home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Handbook of Infosec Terms 2.0 / Handbook_of_Infosec_Terms_Version_2.0_ISSO.iso / text / rfcs / rfc1301.txt < prev    next >
Text File  |  1996-05-07  |  94KB  |  880 lines

  1.   
  2.  
  3.   
  4.  
  5.   
  6.  
  7. Network Working Group                                       S. Armstrong Request for Comments: 1301                                         Xerox                                                                A. Freier                                                                    Apple                                                              K. Marzullo                                                                  Cornell                                                            February 1992  
  8.  
  9.                        Multicast Transport Protocol  
  10.  
  11. Status of this Memo  
  12.  
  13.    This memo provides information for the Internet community.  It does    not specify an Internet standard.  Distribution of this memo is    unlimited.  
  14.  
  15. Summary  
  16.  
  17.    This memo describes a protocol for reliable transport that utilizes    the multicast capability of applicable lower layer networking    architectures.  The transport definition permits an arbitrary number    of transport providers to perform realtime collaborations without    requiring networking clients (aka, applications) to possess detailed    knowledge of the population or geographical dispersion of the    participating members.  It is not network architectural specific, but    does implicitly require some form of multicasting (or broadcasting)    at the data link level, as well as some means of communicating that    capability up through the layers to the transport.  
  18.  
  19.    Keywords: reliable transport, multicast, broadcast, collaboration,    networking.  
  20.  
  21. Table of Contents  
  22.  
  23.            1. Introduction                                     2            2. Protocol description                             3            2.1 Definition of terms                             3            2.2 Packet format                                   6            2.2.1. Protocol version                             7            2.2.2. Packet type and modifier                     7            2.2.3. Subchannel                                   9            2.2.4. Source connection identifier                 9            2.2.5. Destination connection identifier           10            2.2.6. Message acceptance                          10            2.2.7. Heartbeat                                   12            2.2.8. Window                                      12            2.2.9. Retention                                   12  
  24.  
  25.   
  26.  
  27. Armstrong, Freier & Marzullo                                    [Page 1]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  28.  
  29.             2.3 Transport addresses                            12            2.3.1. Unknown transport address                   12            2.3.2. Web's multicast address                     13            2.3.3. Member addresses                            13            3. Protocol behavior                               13            3.1. Establishing a transport                      13            3.1.1. Join request                                14            3.1.2. Join confirm/deny                           16            3.2 Maintaining data consistency                   17            3.2.1. Transmit tokens                             17            3.2.2. Data transmission                           20            3.2.3. Empty packets                               23            3.2.4. Missed data                                 26            3.2.5. Retrying operations                         26            3.2.6. Retransmission                              27            3.2.7. Duplicate suppression                       29            3.2.8. Banishment                                  29            3.3 Terminating the transport                      29            3.3.1. Voluntary quits                             30            3.3.2. Master quit                                 30            3.3.3. Banishment                                  30            3.4 Transport parameters                           30            3.4.1. Quality of service                          30            3.4.2. Selecting parameter values                  31            3.4.3. Caching member information                  33            A. Appendix: MTP as an Internet Protocol transport 34            A.1 Internet Protocol multicast addressing         34            A.2 Encapsulation                                  35            A.3 Fields of the bridge protocol                  35            A.4 Relationship to other Internet Transports      36            References                                         36            Footnotes                                          37            Security Considerations                            37            Authors' Addresses                                 38  
  30.  
  31. 1.      Introduction  
  32.  
  33.    This document describes a flow controlled, atomic multicasting    transport protocol (MTP).  The purpose of this document is to present    sufficient information to implement the protocol.  
  34.  
  35.    The MTP design has been influenced by the large body of the    networking and distributed systems literature and technology that has    been introduced during the last decade and a half.  Representative    sources include [Xer81], [BSTM79] and [Pos81] for transport design,    and [Bog83] and [DIX82] for general concepts of broadcast and    multicast.  [CLZ87] influenced MTP's retransmission mechanisms, and    [Fre84] influenced the transport timings. MTP over IP uses mechanisms  
  36.  
  37.   
  38.  
  39. Armstrong, Freier & Marzullo                                    [Page 2]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  40.  
  41.     described in [Dee89].  MTP's ordering and agreement protocols were    influenced by work done in [CM87], [JB89] and [Cri88].  Finally, a    description of MTP's philosophy and its motivation can be found in    [AFM91].  
  42.  
  43. 2.      Protocol description  
  44.  
  45.    MTP is a transport in that it is a client of the network layer (as    defined by the OSI networking model) [1].  MTP provides reliable    delivery of client data between one or more communicating processes,    as well as a predefined principal process. The collection of    processes is called a web.  
  46.  
  47.    In addition to transporting data reliably and efficiently, MTP    provides the synchronization necessary for web members to agree on    the order of receipt of all messages and can agree on the delivery of    the message even in the face of partitions.  This ordering and    agreement protocol uses serialized tokens granted by the master to    producers.  
  48.  
  49.    The processes may have any one of three levels of capability. One    member must be the master. The master instantiates and controls the    behavior of the web, including its membership and performance. Non    master members may be either producer/consumers or pure consumers.    The former class of member is permitted to transmit user data to the    entire membership (and expected to logically hear itself), while the    latter is prohibited from transmitting user data.  
  50.  
  51.    MTP is a negative acknowledgement protocol, exploiting the highly    reliable delivery of the local area and wide area network    technologies of today. Successful delivery of data is accepted by    consuming stations silently rather than having the successful    delivery noted to the producing process, thus reducing the amount of    reverse traffic required to maintain synchronization.  
  52.  
  53. 2.1     Definition of terms  
  54.  
  55.    The following terms are used throughout this document. They are    defined here to eliminate ambiguity.  
  56.  
  57.    consumer    A consumer is a transport that is capable only of                receiving user data. It may transmit control packets,                such as negative acknowledgements, but may never transmit                any requests for the transmit token or any form of data                or empty messages.  
  58.  
  59.    heartbeat   A heartbeat is an interval of time, nominally measured in                milliseconds. It is a key parameter in the transport's  
  60.  
  61.   
  62.  
  63. Armstrong, Freier & Marzullo                                    [Page 3]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  64.  
  65.                 state and can be adapted to the requirements of the                transport's client to provide the desired quality of                service.  
  66.  
  67.    master      The master is the principal member of the web. The master                capability is a superset of a producer member.  The                master is mainly responsible for giving out transmit                tokens to members who wish to send data, and overseeing                the web's membership and operational parameters.  
  68.  
  69.    member      A web member is any process that has been permitted to                join the web (by the master) as well as the master                itself.  
  70.  
  71.    membership  Every member is classified as to its intentions for    class       joining the web. Membership classes are defined to be                consumer, producer and master. Each successive class is a                formal superset of the previous.  
  72.  
  73.    message     An MTP message is a concatenation of the user data                portions of a series of data packets with the last packet                in the series carrying an end of message indication. A                message may contain any number of bytes of user data,                including zero.  
  74.  
  75.    NSAP        The network service access point. This is the network                address, or the node address of the machine, where a                service is available.  
  76.  
  77.    producer    Producer is a class of membership that is a formal                superset of a consumer. A producer is permitted (and                expected) to transmit client data as well as consume data                transmitted by other producers.  
  78.  
  79.    retention   Retention is one of the three fundamental parameters that                make up the transport's state (along with heartbeat and                window). Retention is a number of heartbeats, and though                applied in several different circumstances, is primarily                used as the number of heartbeats a producing client must                maintain buffered data should it need to be                retransmitted.  
  80.  
  81.    token       In order to transmit, a producer must first be in                possesion of a token. Tokens are granted only by the                master and include the message sequence number.                Consequently, they are fundamental in the operation of                the ordering and agreement protocol used by MTP.  
  82.  
  83.   
  84.  
  85.  Armstrong, Freier & Marzullo                                    [Page 4]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  86.  
  87.     TSAP        The transport service access point. This is the address                that uniquely defines particular instantiation of a                service. TSAPs are formed by logically concatenating the                node's NSAP with a transport identifier (and perhaps a                packet/protocol type).  
  88.  
  89.    user data   User data is the client information carried in MTP data                packets and treated as uninterpreted octets by the                transport. The end of message and subchannel indicators                are also be treated as user data.  
  90.  
  91.    web         A collection of processes collaborating on the solution                of a single problem.  
  92.  
  93.    window      The window is one of the fundamental elements of the                transport's state that can be controlled to affect the                quality of service being provided to the client. It                represents the number of user data carrying packets that                may be multicast into the web during a heartbeat by a                single member.  
  94.  
  95.   
  96.  
  97.   
  98.  
  99.   
  100.  
  101.   
  102.  
  103.   
  104.  
  105.   
  106.  
  107.   
  108.  
  109.   
  110.  
  111.   
  112.  
  113.   
  114.  
  115.   
  116.  
  117.   
  118.  
  119.   
  120.  
  121.   
  122.  
  123.   
  124.  
  125. Armstrong, Freier & Marzullo                                    [Page 5]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  126.  
  127.  2.2     Packet format  
  128.  
  129.    An MTP packet consists of a transport protocol header followed by a    variable amount of data. The protocol header, shown in Figure 1, is    part of every packet. The remainder of the packet is either user data    (packet type = data) or additional transport specific information.    The fields in the header are statically defined as n-bit wide    quantities. There are no undefined fields or fields that may at any    time have undefined values.  Reserved fields, if they exist, must    always have a value of zero.  
  130.  
  131.     0           7 8           15 16         23 24         31    ----------------------------------------------------------    -----    |  protocol    |    packet   |    type     |    client   |      |    |  version     |    type     |    modifier |    channel  |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              source connection identifier              |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              destination connection identifier         |    ---------------------------------------------------------- transport    |                                                        |    header    |              message acceptance criteria               |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              heartbeat                                 |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                            |                           |      |    |        window              |        retention          |      |    ----------------------------------------------------------    -----    |                                                        |      |    |                                                        |      |    |                                                        |      |    |                   (data content and format             |    |                   dependent on packet type             |    data    |                   and modifier)                        |    fields    |                                                        |    |                                                        |      |    |                                                        |      |    |                                                        |      |    ----------------------------------------------------------    -----                           Figure 1. MTP packet format  
  132.  
  133.   
  134.  
  135.   
  136.  
  137.   
  138.  
  139. Armstrong, Freier & Marzullo                                    [Page 6]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  140.  
  141.  2.2.1.  Protocol version  
  142.  
  143.    The first 8 bits of the packet are the protocol version number. This    document describes version 1 of the Multicast Transport Protocol and    thus the version field has a value of 0x01.  
  144.  
  145. 2.2.2.  Packet type and modifier  
  146.  
  147.    The second byte of the header is the packet type and the following    byte contains the packet type modifier. Typical control message    exchanges are in a request/response pair. The modifier field    simplifies the construction of responses by permitting reuse of the    incoming message with minimal modification. The following table gives    the packet type field values along with their modifiers. The    modifiers are valid only in the context of the type. In the prose of    the definitions and later in the document, the syntax for referring    to one of the entries described in the following table will be    type[modifier]. For example, a reference to data[eow] would be a    packet of type data with an end of window modifier.  
  148.  
  149.    type       modifier     description  
  150.  
  151.    data(0)    data(0)      The packet is one that contains user                            information. Only the process possessing a                            transmit token is permitted to send data                            unless specifically requested to retransmit                            previously transmitted data. All packets of                            type data are multicast to the entire web.  
  152.  
  153.               eow(1)       A data packet with the eow (end of window)                            modifier set indicates that the transmitter                            intends to send no more packets in this                            heartbeat either because it has sent as many                            as permitted given the window parameter or                            simply has no more data to send during the                            current heartbeat. This is not client                            information but rather a hint to be used by                            transport providers to synchronize the                            computation and transmission of naks.  
  154.  
  155.               eom(2)       Data[eom] marks the end of the message to the                            consumers, and the surrendering of the                            transmit token to the master. And like a                            data[eow] a data[eom] packet implies the end                            of window.  
  156.  
  157.    nak(1)     request(0)   A nak[request] packet is a consumer                            requesting a retransmission of one or more  
  158.  
  159.   
  160.  
  161. Armstrong, Freier & Marzullo                                    [Page 7]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  162.  
  163.                             data packets. The data field contains an                            ordered list of packet sequence numbers that                            are being requested. Naks of any form are                            always unicast.  
  164.  
  165.               deny(1)      A nak[deny] message indicates that the                            producer source of the nak[deny]) cannot                            retransmit one or more of the packets                            requested. The process receiving the                            nak[deny] must report the failure to its                            client.  
  166.  
  167.    empty(2)   dally(0)     An empty[dally] packet is multicast to                            maintain synchronization when no client data                            is available.  
  168.  
  169.               cancel(1)    If a producer finds itself in possession of a                            transmit token and has no data to send, it                            may cancel the token[request] by multicasting                            an empty[cancel] message.  
  170.  
  171.               hibernate(2) If the master possesses all of the web's                            transmit tokens and all outstanding messages                            have been accepted or rejected, the master                            may transmit empty[hibernate] packets at a                            rate significantly slower than indicated by                            the web's value of heartbeat.  
  172.  
  173.    join(3)    request(0)   A join[request] packet is sent by a process                            wishing to join a web to the web's unknown                            TSAP (see section 2.2.5).  
  174.  
  175.               confirm(1)   The join[confirm] packet is the master's                            confirmation of the destination's request to                            join the web. It will be unicast by the                            master (and only the master) to the station                            that sent the join[request].  
  176.  
  177.               deny(2)      A join[deny] packet indicates permission to                            join the web was denied. It may only be                            transmitted by the master and will be unicast                            to the member that sent the join[request].  
  178.  
  179.    quit(4)    request(0)   A quit[request] may be unicast to the master                            by any member of the web at any time to                            indicate the sending process wishes to                            withdraw from the web. Any member may unicast                            a quit to another member requesting that the  
  180.  
  181.   
  182.  
  183. Armstrong, Freier & Marzullo                                    [Page 8]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  184.  
  185.                             destination member quit the web due to                            intolerable behavior.  The master may                            multicast a quit[request] requiring that the                            entire web disband. The request will be                            multicast at regular heartbeat intervals                            until there are no responses to retention                            requests.  
  186.  
  187.               confirm(1)   The quit[confirm] packet is the indication                            that a quit[request] has been observed and                            appropriate local action has been taken.                            Quit[confirm] are always unicast.  
  188.  
  189.    token(5)   request(0)   A token[request] is a producing member                            requesting a transmit token from the master.                            Such packets are unicast to the master.  
  190.  
  191.               confirm(1)   The token[confirm] packet is sent by the                            master to assign the transmit token to a                            member that has requested it. token[confirm]                            will be unicast to the member being granted                            the token.  
  192.  
  193.    isMember(6) request(0)  An isMember[request] is soliciting                            verification that the target member is a                            recognized member of the web. All forms of                            the isMember packet are unicast to a specific                            member.  
  194.  
  195.               confirm(1)   IsMember[confirm] packets are positive                            responses to isMember[requests].  
  196.  
  197.               deny(2)      If the member receiving the isMember[request]                            cannot confirm the target's membership in the                            web, it responds with a isMember[deny].  
  198.  
  199. 2.2.3.  Subchannel  
  200.  
  201.    The fourth byte of the transport header contains the client's    subchannel value. The default value of the subchannel field is zero.    Semantics of the subchannel value are defined by the transport client    and therefore are only applicable to packets of type data. All other    packet types must have a subchannel value of zero.  
  202.  
  203. 2.2.4.  Source connection identifier  
  204.  
  205.    The source connection identifier field is a 32 bit field containing a    transmitting system unique value assigned at the time the transport  
  206.  
  207.   
  208.  
  209. Armstrong, Freier & Marzullo                                    [Page 9]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  210.  
  211.     is created. The field is used in identifying the particular transport    instantiation and is a component of the TSAP. Every packet    transmitted by the transport must have this field set.  
  212.  
  213. 2.2.5.  Destination connection identifier  
  214.  
  215.    The destination connection identifier is the 32 bit identifier of the    target transport. From the point of view of a process sending a    packet, there are three types of destination connection identifiers.    First, there is the unknown connection identifier (0x00000000). The    unknown value is used only as the destination connection identifier    in the join[request] packet.  
  216.  
  217.    Second, there is the multicast connection identifier gleaned from the    join[confirm] message sent by the master. The multicast connection    identifier is used in conjunction with the multicast NSAP to form the    destination TSAP of all packets multicast to the entire web [2].  
  218.  
  219.    The last class of connection identifier is a unicast identifier and    is used to form the destination TSAP when unicasting packets to    individual members. Every member of the web has associated with it a    unicast connection identifier that is used to form its own unicast    TSAP.  
  220.  
  221. 2.2.6.  Message acceptance  
  222.  
  223.    MTP ensures that all processes agree on which messages are accepted    and in what order they are accepted. The master controls this aspect    of the protocol by controlling allocation of transmit tokens and    setting the status of messages. Once a token for a message has been    assigned (see section 3.2.1) the master sets the status of that    message according to the following rules [AFM91]:  
  224.  
  225.     If the master has seen the entire message (i.e., has seen the     data[eom] and all intervening data packets), the status is accepted.  
  226.  
  227.     If the master has not seen the entire message but believes the     message sender is still operational and connected to the master (as     determined by the master), the status is pending.  
  228.  
  229.     If the master has not seen the entire message and believes the     sender to have failed or partitioned away, the status is rejected.  
  230.  
  231.    Message status is carried in the message acceptance record (see    Figure 2) of every packet, and processes learn the status of earlier    messages by processing this information.  
  232.  
  233.    The acceptance criteria is a multiple part record that carries the  
  234.  
  235.   
  236.  
  237. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 10]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  238.  
  239.     rules of agreement to determine the message acceptance. The most    significant 8 bits is a flag that, if not zero, indicates    synchronization is required.  The field may vary on a per message    basis as directed by producing transport's client. The default is    that no synchronization is required.  
  240.  
  241.    The second part of the record is a 12 element vector that represents    the status of the last 12 messages transmitted into the web.  
  242.  
  243.        0          7 8          15 16          23 24         31       ---------------------------------------------------------       |            |                                          |       |  synchro   |         tri-state bitmask[12]            |       ---------------------------------------------------------       |      message             |      packet sequence       |       |      sequence number     |      number                |       ---------------------------------------------------------  
  244.  
  245.                      Figure 2. Message acceptance record  
  246.  
  247.    Each element of the array is two bits in length and may have one of    three values: accepted(0), pending(1) or rejected(2). Initially, the    bit mask is set to all zeros. When the token for message m is    transmitted, the first (left-most) element of the vector represents    the the state of message m - 1, the second element of the vector is    the status of message m - 2, and so forth. Therefore the status of    the last 12 messages are visible, the status of older messages are    lost, logically by shifting the elements out of the vector. Only the    master is permitted to set the status of messages. The master is not    permitted to shift a status of pending beyond the end of the vector.    If that situation arises, the master must instead not confirm any    token[request] until the oldest message can be marked as either    rejected or accepted.  
  248.  
  249.    Message sequence numbers are 16 bit unsigned values. The field is    initialized to zero by the master when the transport is initialized,    and incremented by one after each token is granted. Only the master    is permitted to change the value of the message sequence number. Once    granted, that message sequence number is consumed and the state of    the message must eventually become either accepted or rejected. No    transmit tokens may be granted if the assignment of a message    sequence number that would cause a value of pending to be shifted    beyond the end of the status vector.  
  250.  
  251.    Packet sequence numbers are unsigned 16 bit numbers assigned by the    producing process on a per message basis. Packet sequence numbers    start at a value of zero for each new message and are incremented by    one (consumed) for each data packet making up the message. Consumers  
  252.  
  253.   
  254.  
  255. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 11]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  256.  
  257.     detecting missing packet sequence numbers must send a nak[request] to    the appropriate producer to recover the missed data.  
  258.  
  259.    Control packets always contain the message acceptance criteria with a    synchronization flag set to zero (0x00), the highest message sequence    number observed and a packet sequence number one greater than    previously observed. Control packets do not consume any sequence    numbers.  Since control messages are not reliably delivered, the    acceptance criteria should only be checked to see if they fall within    the proper range of message numbers, relative to the current message    number of the receiving station.  The range of acceptable sequence    numbers should be m-11 to m-13, inclusive, where m is the current    message number.  
  260.  
  261. 2.2.7.  Heartbeat  
  262.  
  263.    Heartbeat is an unsigned 32 bit field that has the units of    milliseconds. The value of heartbeat is shared by all members of the    web. By definition at least one packet (either data, empty or quit    from the master) will be multicast into the web within every    heartbeat period.  
  264.  
  265. 2.2.8.  Window  
  266.  
  267.    The allocation window (or simply window) is a 16 bit unsigned field    that indicates the maximum number of data packets that can be    multicasted by a member in a single heartbeat. It is the sum of the    retransmitted and new data packets.  
  268.  
  269. 2.2.9.  Retention  
  270.  
  271.    The retention field is a 16 bit unsigned value that is the number of    heartbeats for which a producer must retain transmitted client data    and state for the purpose of retransmission.  
  272.  
  273. 2.3     Transport addresses  
  274.  
  275.    Associated with each transport are logically three transport service    access points (TSAP), logically formed by the concatenation of a    network service access point (NSAP) and a transport connection    identifier. These TSAPs are the unknown TSAP, the web's multicast    TSAP and each individual member's TSAP.  
  276.  
  277. 2.3.1.  Unknown transport address  
  278.  
  279.    Stations that are just joining must use the multicast NSAP associated    with the transport, but are not yet aware of either the web's    multicast TSAP the master process' TSAP. Therefore, joining stations  
  280.  
  281.   
  282.  
  283. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 12]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  284.  
  285.     fabricate a temporary TSAP (referred to as a unknown TSAP) by using a    connection identifier reserved to mean unknown (0x00000000). The    join[confirm] message will be sourced from the master's TSAP and will    include the multicast transport connection identifier in the data    field. Those values must be extracted from the join[confirm] and    remembered by the joining process.  
  286.  
  287. 2.3.2.  Web's multicast address  
  288.  
  289.    The multicast TSAP is formed by logically concatenating the multicast    NSAP associated with the transport creation and the transport    connection identifier returned in the data field of the join[confirm]    packet. If more than one network is involved in the web, then the    multicast transport address becomes a list, one for each network    represented.  This list is supplied in the data field of    token[confirm] packets.  
  290.  
  291.    The multicast TSAP is used as the target for all messages that are    destined to the entire web, such as data and empty. The master's    decision to abandon the transport (quit) is also sent to the    multicast transport address.  
  292.  
  293. 2.3.3.  Member addresses  
  294.  
  295.    The member TSAP is formed by using the process' unicast NSAP    concatenated with a locally generated unique connection identifier.    That TSAP must be the source of every packet transmitted by the    process, regardless of its destination, for the lifetime of the    transport.  
  296.  
  297.    Packets unicast to specific members must contain the appropriate    TSAP.  For producers and consumers this is not difficult. The only    TSAPs of interest are the master and the station(s) currently    transmitting data.  
  298.  
  299. 3.      Protocol behavior  
  300.  
  301.    This section defines the expectations of the protocol implementation.    These expectations should not be considered guidelines or hints, but    rather part the protocol.  
  302.  
  303. 3.1     Establishing a transport  
  304.  
  305.    Before any rendezvous can be affected, a process must first acquire    an NSAP that will be the service access point for the instantiation    [3].  The process that first establishes at that NSAP is referred to    as the master of the web. The decision as to what process acts as the    master must be made a priori in order to guarantee unambiguous  
  306.  
  307.   
  308.  
  309. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 13]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  310.  
  311.     creation in the face of network partitions. The process should make a    robust effort to verify that the NSAP being used is not already in    service. It may do so by repeatedly sending join[requests] to the    web's unknown TSAP. If there is no response to repeated transmissions    the process may be relatively confident that the NSAP is not in use    and proceed with the creation of the web. If not, the creation must    be aborted and the situation reported to its client.  
  312.  
  313. 3.1.1.  Join request  
  314.  
  315.    Additional members may join the web at any time after the    establishment of the master by the joining process sending a    join[request] to the unknown TSAP. The joining process should have    already assigned a unique connection identifier to its transport    instantiation that will be used in the source TSAP of the    join[request]. The join[request] must contain zeros in all of the    acceptance fields. The heartbeat, window and retention parameters are    filled in as requested by the transport provider's client. The data    of the message must contain the type, class and quality of service    parameters that the client has requested.  
  316.  
  317.     field               class       definition  
  318.  
  319.    membership class    master(0)   There can be only a single web                                    master, and that member has all                                    privileges of a producer class member                                    plus those acquitted only to the                                    master.  
  320.  
  321.                        producer(1) A process that has producer class                                    membership wishes to transmit data                                    into the web as well as consume.  
  322.  
  323.                        consumer(2) A consumer process is a read only                                    process. It will send naks in order                                    to reliably receive data but will                                    never ask for or be permitted to take                                    possession of a transmit token.  
  324.  
  325.    transport class     reliable(0) Specifies a reliable transport, i.e.,                                    one that will generate and process                                    naks.  The implication is that the                                    data will be reliably delivered or                                    the failure will be detected and                                    reported to the client.  
  326.  
  327.                        unreliable(1)   The transport supports best  
  328.  
  329.   
  330.  
  331. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 14]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  332.  
  333.                                     effort delivery. Such a transport may                                    still fail if the error rates are too                                    high, but tolerable loss or                                    corruption of data will be permitted                                    [4].  
  334.  
  335.    transport type      NxN(0)      The transport will accept multiple                                    processes with producing capability.  
  336.  
  337.                        1xN(1)      A 1xN transport permits only a single                                    producer whose identity was                                    established a priori.  
  338.  
  339.    The client's desire for minimum throughput (expressed in kilobytes    per second) is the lowest value that will be accepted. That    throughput is calculated using the heartbeat and window parameters of    the transport, and the maximum data unit size, not by measuring    actual traffic. Any member that suggests a combination of those    parameters that result in an unacceptable throughput will be ignored    or asked to withdraw from the web.  
  340.  
  341.    A joining client may also suggest a maximum data unit size. This    field is expressed as a number of bytes that can be included in a    data packet as client data.  
  342.  
  343.    If no response is received in a single heartbeat, the join[request]    should be retransmitted using the same source TSAP so the master can    detect the difference between a new process and a retransmission of a    join[request].  
  344.  
  345.   
  346.  
  347.   
  348.  
  349.   
  350.  
  351.   
  352.  
  353.   
  354.  
  355.   
  356.  
  357.   
  358.  
  359.   
  360.  
  361.   
  362.  
  363.   
  364.  
  365.  Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 15]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  366.  
  367.  3.1.2.  Join confirm/deny  
  368.  
  369.    Only the master of the web will respond to join[request]. The    response may either permit the entry of the new process or deny it.    The request to join may be denied because the new member is    specifying service parameters that are in conflict with those    established by the master.  If the join is confirmed the    join[confirm] will be unicast by the master with a data field that    contains the web's current operating parameters. If those parameters    are unacceptable to the joining process it may decide to withdraw    from the web. Otherwise the parameters must be accepted as the    current operating values.  
  370.  
  371.     0           7 8           15 16         23 24         31    ----------------------------------------------------------    -----    |  protocol    |    packet   |    type     |    client   |      |    |  version     |    type     |    modifier |    channel  |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              source connection identifier              |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              destination connection identifier         |    ---------------------------------------------------------- transport    |                                                        |    header    |              message acceptance criteria               |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              heartbeat                                 |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                            |                           |      |    |        window              |        retention          |      |    ----------------------------------------------------------    -----    |  member     |   transport  |  transport  |             |      |    |  class      |   class      |  type       |  reserved   |      |    ----------------------------------------------------------    |        minimum             |     maximum data          |    data    |        throughput          |     unit size             |    ----------------------------------------------------------      |    |                  multicast connection                  |      |    |                  identifier                            |      |    ----------------------------------------------------------    -----  
  372.  
  373.                            Figure 3. join packet  
  374.  
  375.    The join[confirm] will also contain the multicast connection    identifier.  This must be used to form the TSAP that will be the    destination for all multicast messages for the transport. The source  
  376.  
  377.   
  378.  
  379. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 16]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  380.  
  381.     of the join[confirm] message will be the master's TSAP and must be    recorded by the member for later use.  
  382.  
  383.    The master must be in possession of all the transmit tokens when it    sends a join[confirm]. Requiring the master to have the transmit    tokens insures that the joining member will enter the web and observe    only complete messages. It also permits a notification of the    master's client of the join so that application state may be    automatically sent to the newly joining member. The newly joined    member may be on a network not previously represented in the web's    membership, thus requiring a new multicast TSAP be added to the    existing list. The entire list will be conveyed in the data field of    all subsequent token[confirm] messages (described later).  
  384.  
  385. 3.2     Maintaining data consistency  
  386.  
  387.    The transport is responsible for maintaining the consistency of the    data submitted for delivery by producing clients. The actual client    data, while representing the bulk of the information that flows    through the web, is accompanied by significant amounts of protocol    state information. In addition to the state information piggybacked    with the client data, there is a minimum amount of protocol packets    that are purely for use by the transport, invisible to the transport    client.  
  388.  
  389. 3.2.1.  Transmit tokens  
  390.  
  391.    Before any process may transmit client data or state it must first    possess a transmit token. It may acquire the token by transmitting a    token[request] to the master. Requests should be unicast to the    master's TSAP and should be retransmitted at intervals approximately    equal to the heartbeat. Since it is the central source for a transmit    token, the master may apply some fairness algorithms to the passing    of permission to transmit. At a minimum the requests should be queued    in a first in, first out order. Duplicate requests from a single    member should be ignored, keeping instead the first unhonored    request. When appropriate, the master will send a member with a    request pending a token[confirm].  The data field of the response    contains all the multicast TSAPs that are represented in the current    web at that point in time.  
  392.  
  393.    If the master detects no data or heartbeat messages being transmitted    into the web it will assume the token is lost, presumably because the    member holding the token has failed or has become partitioned away    from the master. In such cases, the master may attempt to confirm the    state of the process (perhaps by sending isMember[request]). If the    member does not respond it is removed from the active members of the    web, the message is marked as rejected, the token is assumed by the  
  394.  
  395.   
  396.  
  397. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 17]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  398.  
  399.     master.  
  400.  
  401.    Figure 4 shows a timing diagram of a token pass. Increasing time is    towards the bottom of the figure. In this figure, process A has a    token, and process B requests a token when there are no free tokens.  
  402.  
  403.                            A    master    B     "A" multicasts data    |             |  "B" requests                            |\     |      |  transmit token                            | \    |     /|                            |  \   |    / |                            |   \  |   /  |     "A" multicasts data    |    \ |  /   |  "B" retransmits     w/eom set              |\    \| /    |  token request                            | \    \V    /|                            |  \   |\   / |                            |   \  | V /  |                            |    \ |  /   |                            |     \| /    |                            |      \V     |                            |      |\     |                            |      | V    |                            |      |\     |  Master assigns                            |      | \    |  token to "B"                            |      |  \   |                            |      |   \  |                            |      |    \ |                            |      |     V|                            |      |      |                            |      |     /|  "B" multicasts                            |      |    / |  data                            |      |   /  |                            |      |  /   |                            |      | /    |                            |      |/     |                            |      /      |                            |     /|      |                            |    V |      |                            |      |      |  
  404.  
  405.                      Figure 4. Acquiring the token  
  406.  
  407.    Token packets, like other control packets, do not consume sequence    numbers. Hence, the master must be able to use another mechanism to    determine whether multiple token[request] from a single member are    actually requests for a separate token, or are a retransmission of a    token[request].  To carry out this obligation, the master and the    members must have an implicit understanding of each other's state.  
  408.  
  409.   
  410.  
  411. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 18]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  412.  
  413.      0           7 8           15 16         23 24         31    ----------------------------------------------------------    -----    |  protocol    |    packet   |    type     |    client   |      |    |  version     |    type     |    modifier |    channel  |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              source connection identifier              |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              destination connection identifier         |    ---------------------------------------------------------- transport    |                                                        |    header    |              message acceptance criteria               |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              heartbeat                                 |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                            |                           |      |    |        window              |        retention          |      |    ----------------------------------------------------------    -----    |                                                        |      |    |                                                        |      |    |                   TSAPs of all networks                |    |                   represented in the web               |    data    |                   membership                           |    |                                                        |      |    |                                                        |      |    ----------------------------------------------------------    -----  
  414.  
  415.                           Figure 5. token packet  
  416.  
  417.    Assume that the token, as viewed by the master, has three states:  
  418.  
  419.    idle        The token is not currently assigned. Specifically the                message number that it defines is not represented in the                current message acceptance vector.  
  420.  
  421.    pending     The token has been assigned by the master via a                token[confirm] packet, but the master has not yet seen                any data packets to indicate that the from the producing                member received the notification.  
  422.  
  423.    busy        The token has been assigned and the master has seen data                packets carrying the assigned message number. The message                comprised by those packets is still represented in the                message acceptance vector.  
  424.  
  425.    Furthermore, a token that is not idle also has associated with its  
  426.  
  427.   
  428.  
  429. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 19]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  430.  
  431.     state the TSAP of the process that owns (or owned) the token.  
  432.  
  433.    Based on this state, the master will respond to any process that has    a token in pending state with a reassignment of that token. This is    based on the assumption that the original token[confirm] was not    received by the requesting process. The only other possibility is    that the process did receive the token and transmitted data packets    using that token, but the master did not see them. But data messages    are by design multi-packet messages, padded with empty packets if    necessary. The possibility of the master missing all of the packets    of a message is considered less than the possibility of the    requesting process missing a single token[confirm] packet.  
  434.  
  435.    The process requesting tokens must consider the actions of the master    and what prompted them. In most cases the assumptions made by the    master will be correct. However, there are two ambiguous situations.    There is the situation that the master is most directly addressing,    not knowing whether the requesting process has failed to observe the    token[confirm] or the master has failed to see data packets    transmitted by the producing process. There is also the possibility    that the requesting process timed out too quickly and the    retransmission of the token[request] passed the token[confirm] in the    night. In any case the producing process may find itself in    possession of a token for which it has no need. These can be    dismissed by sending an empty[cancel] packet.  
  436.  
  437.    Another possibility is that the requesting process has actually made    use of the assigned token and is requesting another token. Unless the    master has observed data using the token, the master will still    consider the token pending. Therefore, a process that receives a    duplicate token[confirm] should interpret it as a nak and retransmit    any data packets previously sent using the token's message sequence    number.  
  438.  
  439. 3.2.2.  Data transmission  
  440.  
  441.    Data is provided by the transport client in the form of uninterpreted    bytes. The bytes are encapsulated in packets immediately following    the protocol's fixed overhead fields. The packet may have any number    of data bytes between zero and the maximum number of bytes of a    network protocol packet minus the network overhead and the fixed    transport overhead.  Every packet that consumes a sequence number    must contain either client data or client state transitions such as    the end of message indicator or a subchannel transition.  
  442.  
  443.    Packets are transmitted in bursts of packets called windows. The    protocol guarantees that no more than the current value of window    data packets will be transmitted by a single process during a  
  444.  
  445.   
  446.  
  447. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 20]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  448.  
  449.     heartbeat.  Every packet transmitted always contains the latest    heartbeat, window and retention information. If full packets are    unavailable [5], empty[dally] messages should be transmitted instead.    The only packets that will be transmitted containing less than    maximum capacity will be data[eom] or those containing client    subchannel transitions.  
  450.  
  451.   
  452.  
  453.   
  454.  
  455.   
  456.  
  457.   
  458.  
  459.   
  460.  
  461.   
  462.  
  463.   
  464.  
  465.   
  466.  
  467.   
  468.  
  469.   
  470.  
  471.   
  472.  
  473.   
  474.  
  475.   
  476.  
  477.   
  478.  
  479.   
  480.  
  481.   
  482.  
  483.   
  484.  
  485.   
  486.  
  487.   
  488.  
  489.   
  490.  
  491.   
  492.  
  493.   
  494.  
  495. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 21]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  496.  
  497.              -----     |      |               |       |\     |               |       | \    |                       |\ \   |           heartbeat   | \ \  |                       |\ \ \ |               |       | \ \ V|  data(n)               |       |  \ \ |             -----     |   \ V|  data(n+1)                       |\   \ |                       | \   V|  data(n+w-1) w/eow                       |\ \   |                       | \ \  |                       |\ \ \ |                       | \ \ V|  data(n+w)                       |  \ \ |             -----     |   \ V|  data(n+w+1)                       |\   \ |                       | \   V|  data(n+2w-1) w/eow    w = window = 3     |  \   |    r = retention = 2  |   \  |                       |    \ |                       |     V|  empty(n+2w)                       |      |             -----     |      |                       |\     |                       | \    |                       |  \   |                       |   \  |                       |    \ |                       |     V|  data(n+2w) w/eom                       |      |    Packets n..n+w-1 are released,             -----     |      |    token is surrendered.                       |      |                       |      |                       |      |                       |      |                       |      |                       |      |                       |      |             -----     |      |    Packets n+w..n+2w-1 are released.  
  498.  
  499.                      Figure 6. Normal data transmission  
  500.  
  501.    Figure 6 shows a timing diagram of a process transmitting into a web    (without any complicating naks). Increasing time is towards the    bottom of the figure. The transmitting process is obligated to  
  502.  
  503.   
  504.  
  505. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 22]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  506.  
  507.     retransmit requested packets for at least retention heartbeat    intervals after their first transmission.  
  508.  
  509.     0           7 8           15 16         23 24         31    ----------------------------------------------------------    -----    |  protocol    |    packet   |    type     |    client   |      |    |  version     |    type     |    modifier |    channel  |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              source connection identifier              |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              destination connection identifier         |    ---------------------------------------------------------- transport    |                                                        |    header    |              message acceptance criteria               |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              heartbeat                                 |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                            |                           |      |    |        window              |        retention          |      |    ----------------------------------------------------------    -----    |                                                        |      |    |                   uninterpreted data                   |    |                                                        |    data    |                                                        |    |                                                        |      |    ----------------------------------------------------------    -----  
  510.  
  511.                            Figure 7. data packet  
  512.  
  513. 3.2.3.  Empty packets  
  514.  
  515.    An empty packet is a control packet multicast into the web at regular    intervals by a producer possessing a transmit token when no client    data is available. Empty packets are sent to maintain synchronization    and to advertise the maximum sequence number of the producer. It    provides the opportunity for consuming processes to detect and    request retransmission of missed data as well as identifying the    owner of a transmit token.     
  516.  
  517.   
  518.  
  519.   
  520.  
  521.   
  522.  
  523.  Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 23]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  524.  
  525.      0           7 8           15 16         23 24         31    ----------------------------------------------------------    -----    |  protocol    |    packet   |    type     |    client   |      |    |  version     |    type     |    modifier |    channel  |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              source connection identifier              |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              destination connection identifier         |    ---------------------------------------------------------- transport    |                                                        |    header    |              message acceptance criteria               |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              heartbeat                                 |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                            |                           |      |    |        window              |        retention          |      |    ----------------------------------------------------------    -----  
  526.  
  527.                           Figure 8. empty packet  
  528.  
  529.    There are two situations where the empty[dally] packet is used. The    first is when there is insufficient data for a full packet presented    by the client during a heartbeat. Partial packets should not be    transmitted unless there is a client transition to be conveyed, yet    something must be transmitted during a heartbeat or the master may    think the process owning a transmit token has failed. Empty[dally] is    used instead of a data packet until the client provides additional    data to fill a packet or indicates a state transition such as an end    of message or subchannel transition.  
  530.  
  531.    The second situation where empty[dally] is used is after the    transmission of short messages. Each message should consist of    multiple packets in order to enhance the possibility that consumers    will observe at least one packet of a message and therefore be able    to identify the producer. The transport parameter retention has    approximately the correct properties for that insurance. Therefore, a    message must consist of at least retention packets. If the client    data does not require that many packets, empty[dally] packets must be    appended. A process that has no transmittable data and is in    possession of a transmit token must send an empty[cancel].    Transmissions of empty[cancel] packets pass the ownership of the    transmit token back to the master. When the master observes the    control packet, it will mark the referenced to message as rejected so    that other consumers do not believe the message lost and attempt to    recover.  
  532.  
  533.   
  534.  
  535. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 24]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  536.  
  537.     During periods of no activity (i.e., after all messages have been    either accepted or rejected and there are no outstanding transmit    tokens) the master may enter hibernation mode by transmitting    empty[hibernate] packets. In that mode the master will increase the    value of the transport parameter heartbeat in order to reduce network    traffic. Such packets are used to indicate that the packet's    heartbeat field should not be used for resource computation by those    processes that observe it.  
  538.  
  539.   
  540.  
  541.   
  542.  
  543.   
  544.  
  545.   
  546.  
  547.   
  548.  
  549.   
  550.  
  551.   
  552.  
  553.   
  554.  
  555.   
  556.  
  557.   
  558.  
  559.   
  560.  
  561.   
  562.  
  563.   
  564.  
  565.   
  566.  
  567.   
  568.  
  569.   
  570.  
  571.   
  572.  
  573.   
  574.  
  575.   
  576.  
  577.   
  578.  
  579.   
  580.  
  581. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 25]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  582.  
  583.  3.2.4.  Missed data  
  584.  
  585.    The most common method of detecting data loss will be the reception    of a data or a heartbeat message that has a sequence number greater    than expected from that producer. The second most common method will    be a message fragment (missing the end of message) and seeing no more    data or empty packets from the producer of the fragment for more than    a single heartbeat. In any case the consumer process directs a    negative acknowledgment (nak) to the producer of the incomplete    message. The data field of the nak message contains a list of    ascending sequence number pairs the consumer needs to recover the    missed data.  
  586.  
  587.     0           7 8           15 16         23 24         31    ----------------------------------------------------------    -----    |  protocol    |    packet   |    type     |    client   |      |    |  version     |    type     |    modifier |    channel  |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              source connection identifier              |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              destination connection identifier         |    ---------------------------------------------------------- transport    |                                                        |    header    |              message acceptance criteria               |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              heartbeat                                 |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                            |                           |      |    |        window              |        retention          |      |    ----------------------------------------------------------    -----    |                            |                           |      |    |  message sequence (low)    |  packet sequence (low)    |    ----------------------------------------------------------    data    |                            |                           |    |  message sequence (high)   |  packet sequence (high)   |      |    ----------------------------------------------------------    -----  
  588.  
  589.                            Figure 9. nak packet  
  590.  
  591. 3.2.5.  Retrying operations  
  592.  
  593.    Operations must be retried in order to assure that a single packet    loss does not cause transport failure. In general the right numbers    to do that with exist in the transport. The proper interval between    retries is the transport's time constant or heartbeat. The proper  
  594.  
  595.   
  596.  
  597. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 26]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  598.  
  599.     number of retries is retention.  
  600.  
  601.    Operations that are retriable (and represented by their respective    message types) are join, nak, token, isMember and quit. Another    application for the heartbeat and retention is when transmitting    empty messages. Empty[dally] messages are transmitted any time data    is not available but the data[eom] has not yet been sent. Any process    not observing data or empty for more than retention heartbeat    intervals will assume to have failed or partitioned away and the    transport will be abandoned.  
  602.  
  603. 3.2.6.  Retransmission  
  604.  
  605.    If the producer receives a nak[request] from a consumer process    requesting the retransmission of a packet that is no longer    available, the producer must send a nak[deny] to the source of the    request. If that puts the consumer in a failed state, the consumer    will initiate the withdrawal from the web. If a producer receives a    nak[request] from a consumer requesting the retransmission of one or    more packets, those packets will be multicast to the entire web [6].    All will contain the original client information (such as subchannel    and end of message state) and message and packet sequence number.    However, the retransmitted packets must contain updated protocol    parameter information (heartbeat, window and retention).    Retransmitted packets are subject to the same constraints regarding    heartbeat and window as original transmissions. Therefore the    producer's retransmissions consume a portion of the allocation window    allowing less new data to be transmitted in a single heartbeat.    Retransmitted packets have priority over (i.e., should be transmitted    before) new data packets.  
  606.  
  607.   
  608.  
  609.   
  610.  
  611.   
  612.  
  613.   
  614.  
  615.   
  616.  
  617.   
  618.  
  619.   
  620.  
  621.   
  622.  
  623.   
  624.  
  625.   
  626.  
  627. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 27]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  628.  
  629.              -----     |       |     retransmission count = rx=0               |       |\     |               |       | \    |               |       |\ \   |               |       | \ \  |               |       |\ \ \ |               |       | \ \ V|  data(n)               |       |  \ \ |                       |   \ *|  data(n+1)           heartbeat   |    \ |                       |     V|  data(n+w-1-rx) w/eow       rx=0               |       |      |               |       |     /|  nak(n') of n+1               |       |    / |               |       |   /  |               |       |  /   |               |       | /    |               |       |V     |             -----     |      |                       |\     |                       | \    |                       |\ \   |                       | \ \  |                       |\ \ \ |    w = window = 3     | \ \ *|  retransmission(n+1)        rx=1    r = retention = 1  |  \ \ |                       |   \ V|  data(n+w)                       |    \ |                       |     V|  data(n+2w-1-rx) w/eow      rx=1                       |      |                       |     /|  nak(n') of n+1                       |    / |             -----     |   /  |                       |\ /   |                       | /    |                       |V \   |                       |\  \  |                       | \  \ |                       |\ \  V|  data(n+2w-rx)              rx=1                       | \ \  |    Packets n..n+w-1-0 can be released.                       |  \ \ |                       |   \ V|  nak deny(n+1)              rx=2                       |    \ |                       |     V|  data(n+3w-1-rx) w/eom      rx=2                       |      |            -----      |      |    Packets n+w..n+2w-1-1 are released.  
  630.  
  631.                   Figure 10. naks and retransmission  
  632.  
  633.   
  634.  
  635. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 28]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  636.  
  637.  3.2.7.  Duplicate suppression  
  638.  
  639.    The consumer must be prepared to ignore duplicate packets received.    They will invariably be the result of the producer's retransmission    in response to another consumer's nak.  
  640.  
  641. 3.2.8.  Banishment  
  642.  
  643.    If at any time a process detects another in violation of the protocol    it may ask the offending process to withdraw from the web by    unicasting to it a quit[request] that has the target field set to the    value of the offender's TSAP. Any member that exhibits a detectable    and recoverable protocol violation and still responds willingly to    the quit[request] will be noted as having truly correct social    behavior.  
  644.  
  645.     0           7 8           15 16         23 24         31    ----------------------------------------------------------    -----    |  protocol    |    packet   |    type     |    client   |      |    |  version     |    type     |    modifier |    channel  |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              source connection identifier              |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              destination connection identifier         |    ---------------------------------------------------------- transport    |                                                        |    header    |              message acceptance criteria               |    ----------------------------------------------------------      |    |                                                        |      |    |              heartbeat                                 |      |    ----------------------------------------------------------      |    |                            |                           |      |    |        window              |        retention          |      |    ----------------------------------------------------------    -----    |                                                        |    |              target TSAP                               |    |                                                        |    ----------------------------------------------------------  
  646.  
  647.                           Figure 11. quit packet  
  648.  
  649. 3.3     Terminating the transport  
  650.  
  651.    Transport termination is an advisory process that may be initiated by    any member of the web. No process should intentionally quit the web    while it has retransmittable data buffered. Stations should make  
  652.  
  653.   
  654.  
  655. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 29]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  656.  
  657.     every reasonable attempt advise the master of their intentions to    withdraw, as their departure may collapse the topology of the web and    eliminate the need to carry multicast messages across network    boundaries.  
  658.  
  659. 3.3.1.  Voluntary quits  
  660.  
  661.    Voluntary quit[requests] are unicast to the master's TSAP. When the    master receives a quit from a member of the web, it responds with a    quit[confirm] packet. At that time the member will be formally    removed from the web. The request should be retransmitted at    heartbeat intervals until the confirmation is received from the    master or as many times as the web's value of retention.  
  662.  
  663. 3.3.2.  Master quit  
  664.  
  665.    If the master initiates the transport termination it effects all    members of the web. The master will retain all transmit tokens and    refuse to assign them. Once the tokens are acquired, the master will    multicast a quit[request] to the entire web. That request should be    acknowledged by every active member. When the master receives no    confirmations for retention transmissions, it may assume every member    has terminated its transport and then may follow suit.  
  666.  
  667. 3.3.3.  Banishment  
  668.  
  669.    If the master receives any message other than a join[request] from a    member that it does not recognize, it should transmit a quit[request]    with that process as a target. This covers cases where the consumer    did not see the termination reply and retransmitted its original quit    request, as well as unannounced and rejected consumers.  
  670.  
  671. 3.4     Transport parameters  
  672.  
  673.    The following section provides guidelines and rationale for selecting    reasonable transport quality of service parameters. It also describes    some of the reasoning behind the ranges of values presented.  
  674.  
  675. 3.4.1.  Quality of service  
  676.  
  677.    Active members of the web may suggest changes in the transport's    quality of service parameters during the lifetime of the transport.    Producers in general adjust the transport's parameters to encourage a    higher level of throughput. Since consumers are responsible for    certifying reliable delivery, it is expected that they will provide    the force encouraging more reliability and stability. Both are trying    to optimize the quality of service. The negotiation that took place    when members joined the web included the clients' desires with  
  678.  
  679.   
  680.  
  681. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 30]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  682.  
  683.     regards to the worst case behavior that will be tolerated. If a    member cannot maintain the negotiated lower bound, it may asked to    withdraw from the web. That process will be sent a unicast message    (quit[request]) indicating that it should retire. There are    essentially three parameters maintained by the transport that reflect    the client's quality of service requirements: heartbeat, window and    retention. These three parameters can be adapted by the transport to    reflect the capability of the members, the type of application being    supported and the network topology. When members join the web, they    suggest values for the quality of service parameters to the master.    If the parameters are acceptable, the master will respond with the    web's current operating values. During the lifetime of the web, it is    expected that the parameters be modified by its members, though they    may never result in a quality of service less than the lower bounds    established by the joining procedure. Producers may try to improve    performance by reducing the heartbeat interval and increasing the    window size. This will have the effect of increasing the resources    committed to the transport at any time. In order to keep the    resources under control, the producer may also reduce the retention.  
  684.  
  685.    Consumers must rely on their clients to consume the data occupying    the resources of the transport. To do so the consumer transport    implementation must monitor the level of committed resources to    insure that it does not exceed its capabilities. Since MTP is a NAK    based protocol, the consumer is required to tell the producer if a    change in parameters is required. The new information must be    delivered to the producer(s) before the consumer's resource situation    becomes critical in order to avoid missing data.  
  686.  
  687.    For more stable operation, consumers would try to extend the    heartbeat interval and reduce the window. To a certain degree, they    could also attempt to reduce the value of retention in order to    reduce the amount of resources required to support the transport.    However, that requires a more stringent real-time capability.  
  688.  
  689. 3.4.2.  Selecting parameter values  
  690.  
  691.    The value of heartbeat is approximately the transport time constant.    Assuming that the transport can be modelled as a closed loop system    function, reaction to feedback into the transport should settle out    in three time constants. In a transport that is constrained to a    single network, the dominant cause of processing delay of the    transport will most likely be page fault resolution time.  
  692.  
  693.    For example, using a one MIP processor on a ethernet and an industry    standard disk, the worst case page fault resolution requiring two    seeks (one to write out a dirty page, another to swap in the new    page) and an average seek time of 40 milliseconds, page fault  
  694.  
  695.   
  696.  
  697. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 31]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  698.  
  699.     resolution should be less than 80 milliseconds. Allowing for some    additional overhead and scheduling delays, two times the worst case    page fault resolution time would appear to be the minimum suitable    transport time constant one could expect. So,  
  700.  
  701.            Heartbeat (minimum) = 160 - 200 milliseconds.  
  702.  
  703.    The transmit time for a full (ethernet) packet is approximately 1.2    milliseconds. Processing time should be less than 3 milliseconds    (ignoring possible overlapped processing). Assuming disk access (with    no faulting) is equivalent, and the total time per packet is the sum    of the parts, or 8.4 milliseconds. Therefore, the theoretical maximum    value would be approximately 17 packets per heartbeat. The transport    should be capable of approximately 120 packets per second, or 19.2    packets per heartbeat.  
  704.  
  705.            Window (maximum) = 17 - 20 packets per heartbeat.  
  706.  
  707.    The (theoretical) throughput with these parameters in effect is 180    kilobytes per second.  
  708.  
  709.    Reducing retention may introduce instability because the consumers    will have less opportunity to react to missing data. Data can be    missed for a variety of reasons. If constrained to the local net the    data lost due to data link corruption should be in the neighborhood    of one packet in every 50,000 (bit error rate of approximately 10-9).    Telephony links (between routers, for instance) exhibit similar    characteristics. Several orders of magnitude more packets are lost at    receiving processes, including packet switch routers, than over the    physical links. The losses are usually a result of congestion and    resource starvation at lower layers due to the processing of (nearly)    back to back packets. The incidental packet loss of this type is    virtually unavoidable. One can only require that a receiving process    be capable of receiving some number of back to back packets    successfully, and that number must be at least greater then the value    of window. And beyond that the probability of success can be made as    close to unity as required by providing the receiver the opportunity    to observe the data multiple times.  
  710.  
  711.    The receiving process must detect packet loss. The simplest method is    to notice gaps in the received message/packet sequence numbers. Such    detection should be done after receiving an end of window or other    state transition indication. As such, the naks cannot be transmitted,    let alone received, until the following heartbeat. In order to not    have any single packet loss cause transport failure, the naks should    have the opportunity to be transmitted at least twice.  
  712.  
  713.    When the loss is detected, the nak must be transmitted and should be  
  714.  
  715.   
  716.  
  717. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 32]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992   
  718.  
  719.    received at the producing process in less than two heartbeats after    the data it references was transmitted. Again, it is the detection    time that dominates, not the transmission of the nak.  
  720.  
  721.            Retention (minimum) = 3.  
  722.  
  723.    The resources committed to a producing transport using the above    assumptions are buffers sufficient for 80 packets of 1500 bytes each.    Each buffer will be committed for 600 - 800 milliseconds.  
  724.  
  725.    Transports that span multiple networks have unique problems. One such    problem is that if a router drops a packet, all the processes on the    remote network may attempt to send a nak[request] at the same time.    That is not likely to enhance the router's quality of service.    Furthermore, it is obvious that any one nak[request] will suffice to    prompt the producer to retransmit the desired packet. To reduce the    number of nak[requests] in this situation, the following scheme might    be employed.  
  726.  
  727.    First, extend the value of retention to a minimum value of N. Then    use a randomizing function that returns a value between zero and N -    2, choose how many heartbeat intervals to dally before sending the    nak[request], thus spreading out the transmissions over time. In    order for the method to be meaningful, the minimum value of retention    must be adjusted.  
  728.  
  729.            Retention (minimum) = 5 (for internet cases)  
  730.  
  731. 3.4.3.  Caching member information  
  732.  
  733.    In order to reduce transport member interaction and to enhance    performance, a certain amount of caching should be employed by    producing members. These caches may be filled by gleaning information    from reliable sources such as multicast data or, when all else fails,    from responses solicited from the web's master by use of the    isMember[request]. IsMember[request] requests are unicast to a member    that is believed to have an accurate state of the web, at least to    the degree that it can answer the question posed. The destination of    such a message is usually the master. But in cases where a process    (such as the master) wants to verify that a process believes itself    to be valid, it can assign the target TSAP and the destination to be    the same. It is assumed that every process can verify itself.  
  734.  
  735.    If the member receiving the isMember[request] can confirm the    target's active membership status in the web, it responds with a    unicast isMember[confirm]. The data field contains the credibility    value of the confirmation, that is the time (in milliseconds) since    the information was confirmed from a reliable source.  
  736.  
  737.   
  738.  
  739. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 33]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  740.  
  741.     Caches are risky as the information stored in them can become stale.    Consequently, with only a few exceptions, the entries should be aged,    and when sufficiently old, discarded. Ideally they may be renewed by    the same gleanable sources alluded to in the previous paragraph. If    not, they are simply discarded and refilled when needed.  
  742.  
  743.    Web membership may be gleaned from any packet that does not have a    value of unknown as the destination connection identifier. A    producing transport may extract the TSAP from such packets and either    create or refresh local caches. Then, if in the process of    transmitting and NAK is received from one of the members whose    identity is cached, no explicit request will be needed to verify the    source's membership.  
  744.  
  745.    The explicit source of membership information is the master.    Information can be requested by using the isMember message.    Information gathered in that manner should be treated the same as    gleaned information with respect to aging.  
  746.  
  747.    The aging is a function of the transport's time constant, or    heartbeat, and the retention. Information about a producing member    must be cached at least as long as that producer has incomplete    messages. It may be cached longer. The namespace for both sequence    numbers and connection identifiers is intentionally long to insure    that reuse of those namespaces will not likely collide.  
  748.  
  749. A.      Appendix: MTP as an Internet Protocol transport  
  750.  
  751.    MTP is a transport layer protocol, designed to be layered on top of a    number of different network layer protocols.  Such a protocol must    provide certain facilities that MTP expects.  In particular, the    underlying network level protocol must provide "ports" or "sockets"    to facilitate addressing of processes within a machine, and a    mechanism for multicast addressing of datagrams.  These two    addressing facilities are also used to formulate the NSAP for MTP on    IP.  
  752.  
  753. A.1     Internet Protocol multicast addressing  
  754.  
  755.    MTP on Internet Protocol uses the Internet Protocol multicast    mechanisms defined in RFC 1112, "Host Extensions for IP    Multicasting".  MTP requires "Level 2" conformance described in that    paper, for hosts which need to both send and receive multicast    packets, both on the local net and on an internet. MTP on Internet    Protocol uses the permanent host group address 224.0.1.9.  
  756.  
  757.   
  758.  
  759.   
  760.  
  761.  Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 34]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  762.  
  763.  A.2     Encapsulation  
  764.  
  765.    The Internet Protocol does not provide a port mechanism - ports are    defined at the transport level instead.  In order to encapsulate MTP    packet within Internet Protocol packets, a simple convergence or    "bridge" protocol must be defined to run on top of Internet Protocol,    which will provide MTP with the mechanism needed to deliver packets    to the proper processes.  We will call this protocol the    "MTP/Internet Protocol Bridge Protocol", or just "Bridge".  The    protocol header is encapsulated the Internet Protocol data - the    protocol field of the Internet Protocol packet carries the value    indicating this packet is an MTP packet (92 decimal).  The MTP packet    itself is encapsulated in the Bridge data. Figure A.1 shows the    positions of the fields within the MTP packet while table A.1 defines    the contents of those fields.  
  766.  
  767. A.3  Fields of the bridge protocol  
  768.  
  769.        0           7 8           15 16         23 24         31       ----------------------------------------------------------       |                            |                           |       |     destination port       |     source port           |       ----------------------------------------------------------       |                            |                           |       |     length                 |     checksum              |       ----------------------------------------------------------       |                                                        |       |                      client data                       |       ----------------------------------------------------------  
  770.  
  771.                Figure A.1 MTP bridge protocol header fields  
  772.  
  773.    destination port The port to which the packet is destined or sinked.  
  774.  
  775.    source port The port from which the packet originates or is sourced.  
  776.  
  777.    length      The length in octets of the bridged packet, including                header and all data (the MTP packet).  The minimum value                in this field is 8, the maximum is 65535.  The length                does not include any padding bytes that were used to                compute the checksum.  Note that though this field allows                for very long packets, most networks have significantly                shorter maximum frame sizes - the allowable and optimal                packet size must be determined by means beyond the scope                of this specification.  
  778.  
  779.    checksum    The 16 bit one's compliment of the one's compliment sum                of the entire bridge protocol header and data, padded  
  780.  
  781.   
  782.  
  783. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 35]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  784.  
  785.                 with a zero octet (if necessary) to make multiple 16 bit                quanities. A computed checksum of all zeros should be                changed to all ones.  The checksum field is optional -                all zeros in the field indicate that checksums are not in                use.  
  786.  
  787.    data        The data field is the field that carries the actual                transport data. A single MTP packet will be carried the                data field of each bridge packet.  
  788.  
  789. A.4     Relationship to other Internet Protocol Transports  
  790.  
  791.    The astute reader might note that the MTP/Bridge Protocol looks much    like the User Datagram Protocol (UDP).  UDP itself was not used    because the protocol field in the Internet Protocol packet should    reflect the fact that the higher level protocol of interest is MTP.  
  792.  
  793. References  
  794.  
  795.    AFM91   Armstrong, S., A. Freier and K. Marzullo, "MTP: An Atomic            Multicast Transport Protocol", Xerox Webster Research Center            technical report X9100359, March 1991.  
  796.  
  797.    Bog83   Boggs, D., "Internet Broadcasting", Xerox PARC technical            report CSL-83-3, October 1983.  
  798.  
  799.    BSTM79  Boggs, D., J. Shoch, E. Taft, and R. Metcalfe, "Pup: An            Internetwork Architecture", IEEE Transactions on            Communications, COM-28(4), pages 612-624. April 1980.  
  800.  
  801.    DIX82   Digital Equipment Corp., Intel Corp., Xerox Corp., "The            Ethernet, a Local Area Network: Data Link and Physical Layer            Specifications", September 1982.  
  802.  
  803.    CLZ87   Clark, D., M. Lambert, and L. Zhang, "NETBLT: A high            throughput transport protocol", In Proceedings of ACM SIGCOMM            '87 Workshop, pages 353-359, 1987.  
  804.  
  805.    CM87    Chang J., and M. Maxemchuck. "Atomic broadcast",  ACM            Transactions on Computer Systems, 2(3):251-273, August 1987.  
  806.  
  807.    Cri88   Cristian, F., "Reaching agreement on processor group            membership in synchronous distributed systems",  In            Proceedings of the 18th International Conference on Fault-            Tolerant Computing. IEEE TOCS, 1988.  
  808.  
  809.    Dee89   Deering, S., "Host Extensions for IP Multicasting", RFC 1112,            Stanford University, August 1989.  
  810.  
  811.   
  812.  
  813. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 36]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  814.  
  815.     Fre84   Freier, A., "Compatability and interoperability", Open letter            to XNS Interest Group, Xerox Systems Developement Division,            December 13, 1984.  
  816.  
  817.    JB89    Joseph T., and K. Birman, "Reliable Broadcast Protocols",            pages 294-318, ACM Press, New York, 1989.  
  818.  
  819.    Pos81   Postel, J., "Transmission Control Protocol - DARPA Internet            Program Protocol Specification", RFC 793, DARPA, September            1981.  
  820.  
  821.    Xer81   Xerox Corp., "Internet Transport Protocols", Xerox System            Integration Standard 028112, Stamford, Connecticut. December            1981.  
  822.  
  823. Footnotes  
  824.  
  825.    [1] The network layer is not specified by MTP. One of the goals is to    specify a transport that can be implemented with equal functionality    on many network architectures.  
  826.  
  827.    [2] There's only one such multicast connection identifier per web. If    there are multiple processes on the same machine participating in a    web, the transport must descriminate between those processes by using    the connnection identifier.  
  828.  
  829.    [3] Determining the network service access point (NSAP) for a given    instantiation of a web is not addressed by this protocol. This    document may define some policy, but the actual means are left for    other mechanisms.  
  830.  
  831.    [4] Best effort delivery is also known as highly reliable delivery.    It is somewhat unique that the qualifying adjective highly weakens    the definition of reliable in this context.  
  832.  
  833.    [5] The resource being flow controlled is packets carrying client    data.  Consequently, full data units provide the greatest efficiency.  
  834.  
  835.    [6] There seems to be an opportunity to suppress retransmissions to    networks that were not represented in the set of naks received.  
  836.  
  837. Security Considerations  
  838.  
  839.    Security issues are not discussed in this memo.  
  840.  
  841.   
  842.  
  843.   
  844.  
  845.   
  846.  
  847. Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 37]   RFC 1301              Multicast Transport Protocol         February 1992  
  848.  
  849.  Authors' Addresses  
  850.  
  851.    Susan M. Armstrong    Xerox Webster Research Center    800 Phillips Rd. MS 128-27E    Webster, NY 14580  
  852.  
  853.    Phone: (716) 422-6437    EMail: armstrong@wrc.xerox.com  
  854.  
  855.     Alan O. Freier    Apple Computer, Inc.    20525 Mariani Ave. MS 3-PK    Cupertino, CA 95014  
  856.  
  857.    Phone: (408) 974-9196    EMail: freier@apple.com  
  858.  
  859.     Keith A. Marzullo    Cornell University    Department of Computer Science    Upson Hall    Ithaca, NY 14853-7501  
  860.  
  861.    Phone: (607) 255-9188    EMail: marzullo@cs.cornell.edu  
  862.  
  863.       Keith Marzullo is supported in part by the Defense Advanced       Research Projects Agency (DoD) under NASA Ames grant number NAG       2-593, Contract N00140-87-C-8904.  The views, opinions and       findings contained in this report are those of the authors and       should not be construed as an official Department of Defense       position, policy, or decision.  
  864.  
  865.   
  866.  
  867.   
  868.  
  869.   
  870.  
  871.   
  872.  
  873.   
  874.  
  875.   
  876.  
  877.   
  878.  
  879.  Armstrong, Freier & Marzullo                                   [Page 38]    
  880.