Local Area Network (LAN)

Local Area Network (LAN) Klasifikasi LAN Standar LAN IEEE 802: Ethernet (IEEE 802.3) Token Ring (IEEE 802.5) Token Bus (IEEE 802.4) Wireless LAN (IEEE 802.11) ……

Klasifikasi LAN Media transmisi fisik: Shielded/Unshielded Twisted Pair (STP/UTP) 10BaseT, Coaxial Cable (thin - 10Base2, Thick - 10Base5), Optical fiber (10BaseF), Wireless Topologi: Bus, Ring, Tree/Hub, Star Media Access Control: CSMA/CD, control token, fixed slots Standard Bodies: IEEE, ISO

Standard - IEEE 802.x (ISO 8802.x) Awal pengembangan LAN: banyak network dikembangkan  incompatible Awal 1980-an IEEE mengusulkan standar utk mengatasi incompatibility Tipe-tipe LAN dikenal sbg IEEE 802, mis 802.3, 802.4, 802.5, ….. ISO mengadopsi IEEE 802 sbg ISO 8802

IEEE 802 Relevan utk LAN

Protokol LAN & Model OSI

Link Layer Application Physical Link Network Transport Session Presentation Model 7-layer OSI Telnet SMTP HTTP NNTP FTP TFTP TCP UDP IP LAN-LINK Model 4-layer Internet

Fungsi LLC, MAC & Physical Layer Logical Link Control (LLC) - menyediakan fungsi data link control Medium Access Control (MAC) - memanage komunikasi melalui link yang di-share bersama Physical layer - Encoding/decoding sinyal; pembangkitan/pembuangan preamble (utk sinkronisasi); transmisi/penerimaan bit

Topologi

Teknik Medium Access Control (MAC) Random Access Contention: sesuai utk bursty traffic Scheduling Round robin: Tiap station bergantian diberi kesempatan transmit. Dlm durasi ini station dp menolak transmit atau transmit dg batasan tertentu (jumlah maksimum data atau waktu) Reservation: Sesuai utk stream traffic

Standar Teknik MAC

Overview Ethernet Sejarah CSMA/CD Bandwidth: 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps Dikembangkan oleh Xerox pd pertengahan 70-an, berbasis jaringan packet-radio Aloha Distandarkan oleh Xerox, DEC, dan Intel pd 1978, (kemudian standard IEEE 802.3) CSMA/CD carrier sense: nodes mendeteksi apakah medium idle (kosong) atau sibuk multiple access: multiple station menggunakan bersama bandwidth collision detection: station-station ‘mendengar’ yg ditransmisikan dan mendeteksi ‘collisions’ Bandwidth: 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps Segmen Ethernet (coaxial cables berbeda, max 500 m): transceiver: mendeteksi jika medium idle, kirim sinyal elektrik adapter: mengimplementasikan Ethernet MAC protocol (dlm hardware)

Batasan Ukuran Jaringan CSMA/CD t=tprop- t=tprop t=0 t=2tprop- tprop tprop Utk menjamin paket ditransmikan tanpa collision, user harus mampu mendeteksi collision sebelum transmisi paket selesai

Batasan Ukuran Jaringan CSMA/CD Supaya suatu user dp mendeteksi collision sebelum transmisi paket selesai, harus memenuhi tf > 2 tprop tf : Waktu transmisi paket tprop : delay propagasi Dengan kata lain ada panjang paket minimum untuk jaringan CSMA/CD

Thick copper coaxial cable Ethernet Original Thick copper coaxial cable 10Mb/s Repeater tiap 500m tprop_max = l/c = 1500/2,5 x 108 = 6 s tf > 2tprop  tf > 12 s  Ukuran paket ≥ (12 s) x 10 Mb/s = 120 bit Dlm praktek, ukuran paket minimum = 512 bits (64 byte) Memberikan waktu ekstra utk deteksi collisions Cukup panjang utk mengisi 2500 m Ethernet beroperasi pd 10 Mbps Memungkinkan “repeaters” dp memperkuat sinyal

Ethernet Original Gambaran original oleh Bob Metcalfe, inventor Ethernet (1972 – Xerox PARC)

IEEE 802.3/Ethernet Metoda akses: CSMA/CD Maksimum waktu akses tdk terbatas Spesifikasi media fisik 10Base5 (thick Ethernet) Bus, thick coaxial, 10 Mbps, segmen 500m 10Base2 (Thin Ethernet) Bus, thin coaxial, 10 Mbps, segmen 200m 10BaseT Star (hub), twisted pair (UTP, STP), 10 Mbps, segmen 100m 10BaseF Star (hub), fiber optic, 10 Mbps, segmen 2000 m 100BaseT Star (hub), twisted pair (UTP, STP), 100 Mbps, segmen 100 m 100BaseF Star (hub), fiber optic, 100 Mbps, segmen 2000m Tidak ada prioritas

Ethernet Standard 10 MB/s IEEE 802.3 Ethernet MAC Protocol 10Base-5 10Base-2 10Base-T 10Base-F Pilihan physical layer berbeda 10Base-5: Ethernet Original: thick coaxial cable 10Base-2: Thin coaxial cable 10Base-T: Kabel telepon Voice-grade unshielded twisted-pair Category-3 10Base-F: optical fibers

10Base-T “Twisted pair Ethernet” Panjang kabel max 100m Repeater “Hub” Router Dirancang utk menggunakan kawat telepon twisted pair voice-grade “Category-3” Managemen terpusat (“menggunakan hub”)  lebih handal Meningkatkan penggunaan Ethernet

Menaikkan Laju Data 10 Mb/s  100 Mb/s  1 Gb/s  10 Gb/s Problem: tf > 2tprop Mis. CSMA/CD pd 100Mb/s pd kabel 1500m: tprop_max = l/c = 1500/2,5 x 108 = 6 s tf > 2tprop  tf > 12 s  Ukuran paket ≥ (12 s) x 100 Mb/s = 1200 bit Utk mengatasi dua teknik digunakan: Panjang kabel dibatasi 100m: Gunakan Ethernet Switching untuk mengatasi collision

Ethernet Standar 100Mb/s “Fast Ethernet” Ethernet MAC Protocol 100Base-T4 100Base-TX 100Base-FX Pilihan physical layer berbeda Segmen kabel sampai 100m 100Base-T4: menggunakan kabel voice grade Category-3 100Base-TX: menggunakan kabel data grade Category-5 100Base-FX: menggunakan optical fibers

Ethernet Standard 1Gb/s “Gigabit Ethernet” Ethernet MAC Protocol 1000Base-TX 1000Base-FX 1000Base-TX: menggunakan kabel data grade Category-5 1000Base-FX: menggunakan optical fibers

Encoding Sinyal Physical Layer

Frame Format Ethernet DA SA Data Pad Preamble SFD DA SA Type Data Pad CRC 7 1 6 2 0-1500 0-46 4 Bytes: Preamble: utk sinkronisasi penerima Start of Frame Delimiter: indikasi awal frame (10101011) Destination Address: 48-bit address unik dialokasikan oleh manufacturer Type/Length: Indikasi tipe data dalam frame/protokol dari encapsulated data, mis. IP (Ethernet), atau Panjang data (IEEE 802.3) Pad: Nol utk menjamin panjang frame minimum CRC: Cyclic Redundancy Check

IEEE 802.5 Token Ring Metoda Akses: Token Passing

IEEE 802.5 Token Ring Setiap station hanya diijinkan memegang token selama selang waktu yg terbatas THT (Token Holding Time) Maksimum waktu akses terbatas Ada prioritas Media transmisi: coaxial cable, twisted pair, fiber optic Line Coding: Manchester encoding

Format Frame Token Ring

802.5 MAC Sublayer Protocol Format Token Start Delimiter (SD): JK0JK000 J dan K simbol nondata Access Control (AC) M : Monitor bit T : Token bit (0) PPP : Indikasi prioritas RRR : Priority reservation End Delimiter (ED) : JK1JK1IE I : Indikasi intermediate frame E : Diset oleh sembarang station jika terdeteksi ada error pd frame (Pada Token, I dan E = 0)

802.5 MAC Sublayer Protocol Format Frame Star/End Delimiter (SD/ED) : Spt pd Token Access Control (AC) : Spt pd Token kecuali T = 1 Frame Control (FC) TT : Tipe frame ZZZZZZ : Tipe frame MAC Format Status (FS) A,A : Bit duplikat indikasi address dikenali C,C : Bit duplikat indikasi frame di-copy X : Reserve bit A = 0 & C = 0 : Tujuan tdk ada atau power off A = 1 & C = 0 : Tujuan ada tetapi frame tdk diterima A = 1 & C = 1 : Tujuan ada dan frame di-copy

Fungsi-Fungsi Monitor Satu station bertindak sbg monitor Tugas monitor: deteksi & recovery Frame yg terus bersirkulasi Monitor set M bit = 1 Jika monitor menerima frame dg M = 1  frame sudah bersirkulasi satu ring penuh  kondisi error  monitor menghilangkan frame dari ring Token hilang Terdeteksi dg absennya aktivitas pd ring Monitor dilengkapi dg timer yg akan di-reset jika frame valid atau token terdeteksi. Jika timer habis  bangkitkan token baru

Fungsi-Fungsi Monitor Semua station dp bertindak sbg monitor  standby monitor Station yg ditunjuk sbg monitor  active monitor Active monitor secara periodik mengeluarkan ACTIVE_MONITOR_PRESENT Setiap station memp timer dan mereset jika mendengar ACTIVE_MONITOR_PRESENT Active monitor absen menyebabkan timer habis Station-station melakukan proses pemilihan monitor dg menggunakan frame CLAIM_TOKEN. Proses menghasilkan station dg address tertinggi sbg Active Monitor

IEEE 802.4: Token Bus Topologi Metoda akses: Token Passing Secara fisik Bus Secara logik Ring Metoda akses: Token Passing Maksimum waktu akses terbatas MAC Protocol mencakup penambahan & penghapusan station dari ring Bit rate 1.5, 10 Mbps Ada prioritas

802.4 MAC Sublayer Protocol Format Frame Start Delimiter (SD) : NN0NN000 End Delimiter (ED) : NN1NN1IE N : Simbol nondata I : Intermediate Frame Bit I = 1 Indikasi masih ada frame berikutnya I = 0 Indikasi frame terakhir E : Error detected bit E di-set 0 oleh sumber E di-set 1 oleh penerima jika terdeteksi error

802.4 MAC Sublayer Protocol Frame Control (FC) Digunakan utk menunjukan tipe frame: frame data atau frame control Frame data: Memuat prioritas frame  kelas 0, 2, 4, 6 Indikasi permintaan Ack Frame Control

Token Passing

MAC Control Frame

Prosedur MAC Layer Aktifitas-aktifitas spt bypassing, menjaga ring lojik, penambahan station baru, dll  bagian dari MAC Protocol (software) Slot time Waktu max station menunggu respon Frame MAC Control = 2 x (Max delay propagasi + delay proses) + safety margin Tiap station menyimpan alamat Sendiri – TS Station dimana token akan diberikan – NS Station darimana token diterima - PS

Penyisipan Station ‘Listen Only’ station dp dihubungkan pd Bus Station ini tdk pernah terima token (tdk dp transmit data), tetapi dp memberikan respon thd pemegang token Pemegang token mengundang insertion setelah transmit semua frame & sebelum melepaskan token Hanya station-station (‘Listen-Only’) pd range address tertentu yg dp menerima undangan bergabung Prosedur insertion tergantung pd lokasi pemegang token dlm ring

Penyisipan Station Kasus 1: TS > NS Pemegang token melepaskan SOLICIT_SUCCESSOR_1  mengundang ‘Listen-Only” station yg memp address antara NS – TS Jika tdk terdengar apa-apa selama respon window (1 time slot) pemegang token melepas token ke NS. Selesai Jika ada ‘Listen-Only’ station (dlm range address) yg ingin bergabung  respon dg SET_SUCCESSOR Pemegang token mereset NS dg harga yg baru (address dari SET_SUCCESSOR) & melepaskan token ke station tsb. Selesai Jika lebih dari satu ‘Listen-Only’ station merespon SOLICIT_SUCCESSOR_1  collision. Lakukan prosedur Contention Resolution  pilih station dg address terbesar

Penyisipan Station Kasus 2: TS < NS (hanya satu station) Spt kasus 1 tetapi digunakan SOLICIT_SUCCESSOR_2 dg dua respon window ‘Listen-Only’ station dg address < TS merespon dg SET_SUCCESSOR pd respon window pertama ‘Listen-Only’ station dg address > NS merespon dg SET_SUCCESSOR pd respon window kedua, jika tdk terdengar transmisi pd respon window pertama

Contention Resolution Jika terjadi collision SET_SUCCESSOR, pemegang token menunggu sampai transmisi selesai, kemudian melepaskan RESOLVE_CONTENTION Empat respon window dibuka Station-station yg mengeluarkan SET_SUCCESSOR mulai transmit dlm respon window sbb: Station boleh merespon pd window pertama jika dua bit MSB dari address 11 Station dg dua bit MSB address 10, 01, atau 00 boleh merespon masing-masing pd window ke 2, 3 dan 4. jika tdk terdengar transmisi pd window sebelumnya Jika tdk terdengar frame SET_SUCCESSOR yg sukses berarti lebih dari dua station memp dua bit MSB yg sama  proses diulangi dg frame RESOLVE_CONTENTION yg baru & hanya station-station yg sebelumnya transmit yg diperbolehkan ikut kembali. Station-station ini sekarang menggunakan 2 bit berikutnya dari bit-bit address. Proses diulangi sampai sukses

Station Deletion Station dp menolak utk merespon token yg diterima  station akan di-by pass

Inisialisasi Ring Setiap station memp inactivity timer Jika timer habis, station akan mencoba inisialisasi kembali ring (reinitilization ring) Proses Reinitilisasi Token Claiming Utk claim token station transmit frame Claim_Token dg field data berisi 0, 2, 4 atu 6 slot time Panjang data tergantung pd dua bit (MSB) dari address station Station dg address bit 00, 01, 10 dan 11 memp panjang data 0, 2, 4 dan 6 slot time Setelah selesai transmisi CLAIM_TOKEN, station menunggu 1 slot time dan ‘mendengar’/sense kanal Jika terdeteksi ada transmisi berarti satu atau lebih station dg address yg lebih tinggi transmit CLAIM_TOKEN  station mundur dari claim token Jika tdk terdeteksi ada transmisi, station transmit lagi CLAIM_TOKEN dg panjang data ditentukan 2 bit address berikutnya

Inisialisasi Ring Jika setelah CLAIM_TOKEN utk 2 bit terakhir tdk terdeteksi transmisi  station memenangkan claim token Station membentuk ring lojik dari dirinya sendiri dg men-set TS=NS=PS Selanjutnya dilakukan proseduur station insertion  proses diulang oleh station baru sampai tdk ada station lagi utk di-insert dan ring kembali ke operasi normal

Token Passing Fitur Umum Suatu token berotasi mengelilingi ring dari satu node ke node lain.  tPROP = waktu rotasi min mengelilingi ring  tT: Waktu transmisi token  utk token passing  c : kapasitas link (bps) Semua node (komputer, router, dll.) menerima semua data dan token, dan meneruskan sepanjang ring Jika suatu node ingin transmit paket, node akan ‘mengambil’ token pada saat token lewat Token dikuasai selama transmit Jika transmisi sudah selesai, token dilepaskan kembali

Token Passing Fitur Umum Data Token/Data l1 l3 l2 l4 TRT=Token Rotation Time Listen: Talk:

Versi #1: Release After Reception (RAR) Komputer mengambil token, transmits data, tunggu data sukses mengelilingi ring, lalu lepas kembali token Memungkinkan komputer mendeteksi frame error dan retransmisi Contoh evolusi waktu dimana host 1 dan host 3 punya paket utk transmit: tprop tT tT tf tf Data Token Token Data l1/c l2/c lN/c l1/c l2/c l3/c time Token mening- galakan host 1 Token tiba di host 3 Token tiba pd host 1 Token arrives at host 2

Efisiensi RAR Efisiensi, , adalah bagian waktu dihabiskan utk mengirimkan data Definisi: Ti,j adalah waktu dari saat token tiba pd host i sampai berikutnya tiba pd host j

Versi 2: Release After Transmission (RAT) Komputer mengambil token, transmit data, lalu melepaskan token segera Contoh diagram waktu dimana host 1 dan host 3 punya paket utk transmit: Data time tf Token Token tiba pd host 1 Token lepas dari host 1 Token tiba pd host 2 l1/c tT Token tiba pd host 3 l2/c

Efisiensi RAT

Perbandingan Efisiensi Contoh: jaringan 100 node tprop = 1000m/c tf = (1000bits)/ (100Mb/s)

Token Ring Teknik: Release After Reception (RAR) Release After Transmissions (RAT) Contoh: RAR: IEEE 802.5 Token Rings RAT: Fiber Distributed Data Interface (FDDI)