home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Unix System Administration Handbook 1997 October / usah_oct97.iso / rfc / 1900s / rfc1937.txt < prev    next >
Text File  |  1996-05-02  |  18KB  |  452 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7. Network Working Group                                         Y. Rekhter
  8. Request for Comments: 1937                                 Cisco Systems
  9. Category: Informational                                       D. Kandlur
  10.                                   T.J. Watson Research Center, IBM Corp.
  11.                                                                 May 1996
  12.  
  13.  
  14.   "Local/Remote" Forwarding Decision in Switched Data Link Subnetworks
  15.  
  16. Status of this Memo
  17.  
  18.    This memo provides information for the Internet community.  This memo
  19.    does not specify an Internet standard of any kind.  Distribution of
  20.    this memo is unlimited.
  21.  
  22. Abstract
  23.  
  24.    The IP architecture assumes that each Data Link subnetwork is labeled
  25.    with a single IP subnet number. A pair of hosts with the same subnet
  26.    number communicate directly  (with no routers); a pair of hosts with
  27.    different subnet numbers always communicate through one or more
  28.    routers. As indicated in RFC1620, these assumptions may be too
  29.    restrictive for large data networks, and specifically for networks
  30.    based on switched virtual circuit (SVC) based technologies (e.g. ATM,
  31.    Frame Relay, X.25), as these assumptions impose constraints on
  32.    communication among hosts and routers through a network.  The
  33.    restrictions may preclude full utilization of the capabilities
  34.    provided by the underlying SVC-based Data Link subnetwork.  This
  35.    document describes extensions to the IP architecture that relaxes
  36.    these constraints, thus enabling the full utilization of the services
  37.    provided by SVC-based Data Link subnetworks.
  38.  
  39. 1.  Background
  40.  
  41.    The following briefly recaptures the concept of the IP Subnet.  The
  42.    topology is assumed to be composed of hosts and routers
  43.    interconnected via links (Data Link subnetworks).  An IP address of a
  44.    host with an interface attached to a particular link is a tuple
  45.    <prefix length, address prefix, host number>, where host number is
  46.    unique within the subnet address prefix.  When a host needs to send
  47.    an IP packet to a destination, the host needs to determine whether
  48.    the destination address identifies an interface that is connected to
  49.    one of the links the host is attached to, or not.  This referred to
  50.    as the "local/remote" decision. The outcome of the "local/remote"
  51.    decision is based on (a) the destination address, and (b) the address
  52.    and the prefix length associated with the the local interfaces.  If
  53.    the outcome is "local", then the host resolves the IP address to a
  54.    Link Layer address (e.g. by using ARP), and then sends the packet
  55.  
  56.  
  57.  
  58. Rekhter & Kandlur            Informational                      [Page 1]
  59.  
  60. RFC 1937        Forwarding in Switched Data Link Subnets        May 1996
  61.  
  62.  
  63.    directly to that destination (using the Link layer services).  If the
  64.    outcome is "remote", then the host uses one of its first-hop routers
  65.    (thus relying on the services provided by IP routing).
  66.  
  67.    To summarize, two of the important attributes of the IP subnet model
  68.    are:
  69.  
  70.       hosts with a common subnet address prefix are assumed to be
  71.       attached to a common link (subnetwork), and thus communicate with
  72.       each other directly, without any routers - "local";
  73.  
  74.       hosts with different subnet address prefixes are assumed to be
  75.       attached to different links (subnetworks), and thus communicate
  76.       with each other only through routers - "remote".
  77.  
  78.    A typical example of applying the IP subnet architecture to an SVC-
  79.    based Data Link subnetwork is "Classical IP and ARP over ATM"
  80.    (RFC1577).  RFC1577 provides support for ATM deployment that follows
  81.    the traditional IP subnet model and introduces the notion of a
  82.    Logical IP Subnetwork (LIS).  The consequence of this model is that a
  83.    host is required to setup an ATM SVC to any host within its LIS; for
  84.    destinations outside its LIS the host must forward packets through a
  85.    router.  It is important to stress that this "local/remote" decision
  86.    is based solely on the information carried by the destination address
  87.    and the address and prefix lengths associated with the local
  88.    interfaces.
  89.  
  90. 2.  Motivations
  91.  
  92.    The diversity of TCP/IP applications results in a wide range of
  93.    traffic characteristics.  Some applications last for a very short
  94.    time and generate only a small number of packets between a pair of
  95.    communicating hosts (e.g. ping, DNS). Other applications have a short
  96.    lifetime, but generate a relatively large volume of packets (e.g.
  97.    FTP). There are also applications that have a relatively long
  98.    lifetime, but generate relatively few packets (e.g.  Telnet).
  99.    Finally, we anticipate the emergence of applications that have a
  100.    relatively long lifetime and generate a large volume of packets (e.g.
  101.    video-conferencing).
  102.  
  103.    SVC-based Data Link subnetworks offer certain unique capabilities
  104.    that are not present in other (non-SVC) subnetworks (e.g. Ethernet,
  105.    Token Ring).  The ability to dynamically establish and tear-down SVCs
  106.    between communicating entities attached to an SVC-based Data Link
  107.    subnetwork enables the dynamic dedication and redistribution of
  108.    certain communication resources (e.g. bandwidth) among the entities.
  109.    This dedication and redistribution of resources could be accomplished
  110.    by relying solely on the mechanism(s) provided by the Data Link
  111.  
  112.  
  113.  
  114. Rekhter & Kandlur            Informational                      [Page 2]
  115.  
  116. RFC 1937        Forwarding in Switched Data Link Subnets        May 1996
  117.  
  118.  
  119.    layer.
  120.  
  121.    The unique capabilities provided by SVC-based Data Link subnetworks
  122.    do not come "for free".  The mechanisms that provide dedication and
  123.    redistribution of resources have certain overhead (e.g. the time
  124.    needed to establish an SVC, resources associated with maintaining a
  125.    state for an SVC). There may also be a monetary cost associated with
  126.    establishing and maintaining an SVC. Therefore, it is very important
  127.    to be cognizant of such an overhead and to carefully balance the
  128.    benefits provided by the mechanisms against the overhead introduced
  129.    by such mechanisms.
  130.  
  131.    One of the key issues for using SVC-based Data Link subnetworks in
  132.    the TCP/IP environment is the issue of switched virtual circuit (SVC)
  133.    management.  This includes SVC establishment and tear-down, class of
  134.    service specification, and SVC sharing.  At one end of the spectrum
  135.    one could require SVC establishment between communicating entities
  136.    (on a common Data Link subnetwork) for any application. At the other
  137.    end of the spectrum, one could require communicating entities to
  138.    always go through a router, regardless of the application.  Given the
  139.    diversity of TCP/IP applications, either extreme is likely to yield a
  140.    suboptimal solution with respect to the ability to efficiently
  141.    exploit capabilities provided by the underlying Data Link layer.
  142.  
  143.    The traditional IP subnet model is too restrictive for flexible and
  144.    adaptive use of SVC-based Data Link subnetworks - the use of a
  145.    subnetwork is driven by information completely unrelated to the
  146.    characteristics of individual applications.  To illustrate the
  147.    problem consider "Classical IP and ARP over ATM" (RFC1577).  RFC1577
  148.    provides support for ATM deployment that follows the traditional IP
  149.    subnet model, and introduces the notion of a Logical IP Subnetwork
  150.    (LIS).  The consequence of this model is that a host is required to
  151.    setup an SVC to any host within its LIS, and it must forward packets
  152.    to destinations outside its LIS through a router.  This
  153.    "local/remote" forwarding decision, and consequently the SVC
  154.    management, is based solely on the information carried in the source
  155.    and destination addresses and the subnet mask associated with the
  156.    source address and has no relation to the nature of the applications
  157.    that generated these packets.
  158.  
  159. 3.  QoS/Traffic Driven "Local/Remote" Decision
  160.  
  161.    Consider a host attached to an SVC-based Data Link subnetwork, and
  162.    assume that the "local/remote" decision the host could make is not
  163.    constrained by the IP subnet model. When such a host needs to send a
  164.    packet to a destination, the host might consider any of the following
  165.    options:
  166.  
  167.  
  168.  
  169.  
  170. Rekhter & Kandlur            Informational                      [Page 3]
  171.  
  172. RFC 1937        Forwarding in Switched Data Link Subnets        May 1996
  173.  
  174.  
  175.       Use a best-effort SVC to the first hop router.
  176.  
  177.       Use an SVC to the first hop router dedicated to a particular type
  178.       of service (ie: predictive real time).
  179.  
  180.       Use a dedicated SVC to the first hop router.
  181.  
  182.       Use a best-effort SVC to a router closer to the destination than
  183.       the first hop router.
  184.  
  185.       Use an SVC to a router closer to the destination than the first
  186.       hop router dedicated to a particular type of service.
  187.  
  188.       Use a dedicated SVC to a router closer to the destination than the
  189.       first hop router.
  190.  
  191.       Use a best-effort SVC directly to the destination (if the
  192.       destination is on the same Data Link subnetwork as the host).
  193.  
  194.       Use an SVC directly to the destination dedicated to a particular
  195.       type of service (if the destination is on the same Data Link
  196.       subnetwork as the host).
  197.  
  198.       Use a dedicated SVC directly to the destination (if the
  199.       destination is on the same Data Link subnetwork as the host).
  200.  
  201.    In the above we observe that the forwarding decision at the host is
  202.    more flexible than the "local/remote" decision of the IP subnet
  203.    model. We also observe that the host's forwarding decision may take
  204.    into account QoS and/or traffic requirements of the applications
  205.    and/or cost factors associated with establishing and maintaining a
  206.    VC, and thus improve the overall SVC management. Therefore, removing
  207.    constraints imposed by the IP subnet model is an important step
  208.    towards better SVC management.
  209.  
  210. 3.1 Extending the scope of possible "local" outcomes
  211.  
  212.    A source may have an SVC (either dedicated or shared) to a
  213.    destination if both the source and the destination are on a common
  214.    Data Link subnetwork. The ability to create and use the SVC (either
  215.    dedicated or shared) is completely decoupled from the source and
  216.    destination IP addresses, but is instead coupled to the QoS and/or
  217.    traffic characteristics of the application. In other words, the
  218.    ability to establish a direct VC (either dedicated or shared) between
  219.    a pair of hosts on a common Data Link subnetwork has nothing to do
  220.    with the IP addresses of the hosts. In contrast with the IP subnet
  221.    model (or the LIS mode), the "local" outcome becomes divorced from
  222.    the addressing information.
  223.  
  224.  
  225.  
  226. Rekhter & Kandlur            Informational                      [Page 4]
  227.  
  228. RFC 1937        Forwarding in Switched Data Link Subnets        May 1996
  229.  
  230.  
  231. 3.2 Allowing the "remote" outcome where applicable
  232.  
  233.    A source may go through one or more routers to reach a destination if
  234.    either (a) the destination is not on the same Data Link subnetwork as
  235.    the source, or (b) the destination is on the same Data Link
  236.    subnetwork as the source, but the QoS and/or traffic requirements of
  237.    the application on the source do not justify a direct (either
  238.    dedicated or shared) VC.
  239.  
  240.    When the destination is not on the same Data Link subnetwork as the
  241.    source, the source may select between either (a) using its first-hop
  242.    (default) router, or (b) establishing a "shortcut" to a router closer
  243.    to the destination than the first-hop router.  The source should be
  244.    able to select between these two choices irrespective of the source
  245.    and destination IP addresses.
  246.  
  247.    When the destination is on the same Data Link subnetwork as the
  248.    source, but the QoS and/or traffic requirements do not justify a
  249.    direct VC, the source should be able to go through a router
  250.    irrespective of the source and destination IP addresses.
  251.  
  252.    In contrast with the IP subnet model (or the LIS model) the "remote"
  253.    outcome, and its particular option (first-hop router versus router
  254.    closer to the destination than the first-hop router), becomes
  255.    decoupled from the addressing information.
  256.  
  257. 3.3 Sufficient conditions for direct connectivity
  258.  
  259.    The ability of a host to establish an SVC to a peer  on a common
  260.    switched Data Link subnetwork is predicated on its knowledge  of the
  261.    Link Layer address of the peer or an intermediate point closer to the
  262.    destination.  This document assumes the existence of mechanism(s)
  263.    that can provide the host with this information. Some of the possible
  264.    alternatives are NHRP, ARP, or static configuration; other
  265.    alternatives are not precluded.  The ability to acquire the Link
  266.    Layer address of the peer should not be viewed as an indication that
  267.    the host and the peer can establish an SVC - the two may be on
  268.    different Data Link subnetworks, or may be on a common Data Link
  269.    subnetwork that is partitioned.
  270.  
  271. 3.4 Some of the implications
  272.  
  273.    Since the "local/remote" decision would depend on factors other than
  274.    the addresses of the source and the destination, a pair of hosts may
  275.    simultaneously be using two different means to reach each other,
  276.    forwarding traffic for applications with different QoS/and or traffic
  277.    characteristics differently.
  278.  
  279.  
  280.  
  281.  
  282. Rekhter & Kandlur            Informational                      [Page 5]
  283.  
  284. RFC 1937        Forwarding in Switched Data Link Subnets        May 1996
  285.  
  286.  
  287. 3.5 Address assignment
  288.  
  289.    It is expected that if the total number of hosts and routers on a
  290.    common SVC-based Data Link subnetwork is sufficiently large, then the
  291.    hosts and routers could be partitioned into groups, called Local
  292.    Addressing Groups (LAGs). Each LAG would have hosts and routers. The
  293.    routers within a LAG would act as the first-hop routers for the hosts
  294.    in the LAG. If the total number of hosts and routers is not large,
  295.    then all these hosts and routers could form a single LAG. Criteria
  296.    for determining LAG sizes are outside the scope of this document.
  297.  
  298.    To provide scalable routing each LAG should be given an IP address
  299.    prefix, and elements within the LAG should be assigned addresses out
  300.    of this prefix. The routers in a LAG would then advertise (via
  301.    appropriate routing protocols) routes to the prefix associated with
  302.    the LAG. These routes would be advertised as "directly reachable"
  303.    (with metric 0). Thus, routers within a LAG would act as the last-hop
  304.    routers for the hosts within the LAG.
  305.  
  306. 4. Conclusions
  307.  
  308.    Different approaches to SVC-based Data Link subnetworks used by
  309.    TCP/IP yield substantially different results with respect to the
  310.    ability of TCP/IP applications to efficiently exploit the
  311.    functionality provided by such subnetworks.  For example, in the case
  312.    of ATM both LAN Emulation [LANE] and "classical" IP over ATM
  313.    [RFC1577] localize host changes below the IP layer, and therefore may
  314.    be good first steps in the ATM deployment.  However, these approaches
  315.    alone are likely to be inadequate for the full utilization of ATM.
  316.  
  317.    It appears that any model that does not allow SVC management based on
  318.    QoS and/or traffic requirements will preempt the full use of SVC-
  319.    based Data Link subnetworks.  Enabling more direct connectivity for
  320.    applications that could benefit from the functionality provided by
  321.    SVC-based Data Link subnetworks, while relying on strict hop by hop
  322.    paths for other applications, could facilitate exploration of the
  323.    capabilities provided by these subnetworks.
  324.  
  325.    While this document does not define any specific coupling between
  326.    various QoS, traffic characteristics and other parameters, and SVC
  327.    management, it is important to stress that efforts towards
  328.    standardization of various QoS, traffic characteristics, and other
  329.    parameters than an application could use (through an appropriate API)
  330.    to influence SVC management are essential for flexible and adaptive
  331.    use of SVC-based Data Link subnetworks.
  332.  
  333.  
  334.  
  335.  
  336.  
  337.  
  338. Rekhter & Kandlur            Informational                      [Page 6]
  339.  
  340. RFC 1937        Forwarding in Switched Data Link Subnets        May 1996
  341.  
  342.  
  343.    The proposed model utilizes the SVC-based infrastructure for the
  344.    applications that could benefit from the capabilities supported
  345.    within such an infrastructure, and takes advantage of a router-based
  346.    overlay for all other applications.  As such it provides a balanced
  347.    mix of router-based and switch-based infrastructures, where the
  348.    balance could be determined by the applications requirements.
  349.  
  350. 5. Security Considerations
  351.  
  352.    Security issues are not discussed in this memo.
  353.  
  354. 6. Acknowledgements
  355.  
  356.    The authors would like to thank Joel Halpern (NewBridge), Allison
  357.    Mankin (ISI), Tony Li (cisco Systems), Andrew Smith (BayNetworks),
  358.    and Curtis Villamizar (ANS) for their review and comments.
  359.  
  360. References
  361.  
  362.    [LANE] "LAN Emulation over ATM specification - version 1", ATM Forum,
  363.    Feb.95.
  364.  
  365.    [Postel 81] Postel, J., Sunshine, C., Cohen, D., "The ARPA Internet
  366.    Protocol", Computer Networks, 5, pp. 261-271, 1983.
  367.  
  368.    [RFC792]  Postel, J., "Internet Control Message Protocol- DARPA
  369.    Internet Program Protocol Specification", STD 5, RFC 792, ISI,
  370.    September 1981.
  371.  
  372.    [RFC1122]  Braden, R., Editor, "Requirements for Internet Hosts -
  373.    Communication Layers", STD 3, RFC 1122, USC/ISI, October 1989.
  374.  
  375.    [RFC1577] Laubach, M., "Classical IP and ARP over ATM", January 1994.
  376.  
  377.    [RFC1620] Braden, R., Postel, J., Rekhter, Y., "Internet Architecture
  378.    Extensions for Shared Media", May 1994.
  379.  
  380.    [RFC1755] Perez, M., Liaw, F., Grossman, D., Mankin, A., Hoffman, E.,
  381.    Malis, A., "ATM Signalling Support for IP over ATM", January 1995.
  382.  
  383.  
  384.  
  385.  
  386.  
  387.  
  388.  
  389.  
  390.  
  391.  
  392.  
  393.  
  394. Rekhter & Kandlur            Informational                      [Page 7]
  395.  
  396. RFC 1937        Forwarding in Switched Data Link Subnets        May 1996
  397.  
  398.  
  399. 14.  Authors' Addresses
  400.  
  401.    Yakov Rekhter
  402.    Cisco Systems
  403.    170 West Tasman Drive,
  404.    San Jose, CA 95134-1706
  405.  
  406.    Phone:  (914) 528-0090
  407.    EMail:  yakov@cisco.com
  408.  
  409.  
  410.    Dilip Kandlur
  411.    T.J. Watson Research Center IBM Corporation
  412.    P.O. Box 704
  413.    Yorktown Heights, NY 10598
  414.  
  415.    Phone:  (914) 784-7722
  416.    EMail:  kandlur@watson.ibm.com
  417.  
  418.  
  419.  
  420.  
  421.  
  422.  
  423.  
  424.  
  425.  
  426.  
  427.  
  428.  
  429.  
  430.  
  431.  
  432.  
  433.  
  434.  
  435.  
  436.  
  437.  
  438.  
  439.  
  440.  
  441.  
  442.  
  443.  
  444.  
  445.  
  446.  
  447.  
  448.  
  449.  
  450. Rekhter & Kandlur            Informational                      [Page 8]
  451.  
  452.