BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisi latar belakang, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
Bab ini berisi teori-teori yang memiliki keterkaitan dengan topik yang penulis angkat.
BAB III PERANCANGAN
Bab ini berisi topologi jaringan, sekenario pengujian, dan konfigurasi sistem.
5 BAB IV IMPLEMENTASI DAN ANALISIS
Bab ini berisi tentang pelaksanaan pengujian dan analisa hasil dari pengujian.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan dan saran yang diperoleh setelah pelaksanaan pengujian dan analisis hasil pengujian selesai.
6 BAB II
LANDASAN TEORI 2.1. Model Antrian
Antrian merupakan sebuah deretan/unit yang sedang menunggu giliran untuk dilayani ( Kamus Besar Bahasa Indonesia). Antrian pada router yakni sederetan paket data yang masuk kedalam ruang buffer yang menunggu giliran untuk diproses dan kemudian ditransmissikan kembali. Secara umum antrian dapat digambarkan seperti dibawah ini.
Gambar 2.1. Antrian
Pada gambar diatas, paket yang dikirimkan oleh node akan masuk ke dalam sebuah antrian. Ketika status link kosong, maka antrian paling depan akan dilayani oleh link dan kemudian ditransmisikan.
Manajemen antrian menentukan paket mana yang akan ditampung pada buffer, dibuang (drop) , ditandai (marked) dan paket yang mana yang akan ditransmisikan.
Link Kedatangan
Antrian
7 Secara umum ada beberapa mekanisme penjadwalan, diantaranya
a. First In First Out (FIFO)
Manajemen antrian ini cara kerjanya sederhana. Paket yang masuk terlebih dahulu akan dilayani dan keluar lebih dulu. Manajemen ini digunakan pada droptail dimana mekanisme antrian FIFO dan jika antrian penuh maka paket yang masuk/datang akan dibuang.
b. Fair Queuing
Majemen antrian ini prinsip kerjanya yakni melakukan pengelompokan paket kedalam clas-clas kemudian akan memproses untuk setiap paket pada setiap class secara bergantian secara merata.
c. Random Early Drop
Manajemen antrian ini prinsip kerjanya menggunakan kalkulasi . Manajemen antrian ini juga menggunakan konsep penandaan paket. Manajemen antrian ini mencoba untuk menjaga kestabilan jumlah rata-rata queue.
d. Priority Queuing
Cara kerja manajeman antrian ini berdasarkan prioritas dari paket yang datang. Paket yang memiliki proritas paling tinggi didalam antrian akan didahulukan, ketika paket dengan prioritas tertinggi dalam antrian sudah habis, maka paket yang memiliki prioritas tertinggi setelahnya akan diproses.
8 2.2.Antrian Droptail
Antrian droptail merupakan bagian dari penjadwalan FIFO dimana data yang datang terlebih dahulu akan keluar terlebih dahulu juga. Penjadwalan FIFO dapat diilustrasikan dengan gambar dibawah ini.
Gambar 2.2.1. Ilustrasi antrian FIFO
Dapat dilihat bahwa paket yang datang terlebih dahulu akan keluar terlebih dahulu. Manajemen antrian droptail menggunakan penjadwalan FIFO, dimana paket yang datang terlebih dulu akan masuk ke ruang antrian, diproses dan ditransmisikan, namun ketika ruang antrian penuh, paket yang datang akan dibuang.
Gambar 2.2.2. Mekanisme antrian droptail kondisi ruang buffer tidak penuh
Gambar 2.2.3. Antrian droptail kondisi buffer penuh dan melakukan drop paket
Dalam manajemen antrian droptail ini, tidak ada perlakuan kusus terhadap paket. Semua paket dianggap sama dan tidak ada prioritas untuk
9 8 7 6 5 4 3 2 1 Laju antrian Paket datang Paket Keluar 4 3 2 1 5 5 4 3 2 1 Paket datang Paket keluar Laju Paket 4 3 2 1 5 5 4 3 2 1 6 Paket datang Paket keluar Laju Paket
9 paket tertentu. Jadi ketika ruang antrian ada yang kosong paket dapat mengantri, diproses dan kemudian ditransmisikan, jika antrian penuh, paket yang datang tidak dapat masuk ke ruang antian dan paket tersebut akan dibuang.
2.3. Antrian Random Early Drop (RED)
Random Early Drop merpakan sebuah model antrian yang terdapat pada router yang bertugas untuk memanajemen paket-paket yang terdapat pada ruang antrian (buffer). Pada dasarnya, RED mempertahankan rerata bergerak (moving average) serendah mungkin. Bila pada droptail, paket akan dibuang (drop) setelah ruang antrian penuh namun tidak demikian pada RED. Pada antrian RED, paket akan didrop tanpa menunggu ruang antrian penuh. Ketika rerata bergerak (moving average) dibawah min.threshold, semua paket yang masuk tidak ditandai. Apabila rerata bergerak (moving average) diantara min.threshold dan max.threshold, maka semua paket yang masuk akan ditandai. Dari paket-paket yang ditandai tersebut akan dibuang secara acak. Apabila rerata bergerak (moving average) diatas batas max.threshold, maka semua paket yang datang dibuang (drop).
Antrian RED memiliki 2 kalkulasi utama, yakni kalkulasi untuk menghitung rata rata antrian dalam buffer dan kalkulasi untuk menentukan seberapa besar probabilitas sebuah paket yang telah ditandai untuk didrop. Dalam melakukan kalkulasi berapa rerata bergerak (moving average) pada ruang antrian, RED memiliki 2 parameter yakni min.threshold dan
10 max.threshold. Hasil dari kalkulasi rerata bergerak (moving average) tersebut digunakan untuk menghitung probabilitas paket dibuang.
2.4. Transmission Control Protocol (TCP)
Transmission Control Protocol (TCP), merupakan sebuah protokol yang bersifat connection oriented dan reliable. Maksud dari connection oriented yakni adanya negosiasi antara dua host untuk membuka sebuah sesi komunikasi sebelum melakukan pertukaran data. Reliable yakni data dikirim melalui jaringan secara terurut. Dengan adanya penomoran pada setiap data
yang dikirim, diharapkan paket yang diterima dijawab dengan
acknowledgment. Acknowledgement merupakan sebuah indikasi bahwa data yang dikirim telah diterima. Karakteristik lain yang dimiliki TCP yakni flowcontrol dan congestion control.
Pada protokol TCP, terdapat mekanisme 3-way handshake. 3-way handshake ini merupakan sebuah bentuk dari connection oriented yang berfungsi untuk melakukan negosiasi untuk membuka sebuah sesi sebelum melakukan pertukaran data.
11 Alur 3-way handshake sebagai berikut :
a. Host pertama yang akan membuat koneksi mengirimkan segmen
tcp dengan flag SYN kepada host kedua
b. Host kedua merespon dengan mengirimkan segmen dengan
acknowledgment dan SYN
c. Host pertama menerima SYN dan ACK dari host kedua, kemudian
mengirimkan acknowledgment ke host 2
d. Status kedua host established dan siap untuk bertukar data.
Ketika akan mengakiri sebuah koneksi, maka tcp akan melakukan pengiriman flag FIN
2.5. Fase Congestion Control Pada TCP Tahoe
TCP Tahoe adalah algoritma yang paling sederhana dari TCP varian lainnya. TCP Tahoe didasarkan pada tiga algoritma kongesi kontrol, yaitu Slow Start (SS), Congestion Avoidance (CA), dan fast retransmit. TCPtahoe, ketika mendapatkan timeout, maka cwnd akan diatur ulang menjadi cwnd=1.
TCP memiliki kebijakan dalam mengendalikan dan untuk menangani kemacetan lalulintas jaringan didasarkan pada 3 fase yakni slow-start, congestion avoidance, dan congestion detection.
a. Fase Slow-start
Pada fase ini, congestion window akan diinisialisasi = 1 Maximum Segment Size (MSS) kemudian pengirim akan mengirimkan maksimal 1 segment saja ke penerima. Setelah mendapatkan acknowledgment,
12 congestion window bertambah menjadi 2 kemudian pengirim dapat mengirim maksimal 2 segment. Setelah mendapatkan acknoledgment lagi, congestion window akan bertambah 1 untuk setiap ack yang diterima.
Gambar 2.5.1. Penambahan jumlah cwnd
Fase ini akan berhenti ketika pengirim telah mencapai batas threshold. Perlu diingat, TCP merupakan connection oriented, ketika akan melakukan koneksi ada sebuah negosiasi (3-way handshake). Pada saat mereka melakukan 3-way handshake sisi penerima memberikan informasi kepada pengirim berapa window yang tersedia. Dari situ threshold awal dapat ditentukan dimana threshold = ½*cwnd.
13 b. Congestion Avoidance
Fase ini merupakan fase lanjutan setelah fase Slow Start. Pada fase ini setiap kali seluruh window yang telah di ack (dalam 1 putaran) ukuran congestion window akan bertambah 1. Hal ini untuk menghindari congestion.
Gambar 2.5.2. Penambahan cwnd sebesar 1 c. Congestion Detection
Pada TCP Tahoe, congestion terjadi dikarenakan timeout ataupun menerima duplikasi ack . Sebuah paket yang hilang karena drop.
14 Gambar 2.5.3. Sebuah mekanisme ketika terjadi congestion
15 BAB III
PERANCANGAN 3.1. Diagram Alur Penelitian
Mulai
Menentukan topologi
Menentukan parameter simulasi
Menentukan sekenario simulasi
Pembuatan script dan menjalankan simulasi Berfungsi Data hasil simulasi Pengolahan data Analisis Selesai ya tidak
16
3.2. Penjelasan Diagram Alur Penelitian
Menentukan Topologi
Untuk memulai penelitian ini, penulis memulai dengan menentukan topologi. Topologi yang dipilih haruslah sesuai dengan kebutuhan pengujian. Topologi yang digunakan penulis yakni topologi “ dumb-bell”. Topologi simulasi akan dibahas pada bub bab 3.2.
Menentukan Parameter Simulasi
Setelah menentukan topologi yang akan digunakan, selanjutnya menentukan parameter simulasi. Parameter yang akan digunakan haruslah sesuai dengan kajian dan mendukung penelitian dari topik yang diangkat.
Menentukan Sekenario Simulasi
Untuk mendapatkan hasil penelitian yang baik, diperlukan penentuan sekenario. Sekenario yang bervariasi akan lebih membantu dalam melakukan analisis hasil dengan membandingkan antar sekenario. Pembuatan Script dan Menjalankan Simulasi
Setelah menentukan topologi simulasi, parameter simulasi, dan
sekenario simulasi kemudian menjalankan simulasi. Penulis
menggunakan simulator Network Simulator 2 (NS2). Untuk menjalankan simulasi, terlebih dahulu membuat script yang berekstensi .tcl. Script tersebut memuat konfigurasi yang memuat bentuk topologi jaringan, protokol yang dijalankan, model antrian, ukuran link, arah koneksi node, dan konfigurasi untuk mendapatkan
17 output dari simulasi yang dijalankan. Setelah konfigurasi terbentuk, maka file konfigurasi (.tcl) dijalankan.
Pengolahan Data
Setelah script dijalankan, maka akan diperoleh file output yakni out.tr, cwnd.xg, dan queue.tr. Data yang dihasilkan merupakan data mentah sehingga perlu diolah ataupun difilter dengan menggunakan script awk, dimana penulis memiliki beberapa script diantaranya untuk mendapatkan nilai rata-rata throughput, rata-rata byte percongestion window, rata-rata delay, dan paket yang terbuang.
Analisis
Setelah file diolah kemudian melakukan analisis dari hasil data yang diperoleh.
3.3. Topologi Simulasi
Topologi dibawah ini merupakan topologi sederhana yang bernama dumb-bell. Topologi ini pada umumnya digunakan untuk mengamati, mempelajari efek penyempitan bandwidth dimana 1 jalur digunakan 2 node atau lebih.
n0
n1
n2 n3
n4
n5
18 Pada gambar topologi diatas, terdapat 6 node. Node n0 dan n1 merupakan source node. Node n2 dan n3 merupakan node yang bertindak sebagai router dan node n4 dan n5 merupakan node sink. Pada topologi diatas, n1 akan dikoneksikan dengan n4 dan n5 akan dikoneksikan dengan n5.
3.4. Parameter Simulasi
Pada penelitian ini, penulis menggunakan simulator dalam melakukan pengujian. Simulator yang digunakan adalah Network Simulator2 (NS2). Parameter yang digunakan dalam pengujian dan penelitian ini sebagai berikut :
Parameter Simulasi Nilai
Link Node n0-n2, n1-n2 Bandwidth : 10 Mbps Delay Propagation : 10 ms
Link Node n2-n3 Bandwidth : 5 Mbps
Delay Propagation : 10 ms Link Node n3-n4, n3-n5 Bandwidth : 5Mbps
Delay Propagation : 10 ms
Protokol Transport TCP Tahoe
Model Antrian -Random Early Drop (RED)
Weight queue = 0.002 Linterm = 10
Min.Threshold = 10 dan 30 Max.Threshold = 60 -Droptail
19 Ukuran Buffer 30 (sekenario 4), 60 (sekenario 1-3) Aplikasi / Sumber Trafik FTP
Durasi Simulasi 500 detik
Tabel 3.3.1. Parameter Simulasi
3.5. Sekenario Pengujian 3.5.1. Sekenario 1
Pada sekenario pertama ini, pengujian akan dilakukan dengan menjalankan 2 trafik TCP secara bersamaan mulai detik ke 0.1 hingga berakhir pada detik ke 500.1. Trafik TCP1 berasal dari n0 dan trafik TCP2 berasal dari n1. Node n2 dalam hal ini bertindak sebagai router yang menjalankan mekanisme pengaturan dan manajemen antrian. Pada node n2 akan diaplikasikan model antrian RED (Random Early Drop) dengan nilai min.threshold 10 dan max.threshold 60.
n0 n1 n2 n3 n4 n5 TCP1 TCP2 RED Min,threshold 10 Max.Threshold 60 SINK 1 SINK 2 Gambar 3.4.1.1. Sekenario 1
20 3.5.2. Sekenario 2
Pada sekenario 2 ini, topologi yang digunakan tidak berbeda dengan topologi sekenario 1. Hal yang membedakan pada sekenario ini adalah parameter dari RED. Bila pada sekenario 1 min.threshold 10, pada sekenario 2 ini min.threshold menjadi 30. Dengan menaikkan nilai min.threshold ini ingin mengetahui seberapa besar pengaruhnya terhadap byte percongestion window dan throughput dibandingkan dengan sekenario 1. n0 n1 n2 n3 n4 n5 TCP1 TCP2 RED Min,threshold 30 Max.Threshold 60 SINK 1 SINK 2 Gambar 3.4.2.1. Sekenario 2 3.5.3. Sekenario 3
Pada sekenario ke 3 ini, model antrian akan diganti dengan droptail dengan ukuran buffer 60. Untuk sekenario ini, juga akan dijalankan 2 trafik TCP secara bersamaan mulai dari detik 0.1 hingga berhenti pada detik 500.1.
21 n0 n1 n2 n3 n4 n5 TCP1 TCP2 Droptail SINK 1 SINK 2 Gambar 3.4.3.1. Sekenario 3 3.5.4. Sekenario 4
Pada sekenario ke 4 ini, model antrian tetap menggunakan Droptail namun ukuran buffer 30. Sekenario ini dibuat dan dijalankan bertujuan sebagai pendukung analisis parameter yang diuji.
n0 n1 n2 n3 n4 n5 TCP1 TCP2 Droptail SINK 1 SINK 2 Gambar 3.4.4.1. Sekenario 4
22 3.6. Parameter Pengujian
3.6.1. Rata-Rata Byte Percongestion Window
Byte percongestion window adalah ukuran sebuah window dalam byte. Pengukuran sebuah window dimulai dari awal slow-start hingga titik drop. Dari setiap pengujian yang dijalankan, terdapat congestion window dengan jumlah tertentu, dari total data yang dikirim, akan dibagi dengan total congestion window yang terbentuk dan didapatkan nilai rata-rata dari sebuah window yang dinyatakan dalam satuan byte.
3.6.2. Paket Drop
Paket drop, adalah paket yang dikirim oleh source node dan paket tersebut terbuang (drop) karena adanya manajemen antrian pada router.
3.6.3. Rata-Rata End to End delay
Dalam pengiriman setiap paket dari source node menuju destination node, memerlukan waktu. Setiap paket memerlukan waktu yang bervariasi untuk sampai tujuan. Nilai rata-rata end to end delay didapat dari total waktu yang dibutuhkan dalam satu sesi pengiriman dibagi jumlah paket yang sampai di tujuan kemudian hasil tersebut dinyatakan dalam satuan waktu.
3.6.4. Rata-Rata Throughput
Rata-rata throughput adalah banyaknya data yang diterima oleh penerima dibagi dengan waktu yang dibutuhkan untuk mengirimkan data tersebut dan dinyatakan dalam byte persecond (bps).
23 BAB IV
IMPLEMENTASI DAN ANALISIS
Simulator yang digunakan pada simulasi ini adalah Network Simulator 2 (NS2). Untuk menjalankan simulasi jaringan, terlebih dahulu membuat konfigurasi dengan ekstensi file .tcl yang memuat bentuk topologi jaringan, model antrian yang digunakan, delay pada link, bandwidth dan jumlah node. Selain membuat konfigurasi tersebut, untuk mendapatkan hasil dari simulasi juga dibutuhkan file trace yang digunakan untuk keperluan analisis data. File trace tersebut berekstensi .tr, .nam, .q, .xg, dan .a.
Data yang didapatkan dari file trace kemudian diolah menggunakan script berekstensi .awk sehingga didapatkan rata-rata throughput, rata-rata byte percongestion window, rata-rata end to end delay, dan total packet drop.
Pada pengujian ini, data yang dianalisis fokus ke TCP1, sedangkan TCP 2 berperan sebagai trafik pengganggu.
4.1. Hasil Simulasi
Setelah melakukan simulasi sesuai sekenario yang telah ditentukan, didapatkan snapshoot congestion window.
24 4.1.1. Sekenario 1 (model antrian = RED, min.threshold = 10, max.threshold
= 60, ruang buffer = 60)
Snapshot Congestion Window sekenario 1
4.1.2. Sekenario 1 (model antrian = RED, min.threshold = 30, max.threshold = 60, ruang buffer = 60)
25 4.1.3. Sekenario 3 (model antrian = droptail, ruang buffer = 60)
Snapshot Congestion Window sekenario 3
4.1.4. Sekenario 4 (model antrian = droptail, ruang buffer = 30)
26 Pengujian ini mensimulasikan 4 sekenario dengan 2 model antrian yang berbeda yakni RED dan droptail. Masing-masing model antrian memiliki varian yang berbeda dalam setiap sekenario.
Pada gambar snapshot grafik congestion window mulai dari sekenario 1 sampai sekenario 4 terdapat perbedaan yang sangat jelas, perbedaan tersebut terletak pada garis grafik congestion window yang mana sekenario dengan model antrian RED grafik cwnd TCP1 tinggi tidak sama rata. Namun berbeda pada sekenario 3 dan 4 dengan model antrian droptail. Pada snapshot terlihat jelas bahwa grafik cwnd TCP1 tinggi grafik hampir sama dan merata.
Pada RED paket akan ditandai kemudian paket yang ditandai tersebut dibuang secara acak tanpa menunggu ruang antrian penuh. Paket mulai ditandai ketika rerata bergerak (moving average) pada RED telah mencapai batas min.threshold. Apabila pada antrian RED terjadi pembuangan paket (diasumsikan paket TCP1), maka pengirim pada TCP1 mendapatkan duplikasi ack dan kemudian menurunkan
jumlah pengiriman. Adanya penurunan jumlah pengiriman
mengakibatkan rerata bergerak (moving average) juga ikut turun. Untuk model antrian droptail baik pada sekenario 3 maupun 4, pada snapshot grafik congestion window menunjukkan bahwa cwnd TCP1 memiliki tinggi dan ukuran cwnd yang hampir sama rata. Hal ini terjadi karena pada model antrian droptail paket akan dibuang setelah ruang antrian penuh. Pada simulasi ini, TCP1 dan TCP2
27 melakukan pengiriman pada saat yang sama. Kedua source node akan mengirimkan paket dengan jumlah yang sama hingga akhirnya ruang buffer penuh. Setelah ruang buffer penuh akan terjadi pembuangan paket baik paket TCP1 dan TCP2 sehingga kedua pengirim akan menurunkan jumlah paket yang dikirimkan dan kemudian melakukan pengiriman kembali.
4.2. Data Hasil Simulasi
4.2.1. Model Antrian RED
