home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Unix System Administration Handbook 1997 October / usah_oct97.iso / rfc / 1800s / rfc1821.txt < prev    next >
Text File  |  1995-08-08  |  64KB  |  1,348 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7. Network Working Group                                          M. Borden
  8. Request for Comments: 1821                                    E. Crawley
  9. Category: Informational                                     Bay Networks
  10.                                                                 B. Davie
  11.                                                                 Bellcore
  12.                                                               S. Batsell
  13.                                                                      NRL
  14.                                                              August 1995
  15.  
  16.  
  17.   Integration of Real-time Services in an IP-ATM Network Architecture
  18.  
  19. Status of the Memo
  20.  
  21.    This memo provides information for the Internet community.  This memo
  22.    does not specify an Internet standard of any kind. Distribution of
  23.    this memo is unlimited.
  24.  
  25. Abstract
  26.  
  27.    The IETF is currently developing an integrated service model which is
  28.    designed to support real-time services on the Internet.
  29.    Concurrently, the ATM Forum is developing Asynchronous Transfer Mode
  30.    networking which similarly provides real-time networking support. The
  31.    use of ATM in the Internet as a link layer protocol is already
  32.    occurring, and both the IETF and the ATM Forum are producing
  33.    specifications for IP over ATM. The purpose of this paper is to
  34.    provide a clear statement of what issues need to be addressed in
  35.    interfacing the IP integrated services environment with an ATM
  36.    service environment so as to create a seamless interface between the
  37.    two in support of end users desiring real-time networking services.
  38.  
  39. Table of Contents
  40.  
  41.    1.0 Introduction                                                2
  42.    2.0 Problem Space Overview                                      3
  43.    2.1 Initial Assumptions                                         3
  44.    2.2 Topologies Under Consideration                              4
  45.    2.3 Providing QoS in IP over  ATM - a walk-though               5
  46.    3.0 Service Model Issues                                        6
  47.    3.1 Traffic Characterization                                    7
  48.    3.2 QoS Characterization                                        8
  49.    4.0 Resource Reservation Styles                                10
  50.    4.1 RSVP                                                       10
  51.    4.2 ST-II                                                      13
  52.    4.3 Mapping IP flows to ATM Connections                        15
  53.    5.0 End System Issues                                          16
  54.    6.0 Routing Issues                                             16
  55.  
  56.  
  57.  
  58. Borden, et al                Informational                      [Page 1]
  59.  
  60. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  61.  
  62.  
  63.    6.1 Multicast routing                                          17
  64.    6.2 QoS Routing                                                17
  65.    6.3 Mobile Routing                                             18
  66.    7.0 Security Issues                                            19
  67.    8.0 Future Directions                                          20
  68.    9.0 References                                                 22
  69.    10.0 Authors' Addresses                                        24
  70.  
  71. 1.0 Introduction
  72.  
  73.    The traditional network service on the Internet is best-effort
  74.    datagram transmission. In this service, packets from a source are
  75.    sent to a destination, with no guarantee of delivery. For those
  76.    applications that require a guarantee of delivery, the TCP protocol
  77.    will trade packet delay for correct reception by retransmitting those
  78.    packets that fail to reach the destination. For traditional
  79.    computer-communication applications such as FTP and Telnet in which
  80.    correct delivery is more important than timeliness, this service is
  81.    satisfactory. However, a new class of application which uses multiple
  82.    media (voice, video, and computer data) has begun to appear on the
  83.    Internet. Examples of this class of application are video
  84.    teleconferencing, video-on-demand, and distributed simulation. While
  85.    these applications can operate to some extent using best-effort
  86.    delivery, trading packet delay for correct reception is not an
  87.    acceptable trade-off. Operating in the traditional mode for these
  88.    applications results in reduced quality of the received information
  89.    and, potentially, inefficient use of bandwidth. To remedy this
  90.    problem the IETF is developing a real-time service environment in
  91.    which multiple classes of service are offered [6]. This environment
  92.    will greatly extend the existing best-effort service model to meet
  93.    the needs of multimedia applications with real-time constraints.
  94.  
  95.    At the same time that this effort is underway in the IETF,
  96.    Asynchronous Transfer Mode (ATM) is being developed, initially as a
  97.    replacement for the current telephone network protocols, but more
  98.    recently as a link-layer protocol for computer communications. As it
  99.    was developed from the beginning with telephone voice applications in
  100.    mind, a real-time service environment is an integral part of the
  101.    protocol. With the approval of UNI 3.1 by the ATM Forum, the ATM
  102.    standards now have several categories of service. Given the wide
  103.    acceptance of ATM by the long-line carriers, the use of ATM in the
  104.    Internet is, if not guaranteed, highly likely. The question now
  105.    becomes, how can we successfully interface between the real-time
  106.    services offered by ATM and the new,integrated service environment
  107.    soon to be available in the IP protocol suite. The current IP over
  108.    ATM standards assume no real-time IP protocols. It is the purpose of
  109.    this RFC to clearly delineate what the issues are in integrating
  110.    real-time services in an IP-over-ATM network [10,15,19,20,21].
  111.  
  112.  
  113.  
  114. Borden, et al                Informational                      [Page 2]
  115.  
  116. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  117.  
  118.  
  119.    In the IP-over-ATM environment, as in many others, multicast routing
  120.    adds an additional set of challenges. While the major focus of this
  121.    paper is quality of service (QoS) issues, it is unwise at best to
  122.    ignore multicast when considering these issues, especially since so
  123.    many of the applications that motivate the provision of real time QoS
  124.    also require efficient multicast support. We will therefore try to
  125.    keep considerations of multicast in the foreground in the following
  126.    discussion.
  127.  
  128.    One of the primary motivations for this document is a belief by the
  129.    authors that ATM should, if possible, be used as more than a leased
  130.    line replacement. That is to say, while it is possible for the
  131.    Internet to be overlaid on constant bit rate (CBR), permanent virtual
  132.    circuits (PVCs), thus reducing IP over ATM to a previously solved
  133.    problem, we believe that this is unlikely to be the most efficient
  134.    way to use ATM services as they are offered by carriers or as they
  135.    appear in LANs. For example, a carrier offering a CBR service must
  136.    assume that the peak bit rate can be used continuously with no
  137.    degradation in quality and so resources must be allocated to the
  138.    connection to provide that service, even if the peak rate is in fact
  139.    rarely used. This is likely to make a CBR service more expensive that
  140.    a variable bit rate service of the same peak capacity.  Another way
  141.    to view this is that the new IP service model will allow us to
  142.    associate information about the bandwidth requirements of
  143.    applications with individual flows; surely it is not wise to discard
  144.    this information when we request a service from an ATM subnet.
  145.  
  146.    While we believe that there is a range of capabilities in ATM
  147.    networks that can be effectively used by a real-time Internet, we do
  148.    not believe that just because ATM has a capability, the Internet must
  149.    use it. Thus, our goal in this RFC is to begin to explore how an
  150.    Internet with real time service capability might make most effective
  151.    use of ATM networks.  Since there are a number of problems to be
  152.    resolved to achieve this effective use, our major goal at this point
  153.    is to describe the scope of the problems that need to be addressed.
  154.  
  155. 2.0 Problem Space Overview
  156.  
  157.    In this section we aim to describe in high level terms the scope of
  158.    the problem that will be explored in more detail in later sections.
  159.  
  160. 2.1 Initial Assumptions
  161.  
  162.    We begin by assuming that an Integrated Services Internet, i.e., an
  163.    Internet with a range of qualities of service to support both real-
  164.    time and non-real-time applications, will eventually happen. A number
  165.    of working groups are trying to make this happen, notably
  166.  
  167.  
  168.  
  169.  
  170. Borden, et al                Informational                      [Page 3]
  171.  
  172. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  173.  
  174.  
  175.    * the Integrated Services group (int-serv), which is working to define
  176.      a new IP service model, including a set of services suited to a
  177.      range of real-time applications;
  178.  
  179.    * the Resource reservation Setup Protocol group (rsvp), which is
  180.      defining a resource reservation protocol [7] by which the
  181.      appropriate service for an application can be requested from the
  182.      network;
  183.  
  184.    * the Internet Streams Protocol V2 group (ST-II), which is updating
  185.      [27], a stream-oriented internet protocol that provides a range of
  186.      service qualities.
  187.  
  188.    In addition, the IETF IP over ATM working group and the ATM Forum
  189.    Multiprotocol over ATM group are working to define a model for
  190.    protocols to make use of the ATM layer.
  191.  
  192.    Since these groups have not yet generated standards, we will need to
  193.    do some amount of extrapolation to predict the problems that may
  194.    arise for IP over ATM. We also assume that the standards being
  195.    developed in the ATM Forum will largely determine the service model
  196.    for ATM. Again, some extrapolation may be needed. Given these
  197.    assumptions, this paper aims to explore ways in which a future
  198.    Integrated Services Internet might make effective use of ATM as it
  199.    seems likely to be deployed.
  200.  
  201. 2.2 Topologies Under Consideration
  202.  
  203.    Figure 1 shows a generic internetwork that includes ATM and non-ATM
  204.    subnetworks. This paper aims to outline the problems that must be
  205.    addressed to enable suitable quality of service to be provided end-
  206.    to-end across such a network. The problem space, therefore, includes
  207.  
  208.    * communication across an 'ATM-only' network between two hosts
  209.      directly connected to the ATM network;
  210.  
  211.    * communication between ATM-connected hosts which involves traversing
  212.      some non-ATM subnets;
  213.  
  214.    * communication between a host on a non-ATM subnet and a host directly
  215.      connected to ATM;
  216.  
  217.    * communication between two hosts, neither of which has a direct ATM
  218.      connection, but which may make use of one or more ATM networks for
  219.      some part of the path.
  220.  
  221.  
  222.  
  223.  
  224.  
  225.  
  226. Borden, et al                Informational                      [Page 4]
  227.  
  228. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  229.  
  230.  
  231.                      [H]
  232.                       |                           [H]
  233.               ________|________________________    |
  234.               |                                |   |
  235.       ________|__                        ______|___|____
  236.       |         |                        |             |
  237.       |  ATM   [R]                      [R]  ATM       |
  238.       |  Cloud  |                        |   Cloud     |___[H]
  239.       |         |     Non-ATM Internet   |             |
  240.       |         |                       [R]            |
  241.       |________[R]                       |_____________|
  242.        |      |                                |
  243.        |      |                                |
  244.       [H]     |________________________________|
  245.                                         |
  246.                                         |
  247.                                        [H]
  248.  
  249.    [H] = Host
  250.    [R] = Router
  251.                               Figure 1
  252.  
  253.    In the last case, the entities connected to the ATM network are IP
  254.    routers, and it is their job to manage the QoS provided by the ATM
  255.    network(s) in such a way that the desired end-to-end QoS is provided
  256.    to the hosts. While we wish to describe the problem space in a way
  257.    that covers all of these scenarios, the last is perhaps the most
  258.    general, so we will use it for most illustrative purposes. In
  259.    particular, we are explicitly not interested in ways of providing QoS
  260.    that are applicable only to a subset of these situations. We claim
  261.    that addressing these four situations is sufficiently general to
  262.    cover other situations such as those in which several ATM and non-ATM
  263.    networks are traversed.
  264.  
  265.    It is worth mentioning that the ATM networks in this case might be
  266.    local or wide area, private or public. In some cases, this
  267.    distinction may be significant, e.g., because there may be economic
  268.    implications to a particular approach to providing QoS.
  269.  
  270. 2.3 Providing QoS in IP over ATM - a walk-through
  271.  
  272.    To motivate the following discussion, this section walks through an
  273.    example of what might happen when an application with a certain set
  274.    of QoS needs starts up. For this example, we will use the fourth case
  275.    mentioned above, i.e., two hosts connected to non-ATM networks,
  276.    making use of an ATM backbone.
  277.  
  278.  
  279.  
  280.  
  281.  
  282. Borden, et al                Informational                      [Page 5]
  283.  
  284. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  285.  
  286.  
  287.    A generic discussion of this situation is made difficult by the fact
  288.    that the reservation of resources in the Internet may be sender or
  289.    receiver initiated, depending on the specifics of the setup protocol.
  290.    We will attempt to gloss over this distinction for now, although we
  291.    will return to it in Section 4. We will assume a unicast application
  292.    and that the traffic characteristics and the QoS requirements (such
  293.    as delay, loss, throughput) of the application are known to at least
  294.    one host.  That host launches a request for the desired QoS and a
  295.    description of the expected traffic into the network; at some point
  296.    this request hits a router at the edge of the ATM network. The router
  297.    must examine the request and decide if it can use an existing
  298.    connection over the ATM network to honor the request or whether it
  299.    must establish a new connection. In the latter case, it must use the
  300.    QoS and traffic characterizations to decide what sort of ATM
  301.    connection to open and to describe the desired service to the ATM
  302.    network. It must also decide where to open the connection to. Once
  303.    the connection is opened, the request is forwarded across the ATM
  304.    network to the exit router and then proceeds across the non-ATM part
  305.    of the network by the normal means.
  306.  
  307.    We can see from the above description that there are several sets of
  308.    issues to be discussed:
  309.  
  310.    * How does the IP service model, with certain service classes and
  311.      associated styles of traffic and QoS characterization, map onto
  312.      the ATM service model?
  313.  
  314.    * How does the IP reservation model (whatever it turns out to be) map
  315.      onto ATM signalling?
  316.  
  317.    * How does IP over ATM routing work when service quality is added to
  318.      the picture?
  319.  
  320.    These issues will be discussed in the following sections.
  321.  
  322. 3.0 Service Model Issues
  323.  
  324.    There are several significant differences between the ways in which
  325.    IP and ATM will provide QoS.  When IP commits to provide a certain
  326.    QoS to an application according to the Internet service model, it
  327.    must be able to request an appropriate QoS from the ATM network using
  328.    the ATM service model. Since these service models are by no means the
  329.    same, a potentially complex mapping must be performed for the IP
  330.    layer to meet its commitments.  The details of the differences
  331.    between ATM and IP and the problems presented by these differences
  332.    are described below.
  333.  
  334.  
  335.  
  336.  
  337.  
  338. Borden, et al                Informational                      [Page 6]
  339.  
  340. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  341.  
  342.  
  343.    We may think of a real-time service model as containing the following
  344.    components:
  345.  
  346.    * a way to characterize traffic (sometimes called the Tspec);
  347.  
  348.    * a way to characterize the desired quality of service (the Rspec).
  349.  
  350.    We label these components as traffic characterization and QoS
  351.    characterization.  Each of these components is discussed in turn in
  352.    the following sections.
  353.  
  354.    As well as these aspects of the service model, both ATM and IP will
  355.    have a number of mechanisms by which the model is implemented. The
  356.    mechanisms include admission control, policing, and packet
  357.    scheduling. A particularly important mechanism is the one by which
  358.    end-nodes communicate their QoS needs and traffic characteristics to
  359.    the network, and the network communicates admission control decisions
  360.    to the end-nodes. This is referred to as resource reservation or
  361.    signalling, and is the subject of Section 4. In fact, it seems to be
  362.    the only mechanism where significant issues of IP/ATM integration
  363.    arise. The details of admission control, policing and packet
  364.    scheduling are largely internal to a single network element and we do
  365.    not foresee significant problems caused by the integration of IP and
  366.    ATM. For example, while there may be plenty of challenges in
  367.    designing effective approaches to admission control for both IP and
  368.    ATM, it is not apparent that there are any special challenges for the
  369.    IP over ATM environment. As the walk-through of Section 2.3
  370.    described, a reservation request from a host would at some point
  371.    encounter the edge of the ATM cloud. At this point, either a new
  372.    connection needs to be set up across the ATM cloud, or the router can
  373.    decide to carry the requested traffic over an existing virtual
  374.    circuit. If the ATM cloud cannot create a new connection as
  375.    requested, this would presumably result in an admission control
  376.    failure which would cause the router to deny the reservation request.
  377.  
  378. 3.1 Traffic Characterization
  379.  
  380.    The traffic characterization provided by an application or user is
  381.    used by the network to make decisions about how to provide the
  382.    desired quality of service to this application and to assess the
  383.    effect the new flow will have on the service provided to existing
  384.    flows. Clearly this information feeds into the admission control
  385.    decision process.
  386.  
  387.    In the Internet community, it is assumed that traffic will in general
  388.    be bursty and that bursty traffic can be characterized by a `token
  389.    bucket'.  While ATM does not expect all traffic to be bursty (the
  390.    Continuous Bit Rate class being defined specifically for non-bursty
  391.  
  392.  
  393.  
  394. Borden, et al                Informational                      [Page 7]
  395.  
  396. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  397.  
  398.  
  399.    traffic), it uses an essentially equivalent formulation for the
  400.    characterization of traffic that is bursty, referred to as the
  401.    Generic Cell Rate Algorithm (GCRA). However, ATM in some classes also
  402.    requires specification of peak cell rate, whereas peak rates are not
  403.    currently included in the IP traffic characterizations. It may be
  404.    possible to use incoming interface speeds to determine an approximate
  405.    peak rate.
  406.  
  407.    One of the functions that must be performed in order to carry IP
  408.    traffic over an ATM network is therefore a mapping from the
  409.    characterization of the traffic as supplied to IP to a
  410.    characterization that is acceptable for ATM. While the similarity of
  411.    the two characterizations suggests that this is straightforward,
  412.    there is considerable flexibility in the mapping of parameters from
  413.    IP to ATM. As an extreme example, a router at the edge of an ATM
  414.    cloud that expects to receive bursts of IP packets on a non-ATM
  415.    interface, with the bursts described by some token bucket parameters,
  416.    could actually inject ATM cells at a constant rate into the ATM
  417.    network. This may be achieved without significant buffering if the
  418.    ATM link speed is faster than the point-to-point link speed;
  419.    alternatively, it could be achieved by buffering out the burstiness
  420.    of the arriving traffic. It seems more reasonable to map an IP flow
  421.    (or a group of flows) with variable bandwidth requirements onto an
  422.    ATM connection that accommodates variable bit rate traffic.
  423.    Determining how best to map the IP traffic to ATM connections in this
  424.    way is an area that warrants investigation.
  425.  
  426.    A potential complication to this process is the fact that the token
  427.    bucket parameters are specified at the edge of the IP network, but
  428.    that the specification of the GCRA parameters at the entry to an ATM
  429.    network will frequently happen at a router in the middle of an IP
  430.    network. Thus the actual burstiness that is encountered at the router
  431.    may differ from that described by the IP token bucket parameters, as
  432.    the burstiness changes as the traffic traverses a network. The
  433.    seriousness of this problem needs to be understood to permit
  434.    efficient resource utilization.
  435.  
  436. 3.2 QoS Characterization
  437.  
  438.    In addition to specifying the traffic that they will submit to the
  439.    network, applications must specify the QoS they require from the
  440.    network. Since the goal is to carry IP efficiently over ATM networks,
  441.    it is necessary to establish mechanisms by which QoS specifications
  442.    for IP traffic can be translated into QoS specifications that are
  443.    meaningful for an ATM network.
  444.  
  445.  
  446.  
  447.  
  448.  
  449.  
  450. Borden, et al                Informational                      [Page 8]
  451.  
  452. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  453.  
  454.  
  455.    The proposed method of QoS specification for the Internet is to
  456.    specify a `service class' and some set of parameters, depending on
  457.    the service class. The currently proposed service classes are
  458.  
  459.    *  guaranteed, which provides a mathematically guaranteed delay
  460.       bound [23];
  461.  
  462.    *  predictive delay, which provides a probabilistic delay bound
  463.       [24];and
  464.  
  465.    *  controlled delay, which merely tries to provide several levels of
  466.       delay which applications may choose between [25].
  467.  
  468.    These are in addition to the existing `best-effort' class. More IP
  469.    service classes are expected in the future. ATM has five service
  470.    classes:
  471.  
  472.    *  CBR (constant bit rate), which emulates a leased line, providing
  473.       very tightly constrained delay and designed for applications which
  474.       can use a fixed bandwidth pipe;
  475.  
  476.    *  VBR (variable bit rate)-real-time which attempts to constrain delay
  477.       for applications whose bandwidth requirements vary;
  478.  
  479.    *  VBR-non-real-time, intended for variable bandwidth applications
  480.       without tight delay constraints;
  481.  
  482.    *  UBR (unspecified bit rate) which most closely approximates the best
  483.       effort service of traditional IP;
  484.  
  485.    *  ABR (available bit rate) which uses a complex feedback mechanism
  486.       to control loss.
  487.  
  488.    Each class requires some associated parameters to be specified, e.g.,
  489.    CBR requires a peak rate. Observe that these classes are by no means
  490.    in direct correspondence with the IP classes. In some cases, ATM
  491.    classes require parameters which are not provided at the IP level,
  492.    such as loss rate, to be specified. It may be necessary to assume
  493.    reasonable default values in these cases.
  494.  
  495.    The major problem here is this: given traffic in a particular IP
  496.    service class with certain QoS parameters, how should it be sent
  497.    across an ATM network in such a way that it both meets its service
  498.    commitments and makes efficient use of the ATM network's resources?
  499.    For example, it would be possible to transport any class of IP
  500.    traffic over an ATM network using the constant bit rate (CBR) ATM
  501.    class, thus using the ATM network like a point-to-point link. This
  502.    would allow IP to meet its service commitments, but would be an
  503.  
  504.  
  505.  
  506. Borden, et al                Informational                      [Page 9]
  507.  
  508. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  509.  
  510.  
  511.    inefficient use of network resources in any case where the IP traffic
  512.    was at all bursty (which is likely to be most cases). A more
  513.    reasonable approach might be to map all IP traffic into a variable
  514.    bit rate (VBR) class; certainly this class has the flexibility to
  515.    accommodate bursty IP traffic more efficiently than CBR.
  516.  
  517.    At present, the IETF is not working on any service classes in which
  518.    loss rate is considered as part of the QoS specification. As long as
  519.    that is the case, the fact that ATM allows target loss rates to be
  520.    specified is essentially not an issue. However, we may certainly
  521.    expect that as the IP service model is further refined, service
  522.    classes that include specifications of loss may be defined. At this
  523.    point, it will be necessary to be able to map between loss rates at
  524.    the IP level and loss rates at the ATM level. It has already been
  525.    shown that relatively small loss rates in an ATM network can
  526.    translate to high loss rates in IP due to the fact that each lost
  527.    cell can cause the loss of an entire IP packet. Schemes to mitigate
  528.    this problem, which include the proposed approach to implementing the
  529.    ABR class, as well as other solutions [22], have been proposed. This
  530.    is clearly likely to be an important issue in the future.
  531.  
  532. 4.0 Resource Reservation Styles
  533.  
  534.    ATM uses a signalling protocol (Q.2931) both to establish virtual
  535.    connections and to allocate resources to those connections. It has
  536.    many of the characteristics of a 'conventional' signalling protocol,
  537.    such as being sender-driven and relying on hard-state in switches to
  538.    maintain connections. Some of the key characteristics are listed in
  539.    the table below. In the current standards, the QoS associated with a
  540.    connection at setup time cannot be changed subsequently (i.e., it is
  541.    static); in a unicast connection, resources are allocated in both
  542.    directions along the path, while in the multicast case, they are
  543.    allocated only from the sender to the receivers. In this case, all
  544.    senders receive the same QoS.
  545.  
  546.    Two protocols have been proposed for resource reservation in IP. The
  547.    first (chronologically) is ST-II, the other is RSVP. Each of these,
  548.    and its relationship to ATM, is discussed in the following sections.
  549.  
  550. 4.1 RSVP
  551.  
  552.    IP has traditionally provided connectionless service. To support
  553.    real-time services in a connectionless world, RSVP has been proposed
  554.    to enable network resources to be reserved for a connectionless data
  555.    stream. ATM, on the other hand, provides a connection-oriented
  556.    service, where resource reservations are made at connection setup
  557.    time, using a user-network interface (UNI) and a network-network
  558.    interface (NNI) signalling protocol.
  559.  
  560.  
  561.  
  562. Borden, et al                Informational                     [Page 10]
  563.  
  564. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  565.  
  566.  
  567.      -----------------------------------------------------------------
  568.      |   Category   |      RSVP            |       ATM (UNI 3.0)     |
  569.      -----------------------------------------------------------------
  570.      |              |                      |                         |
  571.      | Orientation  | Receiver-based       |       Sender-based      |
  572.      |              |                      |                         |
  573.       ----------------------------------------------------------------
  574.      |              |                      |                         |
  575.      |     State    |      Soft state      |       Hard state        |
  576.      |              |  (refresh/time-out)  |   (explicit delete)     |
  577.      -----------------------------------------------------------------
  578.      |              |                      |                         |
  579.      |QoS SetupTime |   Separate from      |    Concurrent with      |
  580.      |              | route establishment  |   route establishment   |
  581.      -----------------------------------------------------------------
  582.      |              |                      |                         |
  583.      |QoS Changes?  | Dynamic QoS          |       Static QoS        |
  584.      |              |                      |  (Fixed at setup time)  |
  585.      -----------------------------------------------------------------
  586.      |              |                      | Bidirectional allocation|
  587.      |Directionality|  Unidirectional      |  for unicast            |
  588.      |              |resource allocation   |Unidirectional allocation|
  589.      |              |                      |  for multicast          |
  590.      -----------------------------------------------------------------
  591.      |              |                      |                         |
  592.      |Heterogeneity |   Receiver           |    Uniform QoS to       |
  593.      |              |  heterogeneity       |    all receivers        |
  594.      -----------------------------------------------------------------
  595.  
  596.    The principles used in the design of RSVP differ from those of ATM in
  597.    the following respects:
  598.  
  599.    *  Resource reservations in IP hosts and routers are represented by
  600.       soft state, i.e., reservations are not permanent, but time out
  601.       after some period. Reservations must be refreshed to prevent
  602.       time-out, and may also be explicitly deleted. In ATM, resources are
  603.       reserved for the duration of a connection, which must be explicitly
  604.       and reliably deleted.
  605.  
  606.    *  The soft state approach of RSVP allows the QoS reserved for a flow
  607.       to be changed at any time, whereas ATM connections have a static
  608.       QoS that is fixed at setup time.
  609.  
  610.    *  RSVP is a simplex protocol, i.e., resources are reserved in one
  611.       direction only. In ATM, connections (and associated reservations)
  612.       are bi-directional in point-to-point calls and uni-directional in
  613.       point-to-multipoint calls.
  614.  
  615.  
  616.  
  617.  
  618. Borden, et al                Informational                     [Page 11]
  619.  
  620. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  621.  
  622.  
  623.    *  Resource reservation is receiver-initiated in RSVP. In ATM,
  624.       resources are reserved by the end system setting up the connection.
  625.       In point-to-multipoint calls, connection setup (and hence resource
  626.       reservation) must be done by the sender.
  627.  
  628.    *  RSVP has explicit support for sessions containing multiple senders,
  629.       namely the ability to select a subset of senders,  and to
  630.       dynamically switch between senders. No such support is provided
  631.       by ATM.
  632.  
  633.    *  RSVP has been designed independently of other architectural
  634.       components, in particular routing. Moreover, route setup and
  635.       resource reservation are done at different times.  In ATM, resource
  636.       reservation and route setup are done at the same time (connection
  637.       setup time).
  638.  
  639.    The differences between RSVP and ATM state establishment, as
  640.    described above, raise numerous problems. For example, since point-
  641.    to-point connections are bidirectional in ATM, and since reservations
  642.    can be made in both directions, receiver-initiated resource
  643.    reservations in RSVP can be simulated in ATM by having the receiver
  644.    set up the connection and reserve resources in the backward direction
  645.    only.  However, this is potentially wasteful of connection resources
  646.    since connections are only ever used to transfer data in one
  647.    direction even though communication between the two parties may be
  648.    bidirectional. One option is to use a `point-to-multipoint' ATM
  649.    connection with only one receiver. Of course, the fact that the RSVP
  650.    reservation request is made by the receiver(s) means that this
  651.    request must be somehow communicated to the sender on the ATM
  652.    network. This is somewhat analogous to the receiver-oriented join
  653.    operation of IP multicast and the problems of implementing it over
  654.    ATM, as discussed in Section 6. In general, the efficiency of any
  655.    proposed connection management scheme needs to be investigated in
  656.    both unicast and multicast contexts for a range of application
  657.    requirements, especially at a large scale.
  658.  
  659.    The use by RSVP of `soft state' as opposed to explicit connections
  660.    means that routers at the ATM network's edges need to manage the
  661.    opening and closing of ATM connections when RSVP reservations are
  662.    made and released (or time out).  The optimal scheme for connection
  663.    setup and tear-down will depend on the cost of setting up a
  664.    connection versus the cost of keeping the connection open for
  665.    possible future use by another stream, and is likely to be service
  666.    class-dependent. For example, connections may be left open for reuse
  667.    by best-effort traffic (subject to sufficient connections being
  668.    available), since no resources are explicitly reserved. On the other
  669.    hand, connections supporting the real-time service classes are likely
  670.    to be expensive to leave open since resources may be allocated even
  671.  
  672.  
  673.  
  674. Borden, et al                Informational                     [Page 12]
  675.  
  676. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  677.  
  678.  
  679.    when the connection is idle. Again, the cost incurred will depend on
  680.    the class. For example, the cost of an open, idle `guaranteed' QoS
  681.    connection is likely to be significantly more expensive than a
  682.    connection providing predictive or controlled delay service. Note
  683.    that connections can be reused for traffic of the same class with
  684.    compatible QoS requirements, and that it may sometimes be possible to
  685.    use a `higher quality' class to substitute for a lower quality one.
  686.  
  687.    Another characteristic of RSVP which presents problems for ATM is the
  688.    use of PATH messages to convey information to receivers before any
  689.    reservation is made. This works in IP because routing is performed
  690.    independently of reservation. Delivery of PATH messages across an ATM
  691.    network is therefore likely to require a mechanism for setting up
  692.    connections without reservations being made. The connection also
  693.    needs to be of sufficient quality to deliver PATH messages fairly
  694.    reliably; in some circumstances, a low quality best effort service
  695.    may be inadequate for this task. A related issue is the problem of
  696.    advertising services prior to reservations. The OPWA model (one pass
  697.    with advertising) requires network elements to advertise the QoS that
  698.    they are able to provide so that receivers can decide what level of
  699.    reservation to request. Since these advertisements may be made prior
  700.    to any resources having been reserved in the ATM network, it is not
  701.    clear how to make meaningful advertisements of the QoS that might be
  702.    provided across the ATM cloud.
  703.  
  704.    Finally, the multiparty model of communication is substantially
  705.    different in  RSVP and ATM. Emulating RSVP receiver-initiation using
  706.    ATM point-to-multipoint connections is likely to cause severe scaling
  707.    problems as the number of receivers becomes large. Also, some
  708.    functions of RSVP are not currently provided by ATM. For example,
  709.    there is no support for different receiver requirements and
  710.    capabilities-all receivers in a session receive the same QoS, which
  711.    is fixed at the time the first receiver is added to the multicast
  712.    tree. It is likely that ATM support for multi-party sessions will be
  713.    enhanced in later versions of the standards. It is necessary for such
  714.    support to evolve in a manner compatible with RSVP and IP multicast
  715.    routing protocols if large ATM clouds are to be deployed
  716.    successfully.
  717.  
  718. 4.2 ST-II
  719.  
  720.    ST-II [27] and ST2+ [12] (referred to generically as ST hereafter)
  721.    have data distribution and resource reservation schemes that are
  722.    similar to ATM in many respects.
  723.  
  724.    * ST is connection oriented using "hard state".  Senders set up
  725.      simplex data flows to all receivers closely matching point-to-
  726.      multipoint connections in ATM. Routing decisions are made when
  727.  
  728.  
  729.  
  730. Borden, et al                Informational                     [Page 13]
  731.  
  732. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  733.  
  734.  
  735.      the connection is made and are not changed unless there is a
  736.      failure in the path. Positive acknowledgment is required from all
  737.      receivers. ST2+ [12] adds a receiver-based JOIN mechanism that can
  738.      reduce the burden on senders to track all receivers.
  739.  
  740.    * ST reserves network resources at connection setup time. The ST
  741.      CONNECT message contains a flowspec indicating the resources to be
  742.      reserved for the stream. Agents along the path may change the
  743.      flowspec based on restrictions they may need to impose on the
  744.      stream. The final flowspec is returned to the sender in the ACCEPT
  745.      message from each receiver or target.
  746.  
  747.      -----------------------------------------------------------------
  748.      |   Category   |      RSVP            |       ATM (UNI 3.0)     |
  749.      -----------------------------------------------------------------
  750.      |              |                      |                         |
  751.      | Orientation  |   Sender-based       |       Sender-based      |
  752.      |              |                      |                         |
  753.       ----------------------------------------------------------------
  754.      |              |                      |                         |
  755.      |     State    |      Hard state      |       Hard state        |
  756.      |              | (explicit disconnect)|   (explicit delete)     |
  757.      -----------------------------------------------------------------
  758.      |              |                      |                         |
  759.      |QoS SetupTime |   Concurrent with    |    Concurrent with      |
  760.      |              |     stream setup     |   route establishment   |
  761.      -----------------------------------------------------------------
  762.      |              |                      |                         |
  763.      |QoS Changes?  | Dynamic QoS          |       Static QoS        |
  764.      |              |                      |  (Fixed at setup time)  |
  765.      -----------------------------------------------------------------
  766.      |              |                      | Bidirectional allocation|
  767.      |Directionality|  Unidirectional      |  for unicast            |
  768.      |              |resource allocation   |Unidirectional allocation|
  769.      |              |                      |  for multicast          |
  770.      -----------------------------------------------------------------
  771.      |              |                      |                         |
  772.      |Heterogeneity |   Receiver           |    Uniform QoS to       |
  773.      |              |  heterogeneity       |    all receivers        |
  774.      -----------------------------------------------------------------
  775.  
  776.    These similarities make mapping ST services to ATM simpler than RSVP
  777.    but the mapping is still not trivial.  The task of mapping the ST
  778.    flowspec into an ATM service class still has to be worked out.  There
  779.    may be policy issues related to opening a new VC for each stream
  780.    versus aggregating flows over an existing VC.
  781.  
  782.  
  783.  
  784.  
  785.  
  786. Borden, et al                Informational                     [Page 14]
  787.  
  788. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  789.  
  790.  
  791.    Additionally, ST has some differences with UNI 3.1 that can cause
  792.    problems when integrating the two protocols:
  793.  
  794.    *  In ST, changes to active stream reservations are allowed.  For
  795.       example, if the flowspec received from the target is not sufficient
  796.       for the stream, the sender can send a CHANGE message, requesting a
  797.       different QoS. UNI 3.1 does not allow changes to the QoS of a VC
  798.       after it is set up. Future ATM UNI specifications are contemplating
  799.       allowing changes to a VC after set up but this is still preliminary.
  800.       In the meantime, policies for over reservation or aggregation onto
  801.       a larger VC may be needed.
  802.  
  803.    * ST uses simplex streams that flow in only one direction.  This is
  804.      fine for UNI 3.1 point-to-multipoint connections since the data flow
  805.      is only in one direction.  When mapping a point-to-point ST
  806.      connection to a standard point-to-point ATM VC, the reverse flow
  807.      connection is wasted.
  808.  
  809.    This can be solved simply by using only point-to-multipoint VCs, even
  810.    if there is only one receiver.
  811.  
  812. 4.3 Mapping IP flows to ATM connections
  813.  
  814.    In general, there will be a great deal of flexibility in how one maps
  815.    flows at the IP level to connections at the ATM level. For example,
  816.    one could imagine setting up an ATM connection when a reservation
  817.    message arrives at the edge of an ATM cloud and then tearing it down
  818.    as soon as the reservation times out. However, to minimize latency or
  819.    perhaps for economic reasons, it may be preferable to keep the ATM
  820.    connection up for some period in case it is needed. Similarly, it may
  821.    be possible or desirable to map multiple IP flows to a single ATM
  822.    connection or vice versa.
  823.  
  824.    An interesting situation arises when a reservation request is
  825.    received for an existing route across the cloud but which, when added
  826.    to the existing reservations using that connection, would exceed the
  827.    capacity of that connection. Since the current  ATM standards do not
  828.    allow the QoS of a connection to be changed, there are two options:
  829.    tear down the old connection and create a new one with the new,
  830.    larger allocation of resources, or simply add a new connection to
  831.    accommodate the extra traffic. It is possible that the former would
  832.    lead to more efficient resource utilization. However, one would not
  833.    wish to tear down the first connection before the second was
  834.    admitted, and the second might fail admission control because of the
  835.    resources allocated to the first. The difficulties of this situation
  836.    seem to argue for evolution of ATM standards to support QoS
  837.    modification on an existing connection.
  838.  
  839.  
  840.  
  841.  
  842. Borden, et al                Informational                     [Page 15]
  843.  
  844. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  845.  
  846.  
  847. 5.0 End System Issues
  848.  
  849.    In developing an integrated IP-ATM environment the applications need
  850.    to be as oblivious as possible of the details of the environment: the
  851.    applications should not need to know about the network topology to
  852.    work properly. This can be facilitated first by a common application
  853.    programing interface (API) and secondly by common flow and filter
  854.    specifications [18].
  855.  
  856.    An example of a common API that is gaining momentum is the BSD
  857.    sockets interface. This is a UNIX standard and, with Winsock2, has
  858.    also become a PC standard. With the IETF integrated service
  859.    environment just beginning to appear in the commercial marketplace,
  860.    the ability to standardize on one common interface for both IP and
  861.    ATM applications is still possible and must be seriously and quickly
  862.    pursued to insure interoperability.
  863.  
  864.    Since the IP integrated service and ATM environments offer different
  865.    QoS service types, an application should specify sufficient
  866.    information in its flow specification so that regardless of the
  867.    topology of the network, the network can choose an acceptable QoS
  868.    type to meet the applicationUs needs. Making the application provide
  869.    sufficient information to quantify a QoS service and allowing the
  870.    network to choose the QoS service type is essential to freeing the
  871.    application from requiring a set network topology and allowing the
  872.    network to fully utilize the features of IP and ATM.
  873.  
  874. 6.0 Routing Issues
  875.  
  876.    There is a fundamental difference between the routing computations
  877.    for IP and ATM that can cause problems for real-time IP services.
  878.    ATM computes a route or path at connection setup time and leaves the
  879.    path in place until the connection is terminated or there is a
  880.    failure in the path.  An ATM cell only carries information
  881.    identifying the connection and no information about the actual source
  882.    and destination of the cell.  In order to forward cells, an ATM
  883.    device needs to consult a list of the established connections that
  884.    map to the next hop device, without checking the final destination.
  885.  
  886.    In contrast, routing decisions in IP are based on the destination
  887.    address contained in every packet. This means that an IP router, as
  888.    it receives each packet,  has to consult a table that contains the
  889.    routes to all possible destinations and the routing decision is made
  890.    based on the final destination of the packet.  This makes IP routing
  891.    very robust in the face of path changes and link failures at the
  892.    expense of the extra header information and the potentially larger
  893.    table lookup.  However, if an IP path has been selected for a given
  894.    QoS, changes in the route may mean a change in the QoS of the path.
  895.  
  896.  
  897.  
  898. Borden, et al                Informational                     [Page 16]
  899.  
  900. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  901.  
  902.  
  903. 6.1 Multicast routing
  904.  
  905.    Considerable research has gone into overlaying IP multicast models
  906.    onto ATM.  In the MARS (Multicast Address Resolution Server) model
  907.    [1], a server is designated for the Logical IP Subnet (LIS) to supply
  908.    the ATM addresses of the hosts in the IP multicast group, much like
  909.    the ATM ARP server [15].  When a host or router wishes to send to a
  910.    multicast group on the LIS, a query is made to the MARS and a list of
  911.    the ATM address of the hosts or routers in the group is returned. The
  912.    sending host can then set up point-to-point or point-to-multipoint
  913.    VCs to the other group members. When a host or a router joins an IP
  914.    multicast group, it notified the MARS. Each of the current senders to
  915.    the group is then notified of the new group member so that the new
  916.    member can be added to the point to multipoint VC's.
  917.  
  918.    As the number of LIS hosts and multicast groups grows, the number of
  919.    VCs needed for a one-to-one mapping of VCs to multicast groups can
  920.    get very large.  Aggregation of multicast groups onto the same VC may
  921.    be necessary to avoid VC explosion.  Aggregation  is further
  922.    complicated by the QoS that may be needed for particular senders in a
  923.    multicast group.  There may be a need to aggregate all the multicast
  924.    flows requiring a certain QoS to a set of VCs, and parallel VCs may
  925.    be necessary to add flows of the same QoS.
  926.  
  927. 6.2 QoS Routing
  928.  
  929.    Most unicast and multicast IP routing protocols compute the shortest
  930.    path to a destination based solely on a hop count or metric.  OSPF
  931.    [16] and MOSPF [17] allow computation based on different IP Type of
  932.    Service (TOS) levels as well as link metrics, but no current IP
  933.    routing protocols take into consideration the wide range of levels of
  934.    quality of service that are available in ATM or in the Integrated
  935.    Services models.  In many routing protocols, computing all the routes
  936.    for just the shortest path for a large network is computationally
  937.    expensive so repeating this process for multiple QoS levels might be
  938.    prohibitively expensive.
  939.  
  940.    In ATM, the Private Network-to-Network Interface (PNNI) protocol [13]
  941.    communicates QoS information along with routing information, and the
  942.    network nodes can utilize this information to establish paths for the
  943.    required QoS. Integrated PNNI (I-PNNI) [9] has been proposed as a way
  944.    to pass the QoS information available in ATM to other routing
  945.    protocols in an IP environment.
  946.  
  947.    Wang & Crowcroft [28] suggest that only bandwidth and delay metrics
  948.    are necessary for QoS routing and this would work well for computing
  949.    a route that required a particular QoS at some setup time, but this
  950.    goes against the connectionless Internet model. One possible solution
  951.  
  952.  
  953.  
  954. Borden, et al                Informational                     [Page 17]
  955.  
  956. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  957.  
  958.  
  959.    to the exhaustive computation of all possible routes with all
  960.    possible QoS values would be to compute routes for a common set of
  961.    QoS values and only then compute routes for uncommon QoS values as
  962.    needed, extracting a performance penalty only on the first packets of
  963.    a flow with an uncommon QoS.  Sparse multicast routing protocols that
  964.    compute a multicast path in advance or on the first packets from a
  965.    sender (such as CBT [5] and MOSPF [17]) could also use QoS routing
  966.    information to set up a delivery tree that will have adequate
  967.    resources.
  968.  
  969.    However, no multicast routing protocols allow the communication of
  970.    QoS information at tree setup time.  Obtaining a tree with suitable
  971.    QoS is intended to be handled by RSVP, usually after the distribution
  972.    tree has been set up, and may require recomputation of the
  973.    distribution tree to provide the requested QoS.One way to solve this
  974.    problem is to add some "hints" to the multicast routing protocols so
  975.    they can get an idea of the QoS that the multicast group will require
  976.    at group initiation time and set up a distribution tree to support
  977.    the desired QoS. The CBT protocol [5] has some TBD fields in its
  978.    control headers to support resource reservation. Such information
  979.    could also be added to a future IGMP [11] JOIN message that would
  980.    include information on the PIM Rendezvous Point (RP) or CBT Core.
  981.  
  982.    Another alternative is to recompute the multicast distribution tree
  983.    based on the RSVP messages but this has the danger of losing data
  984.    during the recomputation. However, this can leave a timing window
  985.    where other reservations can come along during the tree recomputation
  986.    and use the resources of the new path as well as the old path,
  987.    leaving the user with no path to support the QoS desired.
  988.  
  989.    If unicast routing is used to support multicast routing, we have the
  990.    same problem of only knowing a single path to a given destination
  991.    with no QoS information. If the path suggested by unicast routing
  992.    does not have the resources to support the QoS desired, there are few
  993.    choices available. Schemes that use an alternate route to "guess" at
  994.    a better path have been suggested and can work for certain topologies
  995.    but an underlying routing protocol that provides QoS information is
  996.    necessary for a complete solution.  As mentioned earlier, I-PNNI has
  997.    the potential to provide enough information to compute paths for the
  998.    requested QoS.
  999.  
  1000. 6.3 Mobile Routing
  1001.  
  1002.    In developing an integrated IP-ATM network, potential new growth
  1003.    areas need to be included in the planning stages. One such area is
  1004.    mobile networking. Under the heading of mobile networks are included
  1005.    satellite extensions of the ATM cloud, mobile hosts that can join an
  1006.    IP subnetwork at random, and a true mobile network in which all
  1007.  
  1008.  
  1009.  
  1010. Borden, et al                Informational                     [Page 18]
  1011.  
  1012. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  1013.  
  1014.  
  1015.    network components including routers and/or switches are mobile.
  1016.  
  1017.    The IP-ATM real-time service environment must be extended to include
  1018.    mobile networks so as to allow mobile users to access the same
  1019.    services as fixed network users. In doing so, a number of problems
  1020.    exist that need to be addressed. The principle problems are that
  1021.    mobile networks have constrained bandwidth compared to fiber and
  1022.    mobile links and are less stable than fixed fiber links. The impact
  1023.    of these limitations affect IP and ATM differently.  In introducing
  1024.    one or more constrained components into the ATM cloud,the effects on
  1025.    congestion control in the overall network are unknown. One can
  1026.    envision significant buffering problems when a disadvantaged user on
  1027.    a mobile link attempts to access information from a high speed data
  1028.    stream. Likewise, as ATM uses out of band signalling to set up the
  1029.    connection, the stability of the mobile links that may have
  1030.    significant fading or complete loss of connectivity could have a
  1031.    significant effect on ATM performance.
  1032.  
  1033.    For QoS, fading on a link will appear as a varying channel capacity.
  1034.    This will result in time-dependent fluctuations of available links to
  1035.    support a level of service. Current routing protocols are not
  1036.    designed to operate in a rapidly changing topology. QoS routing
  1037.    protocols that can operate in a rapidly changing topology are
  1038.    required and need to be developed.
  1039.  
  1040. 7.0 Security Issues
  1041.  
  1042.    In a quality of service environment where network resources are
  1043.    reserved, hence potentially depriving other users access to these
  1044.    resources for some time period, authentication of the requesting host
  1045.    is essential. This problem is greatly increased in a combined IP-ATM
  1046.    topology where the requesting host can access the network either
  1047.    through the IP or the ATM portion of the network. Differences in the
  1048.    security architectures between IP and ATM can lead to opportunities
  1049.    to reserve resources without proper authorization to do so.  A common
  1050.    security framework over the combined IP-ATM topology would be
  1051.    desirable. In lieu of this, the use of trusted edge devices
  1052.    requesting the QoS services are required as a near term solution.
  1053.  
  1054.    Significant progress in developing a common security framework for IP
  1055.    is underway in the IETF [2]. The use of authentication headers in
  1056.    conjunction with appropriate key management is currently being
  1057.    considered as a long range solution to providing QoS security [3,8].
  1058.    In developing this framework, the reality of ATM portions of the
  1059.    Internet should be taken into account. Of equal importance, the ATM
  1060.    Forum ad-hoc security group should take into account the current work
  1061.    on an IP security architecture to ensure compatibility.
  1062.  
  1063.  
  1064.  
  1065.  
  1066. Borden, et al                Informational                     [Page 19]
  1067.  
  1068. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  1069.  
  1070.  
  1071. 8.0 Future Directions
  1072.  
  1073.    Clearly, there are some challenging issues for real-time IP-ATM
  1074.    services and some areas are better understood than others. For
  1075.    example, mechanisms such as policing, admission control and packet or
  1076.    cell scheduling can be dealt with mostly independently within IP or
  1077.    ATM as appropriate.  Thus, while there may be hard problems to be
  1078.    solved in these areas that need to be addressed in either the IP or
  1079.    ATM communities, there are few serious problems that arise
  1080.    specifically in the IP over ATM environment. This is because IP does
  1081.    not particularly care what mechanisms a network element (such as an
  1082.    ATM network) uses to provide a certain QoS; what matters is whether
  1083.    the ATM service model is capable of offering services that can
  1084.    support the end-to-end IP service model. Most of the hard problems
  1085.    for IP over ATM therefore revolve around the service models for IP
  1086.    and ATM.  The one piece of mechanism that is important in an IP/ATM
  1087.    context is signalling or resource reservation, a topic we return to
  1088.    below.
  1089.  
  1090.    The following paragraphs enumerate some of the areas in which we
  1091.    believe significant work is needed. The work falls into three areas:
  1092.    extending the IP over ATM standards; extensions to the ATM service
  1093.    model; and extensions to the IP service model. In general, we expect
  1094.    that practical experience with providing IP QoS over ATM will suggest
  1095.    more enhancements to the service models.
  1096.  
  1097.    We need to define ways of mapping the QoS and traffic
  1098.    characterizations (Tspecs and Rspecs) of IP flows to suitable
  1099.    characterizations for ATM connections.  An agreement is needed so
  1100.    that some sort of uniform approach is taken. Whatever agreement is
  1101.    made for such mappings, it needs to be done so that when traversing
  1102.    several networks, the requested QoS is obtained end-to-end (when
  1103.    admission is possible). Practical experience should be gained with
  1104.    these mappings to establish that the ATM service classes can in fact
  1105.    provide suitable QoS to IP flows in a reasonably efficient way.
  1106.    Enhancement of the ATM service classes may be necessary, but
  1107.    experience is needed to determine what is appropriate.
  1108.  
  1109.    We need to determine how the resource reservation models of IP (RSVP
  1110.    and ST-II) interact with ATM signalling. Mechanisms for establishing
  1111.    appropriate connection state with suitable QoS in ATM networks that
  1112.    are part of a larger integrated services Internet need to be defined.
  1113.    It is possible that the current IP/ATM mechanisms such as ARP servers
  1114.    and MARS can be extended to help to manage this state.
  1115.  
  1116.    There is a need for better QoS routing.  While this functionality is
  1117.    needed even in the pure ATM or pure IP environment, there is also an
  1118.    eventual need for integrated QoS routing between ATM and IP.  Further
  1119.  
  1120.  
  1121.  
  1122. Borden, et al                Informational                     [Page 20]
  1123.  
  1124. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  1125.  
  1126.  
  1127.    research and practical experience is needed in the areas of QoS
  1128.    routing in IP in order to support more than the shortest best-effort
  1129.    path, especially when this path may traverse ATM networks.  In many
  1130.    IP networks, there are multiple paths between a given source and
  1131.    destination pair but current routing technologies only pay attention
  1132.    to the current shortest path. As resources on the shortest path are
  1133.    reserved, it will be necessary and viable to explore other paths in
  1134.    order to provide QoS to a flow.
  1135.  
  1136.    Enrichment of the ATM model to support dynamic QoS would greatly help
  1137.    the IP over ATM situation. At present, the QoS objectives for ATM are
  1138.    established at call set-up and then fixed for the duration of a call.
  1139.    It would be advantageous to have the ability to provide a dynamic QoS
  1140.    in ATM, so that an existing call could be modified to provide altered
  1141.    services.
  1142.  
  1143.    Another possible area of enhancement to the ATM service model is in
  1144.    the area of multicasting. The multicast QoS offered is equal for all
  1145.    receivers, and thus may be determined by the least favorable path
  1146.    through the tree or by the most demanding receiver. Furthermore,
  1147.    there is no current provision for multipoint to multipoint
  1148.    connections. This limitation may rule out some of the services
  1149.    envisioned in the IP service model.
  1150.  
  1151.    There are areas of potential enrichment of the IP model as well.
  1152.    While the receiver-based approach of RSVP has nice scaling properties
  1153.    and handles receiver heterogeneity well, it is not clear that it is
  1154.    ideal for all applications or for establishing state in ATM networks.
  1155.    It is possible that a sender-oriented mode for RSVP might ease the
  1156.    IP/ATM integration task.
  1157.  
  1158.    Since the widespread availability of QoS raises new security concerns
  1159.    (e.g., denial of service by excessive resource reservation), it seems
  1160.    prudent that the IP and ATM communities work closely to adopt
  1161.    compatible approaches to handling these issues.
  1162.  
  1163.    This list is almost certainly incomplete. As work progresses to
  1164.    define IP over ATM standards to support QoS and to implement
  1165.    integrated services internetworks that include ATM, more issues are
  1166.    likely to arise. However, we believe that this paper has described
  1167.    the major issues that need to be taken into consideration at this
  1168.    time by those who are defining the standards and building
  1169.    implementations.
  1170.  
  1171.  
  1172.  
  1173.  
  1174.  
  1175.  
  1176.  
  1177.  
  1178. Borden, et al                Informational                     [Page 21]
  1179.  
  1180. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  1181.  
  1182.  
  1183. 9.0 References
  1184.  
  1185.    1.  Armitage, G., "Support for Multicast over UNI 3.1 based ATM
  1186.        Networks", Work in Progress, Bellcore, February 1995.
  1187.  
  1188.    2.  Atkinson,  R., "Security Architecture for the Internet Protocol",
  1189.        RFC 1825, NRL, August 1995.
  1190.  
  1191.    3.  Atkinson, R., "IP Authentication Header", RFC 1826, NRL,
  1192.        August 1995.
  1193.  
  1194.    4.  Ballardie, A., and J. Crowcroft, "Multicast-Specific Security
  1195.        Threats and Counter-Measures", Proceedings of ISOC Symposium on
  1196.        Network and Distributed System Security, San Diego, Feb. 1995,
  1197.        pp. 2-16.
  1198.  
  1199.    5.  Ballardie, T., Jain, N., Reeve, S. "Core Based Trees (CBT)
  1200.        Multicast, Protocol Specification", Work In Progress, University
  1201.        College London, Bay Networks, June, 1995.
  1202.  
  1203.    6.  Braden, R., Clark, D., and S. Shenker, "Integrated Services in
  1204.        the Internet Architecture: an Overview", RFC 1633, ISI/MIT/Xerox
  1205.        PARC, July 1994.
  1206.  
  1207.    7.  Braden, R., Zhang, L., Estrin, Herzog, D., and S. Jamin,
  1208.        "Resource ReSerVation Protocol (RSVP) - Version 1 Functional
  1209.        Specification", Work in Progress, ISI/PARC/UCS, July 1995.
  1210.  
  1211.    8.  Braden, R., Clark, D., Crocker, S., and C. Huitema, "Report of IAB
  1212.        Workshop on Security in the Internet Architecture", RFC 1636, ISI,
  1213.        MIT, TIS, INRIA, June 1994.
  1214.  
  1215.    9.  Callon, R., and B. Salkewicz, An Outline for Integrated PNNI for
  1216.        IP Routing", ATM Forum/ 95-0649, Bay Networks, July 1995.
  1217.  
  1218.    10. Cole, R., Shur, D., and C. Villamizar, "IP over ATM: A Framework
  1219.        Document", Work in Progress, AT&T Bell Laboratories/ ANS, April
  1220.        1995.
  1221.  
  1222.    11. Deering, S., "Host Extensions for IP Multicasting", STD 5, RFC
  1223.        1112, Stanford University, August 1989.
  1224.  
  1225.    12. Delgrossi, L., and L. Berger, Editors, "Internet Stream Protocol
  1226.        Version 2 (ST-2) Protocol Specification - Version ST2+", RFC 1819,
  1227.        ST2 Working Group, August 1995.
  1228.  
  1229.    13. Dykeman, D., Ed., "PNNI Draft Specification", ATM Forum/94-0471R8,
  1230.        IBM Zurich Research Lab, May 1995.
  1231.  
  1232.  
  1233.  
  1234. Borden, et al                Informational                     [Page 22]
  1235.  
  1236. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  1237.  
  1238.  
  1239.    14. Goyal, P., Lam, S., and Vin, H., "Determining End-to-End Delay
  1240.        Bounds in Heterogeneous Networks," 5th International Workshop on
  1241.        Network and Operating System Support for Digital Audio and Video,
  1242.        April, 1995.(Available via URL http://www.cs.utexas.edu/users/dmcl)
  1243.  
  1244.    15. Laubach, M., "Classical IP and ARP over ATM", RFC 1577, HP,
  1245.        January 1994.
  1246.  
  1247.    16. Moy, J., "OSPF Version 2", RFC 1583, Proteon, March 1994.
  1248.  
  1249.    17. Moy, J., "Multicast Extensions to OSPF," RFC 1584, Proteon, March
  1250.        1994.
  1251.  
  1252.    18. Partridge, C., "A  Proposed Flow Specification", RFC 1363, BBN,
  1253.        September 1992.
  1254.  
  1255.    19. Perez, M., Liaw, F., Mankin, A., Hoffman, E., Grossman, D. and
  1256.        A. Malis, "ATM Signaling Support for IP over ATM", RFC 1755,
  1257.        ISI, Fore, Motorola Codex, Ascom Timeplex, February 1995.
  1258.  
  1259.    20. Perkins, D., and Liaw, Fong-Ching, "Beyond Classical IP-Integrated
  1260.        IP and ATM Architecture Overview", ATM Forum/94-0935, Fore Systems,
  1261.        September 1994.
  1262.  
  1263.    21. Perkins, D. and Liaw, Fong-Ching, "Beyond Classical IP-Integrated
  1264.        IP and ATM Protocol Specifications", ATM Forum/94-0936, Fore
  1265.        Systems, September 1994.
  1266.  
  1267.    22. Romanow, A., and S. Floyd, "The Dynamics of TCP Traffic over ATM
  1268.        Networks", Proceedings of ACM SIGCOMM U94, London, August 1994,
  1269.        pp.79-88.
  1270.  
  1271.    23. Shenker, S., and C. Partridge. "Specification of Guaranteed Quality
  1272.        of Service", Work in Progress, Xerox/BBN, July 1995.
  1273.  
  1274.    24. Shenker, S., and C. Partridge. "Specification of Predictive Quality
  1275.        of Service", Work in Progress, Xerox/BBN, March 1995.
  1276.  
  1277.    25. Shenker, S., C. Partridge and J. Wroclawski. "Specification of
  1278.        Controlled Delay Quality of Service", Work in Progress,
  1279.        Xerox/BBN/MIT, June 1995.
  1280.  
  1281.    26. Schulzrinne, H., Casner, S., Frederick, R., and V. Jacobson, "RTP:
  1282.        A Transport Protocol for Real-time Applications", Work in Progress,
  1283.        GMD/ISI/Xerox/LBL, March 1995.
  1284.  
  1285.    27. Topolcic, C., "Experimental Internet Stream Protocol, Version 2
  1286.        (ST-II)", RFC 1190, BBN, October 1990.
  1287.  
  1288.  
  1289.  
  1290. Borden, et al                Informational                     [Page 23]
  1291.  
  1292. RFC 1821          Real-time Service in IP-ATM Networks       August 1995
  1293.  
  1294.  
  1295.    28. Wang, Z., and J. Crowcroft, "QoS Routing for Supporting Resource
  1296.        Reservation", University College of London white paper, 1995.
  1297.  
  1298. 10. Authors' Addresses
  1299.  
  1300.    Eric S. Crawley
  1301.    Marty Borden
  1302.    Bay Networks
  1303.    3 Federal Street
  1304.    Billerica, Ma 01821
  1305.    508-670-8888
  1306.    esc@baynetworks.com
  1307.    mborden@baynetworks.com
  1308.  
  1309.  
  1310.    Bruce S. Davie
  1311.    Bellcore
  1312.    445 South Street
  1313.    Morristown, New Jersey 07960-6438
  1314.    201-829-4838
  1315.    bsd@bellcore.com
  1316.  
  1317.  
  1318.    Stephen G. Batsell
  1319.    Naval Research Laboratory
  1320.    Code 5521
  1321.    Washington, DC 20375-5337
  1322.    202-767-3834
  1323.    sgb@saturn.nrl.navy.mil
  1324.  
  1325.  
  1326.  
  1327.  
  1328.  
  1329.  
  1330.  
  1331.  
  1332.  
  1333.  
  1334.  
  1335.  
  1336.  
  1337.  
  1338.  
  1339.  
  1340.  
  1341.  
  1342.  
  1343.  
  1344.  
  1345.  
  1346. Borden, et al                Informational                     [Page 24]
  1347.  
  1348.