Jaringan komputer

Pendahuluan

Di akhir milenium kedua perkembangan internet sungguh revolusioner karena internet telah memasuki segala aspek kehidupan manusia. Dengan internet kita dapat melakukan bisnis lebih efisien, melakukan komunikasi antara manusia dengan manusia, manusia dengan computer atau komputer dengan komputer. Internet sendiri adalah sebuah sistem yang memberikan informasi yang terorganisir dan terkelola dengan baik. Jadi internet itu sendiri adalah sebuah sistem yang terstruktur dan terorganisir. Untuk memahami bagaimana hubungan internet dengan TCP/IP, mula-mula kita harus mendefinisikan konsep protokol. Tentu saja kita dituntut untuk proaktif mengamati dan mempelajari standar-standar yang dikeluarkan oleh organisasi-organisasi yang berkompeten dalam pengembangan internet menjadi suatu standar bersama. Mengapa? Dapat dibayangkan jika ratusan organisasi baik ilmiah maupun komersil membuat standarnya sendiri sendiri akan menjadi tidak mungkin bila mengaplikasikan perangkat komunikasi yang berbeda standar satu dengan yang lainnya.

Protokol

Dalam suatu jaringan komputer, terjadi sebuah proses komunikasi antar entiti atau perangkat yang berlainan sistemnya. Entiti atau perangkat ini adalah segala sesuatu yang mampu menerima dan mengirim. Untuk berkomunikasi mengirim dan menerima antara dua entity dibutuhkan pengertian di antara kedua belah pihak. Pengertian ini lah yang dikatakan sebagai protokol. Jadi protokol adalah himpunan aturan-aturan main yang mengatur komunikasi data. Protokol mendefinisikan apa yang dikomunikasikan bagaimana dan kapan terjadinya komunikasi. Elemen-elemen penting daripada protokol adalah : syntax, semantics dan timing.

• Syntax mengacu pada struktur atau format data, yang mana dalam urutan tampilannya memiliki makna tersendiri. Sebagai contoh, sebuah protokol sederhana akan memiliki urutan pada delapan bit pertama adalah alamat pengirim, delapan bit kedua adalah alamat penerima dan bit stream sisanya merupakan informasinya sendiri.
• Semantics mengacu pada maksud setiap section bit. Dengan kata lain adalah bagaimana bit-bit tersebut terpola untuk dapat diterjemahkan.
• Timing mengacu pada 2 karakteristik yakni kapan data harus dikirim dan seberapa cepat data tersebut dikirim. Sebagai contoh, jika pengirim memproduksi data sebesar 100 Megabits per detik (Mbps) namun penerima hanya mampu mengolah data pada kecepatan 1 Mbps, maka transmisi data akan menjadi overload pada sisi penerima dan akibatnya banyak data yang akan hilang atau musnah.

 Model OSI

Model OSI adalah sebuah badan multinasional yang didirikan tahun 1947 yang bernama International Standards Organization (ISO) sebagai badan yang melahirkan standar-standar standar internasional. ISO ini mengeluarkan juga standar jaringan komunikasi yang mencakup segala aspek yaitu model OSI. OSI adalah open system yang merupakan himpunan protokol yang memungkinkan terhubungnya 2 sistem yang berbeda yang berasal dari underlying architecture yang berbeda pula. Jadi tujuan OSI ini adalah untuk memfasilitasi bagaimana suatu komunikasi dapat terjalin dari sistem yang bebeda tanpa memerlukan perubahan yang signifikan pada hardware dan software di tingkat underlying. Pada Gambar 1 diperlihatkan lapisan model OSI.

Gambar 1.lapisan model OSI.

Layer/lapisan menurut OSI :

1. Lapisan Fisik (Physical Layer )
Lapisan fisik melakukan fungsi pengiriman dan penerimaan bit stream dalam medium fisik. Dalam lapisan ini kita akan mengetahui spesifikasi mekanikal dan elektrikal daripada media transmisi serta antarmukanya. Hal-hal penting yang dapat dibahas lebih jauh dalam lapisan fisik ini adalah :
• Karakteristik fisik daripada media dan antarmuka.
• Representasi bit-bit. Maksudnya lapisan fisik harus mampu menterjemahkan bit 0 atau 1, juga termasuk pengkodean dan bagaimana mengganti sinyal 0 ke 1 atau sebaliknya.
• Data rate (laju data).
• Sinkronisasi bit.
• Line configuration (Konfigurasi saluran). Misalnya: point-to-point atau point-to-multipoint
• configuration.
• Topologi fisik. Misalnya: mesh topology, star topology, ring topology atau bus topology.
• Moda transmisi. Misalnya : half-duplex mode, full-duplex (simplex) mode.

2. Lapisan Data Link (Data Link Layer)
Lapisan data link berfungsi mentransformasi lapisan fisik yang merupakan fasilitas transmisi data mentah menjadi link yang reliabel. Dalam lapisan ini menjamin informasi bebas error untuk ke lapisan di atasnya. Tanggung jawab utama lapisan data link ini adalah sebagai berikut :
• Framing. Yaitu membagi bit stream yang diterima dari lapisan network menjadi unit-unit data yang disebut frame.
• Physical addressing. Jika frame-frame didistribusikan ke sistem lainpada jaringan, maka data link akan menambahkan sebuah header di muka frame untuk mendefinisikan pengirim dan/atau penerima.
• Flow control. Jika rate atau laju bit stream berlebih atau berkurang maka flow control akan melakukan tindakan yang menstabilkan laju bit.
• Error control. Data link menambah reliabilitas lapisan fisik dengan penambahan mekanisme deteksi dan retransmisi frame-frame yang gagal terkirim.



3. Lapisan Network (Network Layer)

Lapisan network bertanggung jawab untuk pengiriman paket dengan konsep source-to-destination. Adapun tanggung jawab spesifik lapisan network ini adalah:
• Logical addressing. Bila pada lapisan data link diimplementasikan physical addressing untuk penangan pengalamatan/addressing secara lokal, maka pada lapisan network problematika addressing untuk lapisan network bisa mencakup lokal dan antar jaringan/network. Pada lapisan network ini logical address ditambahkan pada paket yang datang dari lapisan data link.
• Routing. Jaringan-jaringan yang saling terhubung sehingga membentuk internetwork diperlukan metoda routing/perutean. Sehingga paket dapat ditransfer dari satu device yang berasal dari jaringan tertentu menuju device lain pada jaringan yang lain.

4. Lapisan Transpor (Transport Layer)

Lapisan transpor bertanggung jawab untuk pengiriman source-to-destination (end-to-end) daripada jenis message tertentu. Tanggung jawab spesifik lapisan transpor ini adalah:
• Sevice-point addressing. Komputer sering menjalankan berbagai macam program atau aplikasi yang berlainan dalam saat bersamaan. Untuk itu dengan lapisan transpor ini tidak hanya menangani pengiriman/delivery source-to-destination dari computer yang satu ke komputer yang lain saja namun lebih spesifik kepada delivery jenis message untuk aplikasi yang berlainan. Sehingga setiap message yang berlainan aplikasi harus memiliki alamat/address tersendiri lagi yang disebut service point address atau port address.
• Segmentation dan reassembly. Sebuah message dibagi dalam segmen-segmen yang terkirim. Setiap segmen memiliki sequence number. Sequence number ini yang berguna bagi lapisan transpor untuk merakit/reassembly segmen-segman yang terpecah atau terbagi tadi menjadi message yang utuh.
• Connection control. Lapisan transpor dapat berperilaku sebagai connectionless atau connection-oriented.
• Flow control. Seperti halnya lapisan data link, lapisan transpor bertanggung jawab untuk kontrol aliran (flow control). Bedanya dengan flow control di lapisan data link adalah dilakukan untuk end-to-end.
• Error control. Sama fungsi tugasnya dengan error control di lapisan data link, juga berorientasi end-to-end.

5. Lapisan Session (Session Layer)
Layanan yang diberikan oleh tiga layer pertama (fisik, data link dan network) tidak cukup untuk beberapa proses. Maka pada lapisan session ini dibutuhkan dialog controller. Tanggung jawab spesifik:
• Dialog control.
• Sinkronisasi
6. Lapisan presentasi (Presentation Layer)
Presentation layer lebih cenderung pada syntax dan semantic pada pertukaran informasi dua sistem. Tanggung jawab spesifik :
• Translasi
• Enkripsi
• Kompresi
7. Lapisan Aplikasi (Application Layer)
Sesuai namanya, lapisan ini menjembatani interaksi manusia dengan perangkat lunak/software aplikasi.




 Protokol TCP/IP
TCP/IP dikembangkan sebelum model OSI ada. Namun demikian lapisan-lapisan padaTCP/IP tidaklah cocok seluruhnya dengan lapisan-lapisan OSI. Protokol TCP/IP hanya dibuat atas lima lapisan saja: physical, data link, network, transport dan application. Cuma hanya lapisan aplikasi pada TCP/IP mencakupi tiga lapisan OSI teratas, sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 2.. Khusus layer keempat, Protokol TCP/IP mendefinisikan 2 buah protokol yakni Transmission Control Protocol (TCP) dan User Datagram Protocol Protocol (UDP). Sementara itu pada lapisan ketiga, TCP/IP mendefiniskan sebagai Internetworking Protocol (IP), namun ada beberapa protokol lain yang mendukung pergerakan data pada lapisan ini.

Gambar 2. Susunan Protokol TCP/IP dan model OSI.

Layer/lapisan menurut Protokol TCP/IP :

1. Physical dan Data Link Layer
Pada lapisan ini TCP/IP tidak mendefinisikan protokol yang spesifik. Artinya TCP/IP
mendukung semua standar dan proprietary protokol lain.
2. Network Layer
Pada lapisan ini TCP/IP mendukung IP dan didukung oleh protokol lain yaitu:
• Internetworking Protocol (IP)
mekanisme transmisi yang digunakan oleh TCP/IP. IP disebut juga unreliable dan connectionless datagram protocol-a besteffort delivery service. IP mentransportasikan data dalam paket-paket yang disebut datagram.
• Address Resolution Protocol (ARP)
ARP digunakan untuk menyesuaikan alamat IP dengan alamatfisik (Physical address).
• Reverse Address Resolution Protocol (RARP)
RARP membolehkan host menemukan alamat IP nya jika dia sudah tahu alamat fiskinya. Ini berlaku pada saat host baru terkoneksi ke jaringan.
• Internet Control Message Protocol (ICMP)
ICMP adalah suatu mekanisme yang digunakan oleh sejumlah host dan gateway untuk mengirim notifikasi datagram yang mengalami masalah kepada host pengirim.
• Internet Group Message Protocol (IGMP)
IGMP digunakan untuk memfasilitasi transmisi message yang simultan kepada
kelompok/group penerima.



3. Transport Layer
• User Datagram Protocol (UDP)
UDP adalah protokol process-to-process yang menambahkan hanya alamat port, check-sum error control, dan panjang informasi data dari lapisan di atasnya. Kegunaan UDP :
• UDP cocok untuk proses yang memerlukan request-respons communication dan sedikit sekali memperhatikan masalah flow control dan error control.
• UDP yang melakukan proses dengan mekanisme internal flow control dan error control hanya untuk proses TFTP (Trivial File Transfer Protocol).
• UDP cocok untuk multicasting dan broadcasting pada lapisan transport.
• UDP digunakan untuk manajemen proses seperti aplikasi SNMP.
• UDP digunakan pengupdate protokol ruting seperti pada RIP (Routing Informastion Protocol).
• Transmission Control Protocol (TCP)
TCP menyediakan layanan penuh lapisan transpor untuk aplikasi. TCP juga dikatakan protocol transpor untuk stream yang reliabel. Dalam konteks ini artinya TCP bermakna connection-oriented,dengan kata lain: koneksi end-to-end harus dibangun dulu di kedua ujung terminal sebelum kedua ujung terminal mengirimkan data.
Layanan TCP :
• Stream Data Service
TCP melakukan layanan stream data pada lapisan transport. Untuk pengiriman stream, pengirim dan penerima TCP menggunakan buffer. Data yang dilalukan secara streaming itu berupa segmen-segmen.
• Layanan Full-Duplex
TCP memberikan juga layanan full-duplex, di mana dta dapat berpindah dalam dua arah pada saat bersamaan.
• Layanan Reliabel
TCP merupakan protokol di lapisan transport yang sifatnya reliabel. Karena TCP menggunkan mekanisme acknowledgment.

4. Application Layer
Application Layer dalam TCP/IP adalah kombinasi lapisan-lapisan session, presentation dan application pada OSI.

TCP-Friendly Congestion Control Use Layered Multicast for Audio/Video Streaming Application in Internet

TCP/IP mendominasi sekitar 95% dari semua jumlah protokol yang digunakan, sedangkan 5% yang lainnya dikuasai oleh protokol UDP. Belakangan ini, internet banyak digunakan untuk streaming audio/video, multicast dan real time.
Dampak negatif yang berkembang adalah (1) bottleneck bottleneck yang akhirnya menyebabkan jaringan macet dan akhirnya collapse (2) jika throughput-nya rendah maka connection-nya akan drop (3) utilisasi rendah (4) delay tinggi (5) jaringan terbanjiri trafik non-UDP.
Tujuan dari penelitian ini adalah:
• Mendapatkan mekanisme kontrol kongesti TCP-Friendly untuk aplikasi streaming audio/video
• Mendapatkan penggunaan link secara adil untuk semua aplikasi yang berjalan (Fairness dg TCP)

Sedangkan ruang lingkupnya meliputi:
• Kontrol kongesti berdasarkan skema klasifikasi TCP-Friendly
• Kontrol kongesti pada sisi Receiver
• Menggunakan pendekatan RLM (Receiver-driven Layered Multicast)
• Kontrol terhadap aplikasi streaming audio/video


Kongesti: adalah fenomena jaringan dimana beban yang ditanggung melebihi kapasitas jaringan. Congestion Collapse identik dg istilah: “layu sebelum berkembang”. Dua pendekatan penanganan kongesti (Kontrol Kongesti) adalah reaktif yang mengendalikan kongesti setelah terjadi overload, dan proaktif yang menghindari kongesti sebelum overload terjadi. Kontrol Kongesti dapat dilakukan dengan eliminasi dan reduksi kongesti. Eliminasi dilakukan sebisa mungkin untuk menghindari terjadinya kongesti, sedangkan reduksi dilakukan jika memang terjadi, diupayakan kongesti dikurangi seminimal mungkin. Biasanya kontrol kongesti mengalami awalan yang lambat tetapi kemudian akan mencapai titik keseimbangan.
Streaming multimedia adalah suatu gabungan antara streaming sound dan streaming video. Streaming sound terjadi ketika suara yang dikirim dari sumber langsung dimainkan di klien, sedangkan streaming video terjadi ketika gambar-gambar yang dikirim langsung ditampilkan dilayar klien. Streaming terjadi jika bits-bits yang dikirim tidak terputus dan langsung sampai di komputer klien.
Bila ada komputer klien yang sedang mengunduh (download) suatu file multimedia (audio atau video) dengan struktur jaringan seperti dibawah :







maka masalah yang dapat muncul adalah dengan laju kecepatan berapa data harus dikirim, dan bagaimana mengendalikan trafik yang tidak memiliki mekanisme kontrol (non-TCP). Beberapa hal yang dapat dilakukan adalah lakukan kontrol terhadap:
• sender
• intermediate System (i.e.: Router)
• receiver
Beberapa algoritma untuk mengontrol kongesti dapat dilihat pada tabel dibawah :
Algoritme RFC 1122
TCP Tahoe
TCP Reno

RTT Variance Estimation
Y Y Y
Exponential RTP Backoff
Y Y Y
Karn’s Algorithm
Y Y Y
Slow Start
Y Y Y
Dynamic Window Sizing on Congestion
Y Y Y
Fast Retransmit
Y Y
Fast Recovery







Penyelesaian masalah kongesti ini akan disimulasikan kedalam tiga skenario yang nantinya akan dibandingkan. Skenario mana yang mampu menangani dengan baik akan dipilih sebagai sebuah penyelesaian. Beberapa skenario yang dicoba adalah:
 3 skenario pertama:
• unicast, kontrol kongesti TCP vs UDP
 3 skenario kedua:
• multicast, kontrol kongesti TCP-Friendly
Parameter yang diukur meliputi bit rate, durasi waktu simulasi, manajemen antrian, ukuran/panjang antrian, ukuran/panjang paket, protokol (agent), sumber trafik (aplikasi), dan latency. Keenam skenario tersebut menghasilkan analisis performa sebagai berikut :
• Trafik-trafik TCP lebih adil dalam berbagi kapasitas jaringan dengan maksimum throughput
• Trafik-trafik UDP sangat mendominasi link transmisi pada skenario 1-3, sedangkan pada skenario 4-6 terlihat adil (bahkan terlalu adil?) terhadap trafik TCP
• Paket-paket TCP pada skenario 1-3 jauh lebih sedikit mengalami drop namun pada simulasi multicast, paket TCP hampir tidak mendapatkan prioritas dan drop sebelum mencapai tujuan (congestion collapse)
Kesimpulan yang didapat dari penelitian ini adalah :
• Kondisi jaringan tetap baik (tidak mudah mengalami kongesti) selama trafik-trafik yang dominan merupakan aplikasi-aplikasi TCP
• Kondisi jaringan akan mengalami kongesti yang cukup tinggi (congestion collapse) jika trafik-trafik yang dominan merupakan aplikasi-aplikasi UDP
• Belum terlihat jelas TCP-Friendly walaupun trafik-trafik multicast cenderung tidak mendominasi link transmisi

Tweet
Komentar: