of supporting
  137.    a particular routing requirement should not be borne by organizations
  138.    that do not benefit from supporting that requirement. Ideally the
  139.    routing system should allow to shift the overhead associated with a
  140.    particular routing requirement towards the entity that instigates the
  141.    requirement (for example, there is a need to carefully balance the
  142.    overhead associated with maintaining a state needed for multi-hop
  143.    header compression vs carrying explicit forwarding information on a
  144.    per packet basis).  Organizations with simple routing requirements
  145.    shouldn't bear the same routing information overhead as organizations
  146.    with complex routing requirements.
  147.  
  148.    A situation where the overhead associated with supporting a
  149.    particular routing requirement has to be carried by every entity
  150.    (e.g., router, host) within an organization that would like to impose
  151.    the requirement could be viewed as undesirable. An organization
  152.    should be able to instantiate its routing requirements in a more or
  153.    less central fashion, for example by utilizing just some of the
  154.    routers.
  155.  
  156.    Even if the scope of the routing information overhead is purely
  157.    local, there is a need to perform a careful analysis of the tradeoff
  158.    between the potential benefits and the cost associated with
  159.    supporting various routing requirements.
  160.  
  161. 3. Encapsulation
  162.  
  163.    The technique of encapsulation allows for the creation of a "virtual"
  164.    IP overlay over an existing IP infrastructure. This has certain
  165.    implications for the Internet routing system.
  166.  
  167.  
  168.  
  169.  
  170. Rekhter                                                         [Page 3]
  171.  
  172. RFC 1787          Routing in a multi-provider Internet        April 1995
  173.  
  174.  
  175.    In the presence of encapsulation, a provider may no longer be able to
  176.    constrain its transit traffic to a particular set of ultimate sources
  177.    and/or destinations, as a packet may be encapsulated by some router
  178.    along the path, with the original source and/or destination addresses
  179.    being "hidden" (via encapsulation) at the Network layer. Likewise,
  180.    encapsulation may affect source and destination preferences, as a
  181.    source (or a destination) may either (a) be unaware of the
  182.    encapsulation, or (b) have little or no control over the encapsulated
  183.    segment of a path.
  184.  
  185.    Further work is needed to understand the implications of the overlay
  186.    capabilities created via encapsulation on the semantics of routing
  187.    requirements, as well as the interaction among the routing
  188.    requirements by the entities that form the overlay and the entities
  189.    that form the underlying infrastructure.
  190.  
  191. 4. Price Structure and its Impact on Routing
  192.  
  193.    Routing among providers, as well as between providers and subscribers
  194.    may be influenced by the price structure employed by the providers,
  195.    as well as the usage pattern of the subscribers. A provider can view
  196.    routing as a mechanism that allows the provider to exert control over
  197.    who can use the provider's services. A subscriber can view routing as
  198.    a mechanism that allows the subscriber to exert control over the
  199.    price it pays for the Internet connectivity.
  200.  
  201.    The need to exert control has to be carefully balanced against the
  202.    cost of the routing mechanisms needed to provide such control. In a
  203.    competitive market one could question the viability of a mechanism
  204.    whose incremental cost would be greater than the saving recovered by
  205.    the mechanism -- competitive pressure or alternate mechanisms are
  206.    likely to push providers and subscribers towards choosing the
  207.    cheapest mechanism.
  208.  
  209. 5. Scalability
  210.  
  211.    One of the key requirements imposed on the Internet routing is its
  212.    ability to scale. In addition to conventional metrics for scalability
  213.    (e.g., memory, CPU, bandwidth), we need to take into account
  214.    scalability with respect to the human resources required to operate
  215.    the system. The need for deployment of CIDR already showed that a
  216.    routing scheme that scales linearly with respect to the number of
  217.    connected networks, or even to the number of connected organizations
  218.    is unacceptable today, and is likely to be unacceptable in the long
  219.    term. It is not clear whether routing that scales linearly with the
  220.    number of providers is going to be acceptable in the long term.
  221.  
  222.  
  223.  
  224.  
  225.  
  226. Rekhter                                                         [Page 4]
  227.  
  228. RFC 1787          Routing in a multi-provider Internet        April 1995
  229.  
  230.  
  231.    Scaling implies that the Internet routing system needs to have
  232.    powerful mechanisms to provide routing information
  233.    aggregation/abstraction.
  234.  
  235.    In the absence of Internet-wide coordination and in the presence of
  236.    competition among the providers, the aggregation/abstraction
  237.    mechanisms should minimize preconditions as well as limit the amount
  238.    of required inter-provider coordination. Ideally the routing system
  239.    should allow a provider to control the amount of its local resources
  240.    needed to deal with the routing overhead based on considerations that
  241.    are purely local to the provider.
  242.  
  243.    One of the side effects of the routing information
  244.    aggregation/abstraction is that some of the routing information is
  245.    going to be lost. This may impact route optimality and even the
  246.    ability to find an existing route. The need for routing information
  247.    aggregation/abstraction also implies certain homogeneity of the
  248.    information to be aggregated/abstracted. This needs to be counter-
  249.    balanced against the potential diversity of routing requirements.
  250.  
  251.    As a way to deal with the routing information loss due to
  252.    aggregation/abstraction, we need to explore mechanisms that allow
  253.    routing that is based on the on-demand acquisition of subsets of
  254.    unaggregated information.
  255.  
  256.    The overhead associated with supporting specific routing requirements
  257.    has a direct impact on the overall scalability of the Internet
  258.    routing system. We need to get a better understanding of how various
  259.    routing requirements impact scalability. When the impact is
  260.    significant, and the requirements have practical importance we need
  261.    to develop mechanisms that allow the impact to be reduced.
  262.  
  263. 6. Hierarchical Routing
  264.  
  265.    Classless Inter-Domain Routing (CIDR) (RFC1518, RFC1519) that is used
  266.    today for scalable Internet-wide routing is based on the technique of
  267.    hierarchical routing. Essential to this technique is the assumption
  268.    that Network layer addresses assigned to individual entities (e.g.,
  269.    hosts, routers) reflect the position of these entities within the
  270.    network topology -- addresses are said to be "topologically
  271.    significant". With CIDR addresses assigned to most of the individual
  272.    sites are expected to reflect providers the sites are connected to --
  273.    CIDR uses "provider-based" addresses.
  274.  
  275.    One of the fundamental consequences of using hierarchical routing is
  276.    that in order to preserve topological significance of network
  277.    addresses, changes in the network topology may need to be accompanied
  278.    by the corresponding changes in the addresses. Presence of multiple
  279.  
  280.  
  281.  
  282. Rekhter                                                         [Page 5]
  283.  
  284. RFC 1787          Routing in a multi-provider Internet        April 1995
  285.  
  286.  
  287.    providers serving the same geographical area implies that a
  288.    subscriber should be able to switch from one provider to another.
  289.    Since such a switch implies changes in the Internet topology, it
  290.    follows that to retain topological significance of the (provider-
  291.    based) addresses within the subscriber, the subscriber has to change
  292.    the addresses of all of its entities -- the process known as
  293.    "renumbering". There are already tools to facilitate this process --
  294.    Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP).  However, DHCP is not yet
  295.    widely deployed. Further work is needed to improve these tools, get
  296.    them widely deployed, and to integrate them with Domain Name System
  297.    (DNS).
  298.  
  299.    Multi-level hierarchical routing allows for recapturing additional
  300.    routing information (routing entropy) due to the mismatch between
  301.    addresses and topology at a particular level in the routing hierarchy
  302.    at some higher level in the hierarchy (e.g., at an exchange point
  303.    among providers).  This enables the routing system to contain the
  304.    scope of entities impacted by the mismatch. Containing the scope of
  305.    entities could be an important factor to facilitate graceful
  306.    renumbering.  Further work is needed to develop appropriate
  307.    deployment strategies to put these capabilities in place.
  308.  
  309.    It is important to emphasize that the requirement to maintain
  310.    topologically significant addresses doesn't need to be applied
  311.    indiscriminately to all the organizations connected to the Internet
  312.    -- hierarchical routing requires that most, but not all addresses be
  313.    topologically significant.  For a large organization it could be
  314.    sufficient if the set of destinations within the organization can be
  315.    represented within the Internet routing system as a small number of
  316.    address prefixes, even if these address prefixes are independent of
  317.    the providers that the organization uses to connect to the Internet
  318.    ("provider-independent" addresses). The volume of routing information
  319.    that a large organization would inject into the Internet routing
  320.    system would be comparable to the (aggregated) routing information
  321.    associated with a large number of small organizations.
  322.  
  323.    Existence of multiple providers allows a subscriber to be
  324.    simultaneously connected to more than one provider (multi-homed
  325.    subscribers). CIDR offers several alternatives for handling such
  326.    cases. We need to gain more operational experience as well as better
  327.    understand tradeoffs associated with the proposed alternatives.
  328.  
  329.    An alternative to CIDR address assignment is to assign addresses
  330.    based purely on the geographical location. However, address
  331.    assignment that reflects geographical location of an entity implies
  332.    that either (a) the Internet topology needs to be made sufficiently
  333.    congruent to the geography, or (b) addresses aren't going to be
  334.    topologically significant. In the former case we need to understand
  335.  
  336.  
  337.  
  338. Rekhter                                                         [Page 6]
  339.  
  340. RFC 1787          Routing in a multi-provider Internet        April 1995
  341.  
  342.  
  343.    the driving forces that would make the topology congruent to the
  344.    geography. In the latter case techniques other than hierarchical
  345.    routing need to be developed.
  346.  
  347. 7. Routing Information Sharing
  348.  
  349.    While ensuring Internet-wide coordination may be more and more
  350.    difficult, as the Internet continues to grow, stability and
  351.    consistency of the Internet-wide routing could significantly benefit
  352.    if the information about routing requirements of various
  353.    organizations could be shared across organizational boundaries. Such
  354.    information could be used in a wide variety of situations ranging
  355.    from troubleshooting to detecting and eliminating conflicting routing
  356.    requirements. The scale of the Internet implies that the information
  357.    should be distributed. Work is currently underway to establish
  358.    depositories of this information (Routing Registries), as well as to
  359.    develop tools that analyze, as well as utilize this information.
  360.  
  361. 8. Summary
  362.  
  363.    In this section we enumerate some of the issues that the IAB thinks
  364.    should be brought to the attention of the Internet community.
  365.  
  366.    The following two tasks require the most immediate attention:
  367.  
  368.       - further work is needed to develop technologies that facilitate
  369.         renumbering
  370.  
  371.       - further work is needed to investigate feasibility of routing
  372.         information aggregation above the direct (immediate) provider
  373.         level
  374.  
  375.    The following tasks are viewed as medium term:
  376.  
  377.       - further work is needed to get a better understanding on the
  378.         relative practical importance of various routing requirements
  379.  
  380.       - further work is needed to understand of how various routing
  381.         requirements impact scalability of the routing system
  382.  
  383.       - further work is needed to investigate alternatives to
  384.         hierarchical routing
  385.  
  386.    Finally, the following tasks are viewed as long term:
  387.  
  388.       - further work is needed to understand and utilize the benefits of
  389.         routing information sharing
  390.  
  391.  
  392.  
  393.  
  394. Rekhter                                                         [Page 7]
  395.  
  396. RFC 1787          Routing in a multi-provider Internet        April 1995
  397.  
  398.  
  399.       - further work is needed to understand the implications of virtual
  400.         overlays created via encapsulation
  401.  
  402.       - further work is needed to understand how different price
  403.         structures influence routing requirements
  404.  
  405.       - further work is needed to understand how to balance the
  406.         providers' goals and objectives against the public interest of
  407.         Internet-wide connectivity and subscribers' choices.
  408.  
  409. 9. Conclusions
  410.  
  411.    This document presents some of the issues related to routing in a
  412.    multi-provider Internet. There are no doubt routing-related areas
  413.    that are not covered in this document. For instance, such areas as
  414.    multicast routing, or routing in the presence of mobile hosts, or
  415.    routing in the presence of a large shared media (e.g., ATM) aren't
  416.    discussed here. Further work is needed to understand the implications
  417.    of a multi-provider Internet on these areas.
  418.  
  419.    The impact of multi-provider Internet goes well beyond just routing,
  420.    and percolates into such areas as network management,
  421.    troubleshooting, and others. Further work is needed to assess the
  422.    implications of multi-provider environment on these areas, as well as
  423.    to understand the interaction among all these areas from a system-
  424.    wide perspective.
  425.  
  426. 10. Acknowledgments
  427.  
  428.    Many thanks to all the IAB members, and especially to Brian
  429.    Carpenter, Robert Elz, Christian Huitema, Paul Mockapetris, and Lixia
  430.    Zhang for their contributions to this document.
  431.  
  432. Security Considerations
  433.  
  434.    Security issues are not discussed in this memo.
  435.  
  436. Editor's Address
  437.  
  438.    Yakov Rekhter
  439.    T.J. Watson Research Center IBM Corporation
  440.    P.O. Box 704, Office H3-D40
  441.    Yorktown Heights, NY 10598
  442.  
  443.    Phone:  +1 914 784 7361
  444.    EMail:  yakov@watson.ibm.com
  445.  
  446.  
  447.  
  448.  
  449.  
  450. Rekhter                                                         [Page 8]
  451.  
  452.