Transmisi Jaringan Komputer

Blok Dasar Pembangun Jaringan Suatu jaringan, secara prinsip, terdiri dari node dan link (yg menghubungkan node-node) Node: PC, server, special purpose hardware Terminologi Internet hosts, end-systems: PC dan server menjalankan aplikasi jaringan routers (switches): menyimpan dan meneruskan paket melalui jaringan Link: optical fiber, coaxial cable, twisted pair copper, radio, dll. Point-to-point Host dihubungkan secara langsung Multiple access (LAN, dll) Host menggunakan bersama (share) media transmisi

Karakteristik Jaringan Komputer Secara tradisional jaringan dioptimasikan untuk layanan spesifik Jaringan telepon television/radio broadcast network user terminals special purpose devices Jaringan komputer modern lebih umum: Terminal adalah general purpose PCs/workstations Jaringan mampu membawa segala jenis data Mendukung macam-macam aplikasi berbeda

Karakteristik Jaringan Komputer Isue: Bagaimana jaringan komputer menyediakan konektivitas Bagaimana penggunaan bersama (sharing) sumberdaya secara efisien dicapai Bagaimana aplikasi “berbicara” satu dg yg lain Bagaimana kinerja jaringan mempengaruhi sistem  Persyaratan direfleksikan dlm arsitektur jaringan

Membangun Jaringan Yg Lebih Besar Jar yg besar tdk dp dibangun hanya berbasis konektivitas point-to-point Menggunakan router (switch) utk interkoneksi host satu dg yg lain Node dikoneksikan bersama melalui switch membentuk jaringan Jar. dikoneksikan via gateway router membentuk entitas yg lebih besar

Network Edge vs Core Network pada Internet user dihubungkan ke core network lewat access network Link speed relatif rendah: Teknologi akses: dial up (modem over twisted pair), XDSL, Cable modem Mencakup fungsionalitas billing, managemen traffic utk tiap access Topologi tree Tdk ada user dihubungkan langsung ke core network Link speed tinggi: SDH/SONET over fiber Fungsionalitas sederhana (forward packet) Topologi mesh

Internet Terdiri dari jutaan host (end system) dihubungkan oleh link dan router Host mempertukarkan message dg menggunakan protocol, yg menawarkan, mis. Transfer handal Integritas urutan paket Router meneruskan data Berdasarkan service best effort Tdk ada jaminan thd kehilangan atau ketepatan waktu “Networks of networks” Loosely hierarchical Akses Internet disediakan oleh ISP (Internet Service Provider)

Multiplexing Multiplexing Problem: Mekanisme untuk mencapai resource sharing, yaitu, sharing link bandwidth Problem: Bagaimana link bandwidth digunakan bersama (shared) diantara n pengirim berbeda Pendekatan pertama: partisi bandwidth secara tegas utk semua FDM dan TDM

Frequency Division Multiplexing (FDM) Teknik multiplexing paling tua digunakan mis. pada sistem circuit switched analog Porsi tetap (frequency band) dari link bandwidth dialokasikan utk tiap kanal FDM multiplexer adalah lossless input: n 1-kanal koneksi physical output: 1 n-kanal koneksi physical

Time Division Multiplexing (TDM) Digunakan pd sistem circuit switched digital dan sistem transmisi digital Informasi dibawa pada link ditransfer dlm frame dg panjang tetap Porsi tetap (time slot) utk tiap frame dialokasikan utk tiap kanal TDM multiplexer adalah lossless input: n 1-kanal koneksi physical output: 1 n-kanal koneksi physical

Statistical Multiplexing FDM dan TDM tidak efisien Jika pengirim tdk punya data utk transmit, bandwidth yg dialokasikan utk pengirim tdk dp digunakan oleh user lain  statistical multiplexing Pada statistical multiplexing Unit transmisi dasar disebut paket Physical link digunakan bersama (shared) secara TDM tetapi secara on-demand (per tiap paket) Paket yg tiba bersamaan di-buffer (berebut) Sbg hasil, paket-paket dari sejumlah (multiple) pengirim saling disisipkan pada output Ruang buffer terbatas, krnnya buffer overflow dimungkinkan (congestion)

Statistical Multiplexing Statistical multiplexer (biasanya) lossy input: n koneksi physical dg link speeds Ri (i = 1,…,n) output: 1 koneksi physical dg link speed C  R1+ ... + Rn Namun, probabilitas loss dp dikurangi dg memperbesar buffer Dimungkinkan utk melakukan dimensioning ukuran buffer shg memberikan probabilita loss yg diinginkan dicapai (dibawah bbrp asumsi mengenai trafik) Statistical multiplexer dan QoS (Quality of Service) Menentukan paket mana utk transmit dari buffer disebut scheduling FIFO: paket-paket dilayani berdasarkan urutan kedatangan Round robin: tiap koneksi (class) mempunyai antrian sendiri dan dilayani secara siklis sesuai bobot tertentu Masih banyak yg lainnya… Dengan menggunakan mekanisme scheduling berbeda, bbrp koneksi dp diberikan perlakukan prioritas (mis., weighted round-robin)  QoS enabled networks

Klasifikasi Jaringan Communication Network Switched Communication Network Broadcast Communication Network Circuit-Switched Communication Network Packet-Switched Communication Network Datagram Network Virtual Circuit Network

Klasifikasi Jaringan Jaringan telekomunikasi dapat diklasifikasikan berdasarkan bagaimana sinyal ditransmisikan dan diterima broadcast Switched Jaringan broadcast sinyal yg ditransmisikan oleh satu peralatan end-user secara otomatis didengar oleh semua peralatan end-user lainnya Switched networks sinyal harus dirutekan melalui node jaringan atau di-switch ke rute yg diinginkan Hybrid Tipe jaringan telekomunikasi ini merupakan gabungan dari broadcast dan switched network misalnya: segment Ethernet (broadcast) dihubungkan dengan Router

Broadcast vs Switched Networks

Klasifikasi Jaringan Jaringan juga dapat diklasifikasikan berdasarkan cakupan geografisnya: Local Area Network (LAN) : dibatasi beberapa Km, kantor atau kampus Metropolitan Area Network (MAN) puluhan Km, kota Wide Area Network (WAN) ratusan - ribuan Km Terrestrial radio networks Wireless communications Satellite networks - internasional

Klasifikasi Jaringan Lainnya Centralized vs Distributed (control regime) Publik vs privat (kepemilikan) Voice, data dan video (tipe informasi) Analog, digital, radio, satelit (teknik transmisi) Mesh (mata jala), bus, ring, star, tree (topologi) Broadband atau narrowband (data rate dan kecepatan respon) Single media (mis. Telepon) atau multimedia (mis. Broadband ISDN)

Circuit Switching Circuit fisik dibangun diantara titik-titik ujung yang berkomunikasi (lintasan/resources ‘dedicated’ selama durasi percakapan) Setelah dibangun sinyal data bidirectional dapat mengalir secara kontinyu Transfer informasi sbg aliran kontinyu (continuous stream) Kualitas lintasan ‘dedicated’ dijamin selama durasi panggilan Tiga phase dalam life-cycle suatu koneksi: pembangunan circuit transfer data penutupan circuit Sebelum transfer informasi Delay (utk set up koneksi)  relatif besar Selama transfer informasi Tdk ada overhead Tdk ada delay tambahan (extra) Jika circuit tidak tersedia: “sinyal sibuk” Contoh: Jaringan telepon, ISDN

Circuit Switching Jaringan Telepon Sumber “Caller” Central Office “C.O.” Tujuan “Callee” Trunk Exchange Tiap panggilan telp di alokasikan 64kb/s. Shg, sal trunk 2.5Gb/s dp memuat sekitar 39.000 panggilan

Node Circuit Switching Node (switch) pada circuit switching

Circuit Switching: Multiplexing/Demultiplexing Waktu dibagi dalam frame, dan frame dibagi dalam slot Posisi slot relatif di dalam frame menentukan kepercakapan mana data tersebut dimiliki Perlu sinkronisasi antara pengirim dan penerima Jika percakapan tidak digunakan kapasitas circuit lost

Circuit Switching: Timing-1

Circuit Switching: Timing-2 Asumsi - Jumlah Hop = M - Delay pemrosesan per Hop = P - Delay propagasi link = L - Kecepatan transmisi = W bit/det - Ukuran paket = B bit TOTAL DELAY = total propagasi + total transmisi + total prosesing TOTAL DELAY = 4ML + B/W + (M-1)P

Packet Switching Data dikirim dalam format deretan bit disebut paket Sumber Tujuan Data dikirim dalam format deretan bit disebut paket Paket mempunyai struktur berikut: Header dan trailer memuat informasi kontrol (mis. Address tujuan, check sum) Tiap paket diteruskan melalui jaringan dari node ke node sepanjang lintasan (routing) Pada tiap node paket diterima, disimpan sementara dan diteruskan ke node berikutnya (store-and-forward network) Kapasitas tidak dialokasikan utk paket-paket

Packet Switching : Node Switching

Packet Switching Model Router Sederhana Link 1, ingress Link 1, egress “4” Choose Egress Link 2 Link 2, ingress Choose Egress Link 2, egress R1 “4” Link 1 Link 3 Link 3, ingress Choose Egress Link 3, egress Link 4 Link 4, ingress Choose Egress Link 4, egress

Packet Switching: Multiplexing/Demultiplexing Data dari sembarang percakapan dapat ditransmisikan kapan saja Satu percakapan dapat menggunakan keseluruhan kapasitas link (jika hanya sendiri) Bagaimana utk memberi tahu mereka saling terpisah? Menggunakan meta data (header) yg menunjukan data (ID, sumber, tujuan, dll)

Packet Switching (Statistical Multiplexing) Link rate, R X(t) Dropped packets B Panjang Antrian Waktu Packet buffer Paket untuk satu output Data Hdr R 1 2 N Karena buffer “menyerap” temporer burst, maka link output tidak perlu beroperasi pada rate NxR Tetapi buffer mempunyai kapasitas terbatas B, maka kehilangan paket mungkin terjadi

Statistical Multiplexing B A waktu rate x

Statistical Multiplexing Gain B C 2x C < 2x A+B waktu rate STATISTICAL MULTIPLEXING GAIN = 2x/C Catatan: Gain dapat ditentukan untuk probabilitas loss tertentu. Dalam contoh in x dan C dipilih sehingga tidak ada loss

Packet Switching Host A Host B A B Source Destination TRANSP1 “Store-and-Forward” at each Router TRANSP2 R1 PROP1 TRANSP3 R2 PROP2 TRANSP4 R3 PROP3 Host B PROP4 PROP : delay propagasi TRANSP : waktu transmisi

Packet Switching Mengapa tidak kirim keseluruhan message dlm satu paket? M/R M/R Host A Host A R1 R1 R2 R2 R3 R3 Host B Host B Memecah message kedlm paket-paket memungkinkan transmisi parallel melalui semua link, mengurangi end to end latency. Juga mencegah suatu link diduduki/“hogged” terlalu lam oleh satu message.

Packet Switching Delay Antrian / Queueing Delay Krn egress link tidak selalu bebas jika suatu paket tiba, maka munfkin diantrikan dlm suatu buffer. Jika network sibuk, packet-paket meungkin harus menunggu cukup lama Host A TRANSP1 Q2 TRANSP2 Bagaimana kita menentukan queueing delay? R1 PROP1 TRANSP3 R2 PROP2 TRANSP4 R3 PROP3 Host B PROP4

Antrian dan Delay Antrian Utk memahami performansi packet switched network, kita dp bayangkan sbg satu serie antrian diinterkoneksikan dg link-link Utk laju dan panjang link tertentu, satu-satunya variable adalah delay antrian

Antrian dan Delay Antrian Cross traffic menyebabkan kongesti dan delay antrian variabel

Antrian pada suatu Router Model of FIFO router queue A(t), l D(t) m Q(t)

Suatu Antrian M/M/1 Model of FIFO router queue A(t), l D(t) m Jika A(t) adalah suatu Poisson process dg laju , dan waktu utk melayani tiap paket terdistribusi exponential dg laju µ, maka:

Packet Switching: Formula Little Dimana: L = jumlah pelanggan rata-rata dalam antrian  = rate kedatangan pelanggan, dalam pelanggan/det. d = waktu rata-rata satu pelanggan menunggu dalam antrian L = .d

Packet Switching Datagram (Connectionless) Tdk ada set-up koneksi Tdk ada reservasi resource Transfer Informasi dg menggunakan paket diskrit Panjang bervariasi Address global (dari tujuan) Sebelum transfer informasi Tdk ada delays Selama transfer informasi Overhead (byte header) Delay pemrosesan paket Delay antrian (karena paket berkompetisi memperebutkan shared resources) routers “store-and-forward”

Datagram Packet Switching: Timing-1

Datagram Packet Switching : Timing-2 Asumsi - Jumlah Hop = M - Delay pemrosesan per Hop = P - Delay propagasi link = L - Delay transmisi paket = T - Ukuran message = N paket TOTAL DELAY = total propagasi + total transmisi + total store-and-forward + total prosesing TOTAL DELAY = ML + NT + (M-1)T + (M-1)P

Datagram Packet Switching: Routing

Virtual Circuit Packet Switching Hybrid dari circuit switching dan packet switching Data message ditransmisikan dalam bentuk paket-paket dengan ukuran maksimum tertentu Semua paket-paket dari suatu aliran paket melalui lintasan (yg sudah dibangun) yg sama Jaminan dalam urutan pengiriman paket Paket-paket dari VC yang berbeda dapat saling disisipkan Contoh: X.25, Frame Relay, ATM

Virtual Circuit Packet Switching: Phase Komunikasi dg VC packet switching berlangsung dalam 3 phase (bandingkan persamaan dan perbedaannya dg circuit switching): pembangunan VC transfer data penutupan VC Header paket tidak perlu memuat informasi penuh dari alamat tujuan

Virtual Circuit Packet Switching: Timing-1

Virtual Circuit Packet Switching : Timing-2 Asumsi - Jumlah Hop = M - Delay pemrosesan per Hop = P - Delay propagasi link = L - Delay transmisi paket = T - Ukuran message = N paket TOTAL DELAY = total propagasi + total transmisi + total store-and-forward + total prosesing TOTAL DELAY = 4ML + NT + (M-1)T + 4(M-1)Ppp

Virtual Circuit Packet Switching : Routing

Virtual Circuit Packet Switching : Routing 5 link .. vci .. link .. vci .. link 1 vci 5 link 2 vci 9 link 3 vci 9 link 5 vci 7 link 1 vci 7 link 3 vci 8 9 7 8

Ukuran Performansi : Bandwidth (1) Bandwidth = throughput Jumlah bit yg dp ditransmisikan melalui jaringan dlm suatu waktu yg diberikan unit: bits per second (bps), mis. 10 Mbps (MB = megabytes = 8 Mb) Link bandwidth dan end-to-end bandwidth bandwidth dari physical link memp harga yg deterministik mis. 155 Mbps link bandwidths terus menerus meningkat: link bandwidths pd backbone 1980-an: 2 Mbps, 1990-an: 155 Mbps, 2000: 1 Gbps Bandwidth end-to-end yg diterima aplikasi tergantung pd Trafik lain pd jaringan (congestion) Batasan aplikasi (CPU speed dari komputer) protocol overhead

Ukuran Performansi : Latency (2) Latency = delay Berapa lama dibutuhkan message utk travel dari satu ujung (end) ke end lainnya dari jaringan Diukur dlm unit waktu, mis., latency melintasi US adalah 24 ms RTT (round trip time): waktu yg diperlukan suatu message utk mencapai tujuannya dan kembali ke pengirim Komponen: delay propagasi, delay transmisi, delay antrian (queuing) Kecepatan cahaya: 2.3 x 108 m/s pd kabel, 2.0 x 108 m/s pd fiber Aplikasi dp dibatasi oleh bandwidth atau latency Telnet sessions dibatasi latency tetapi transfer FTP yg besar dibatasi bw

Delay x Bandwidth Product Perkalian RTT dan bandwidth menentukan Jumlah informasi yg ditransmisikan user sebelum feed-back dari tujuan dp diterima Pd broadband wide-area-networks (WAN) hasil perkalian ini dp sangat besar Pengirim dp membuat overload penerima Jika pengirim tdk “mengisi penuh pipa”, utilisasi jaringan akan rendah Contoh: Misalkan jarak 1500 km Laju (rate) transmisi C = 100 Mbps Propagasi delay dua arah adalah 2*1500/300,000 s = 0.01 s Maka, hasil perkalian RTT dan C adalah 0.01*100,000,000 bits = 1,000,000 bits = 1 Mbit