Big Picture: where are we? Jaringan Komputer (IKI-20240) Physically Connected Hosts. Agenda

(1)

Semester 2003/2004 Versi: 1.1 Jaringan Komputer (IKI-20240) Johny Moningka (moningka@cs.ui.ac.id) Fakultas Ilmu Komputer Universitas Indonesia Physically Connecting Hosts

Direct Networks (Lecture 3)

2 Fasilkom UI v-1.2

Big Picture: where are we?

Direct Link Network

Agenda

Masalah:

Bagaimana melakukan koneksi fisik Host => Bagaimana mengirimkan bits melalui koneksi fisik !!

Bab 2: Jaringan Komputer Hubungan Langsung (Direct Link Networks) H/W Building Blocks Encoding Framing Error Detection Reliable Transmission

Protokol Medium Access Control (MAC)

Pelajari Reference: Bab 2 (Hal. 64 s/d 110)

Physically Connected Hosts

Jaringan terbentuk hubungan langsung antar hosts/nodes

Secara fisik kedua node tersebut dihubungkan oleh links => media (kabel, fiber dll).

Bagaimana informasi (message) disampaikan secara fisik => transfer bits!

Informasi host dalam bentuk bits (data). Struktur host => transmisi bits (komponen I/O devices).

Pemilihan jenis media => kecepatan dan koneksi I/O

Hardware Building Blocks

Jaringan “sederhana” dibangun oleh dua komponen utama yakni: node dan link

Node => host/komputer (umum); Link => media (kabel, fiber dll) Kemampuan hardware Node:

Memori => kapasitas penampungan (buffer), kecepatan akses/transfer memori.

Network Adapter:

•Interface antara memori dan network link, device driver mengontrol network adapter.

•Mengatur pengiriman/penerimaan bit ke link, secara fisik.

Network Adapter: Host Computer

main memory I/O bridge bus interface ALU register file CPU chip disk controller graphics adapter USB controller

mouse keyboard monitor

disk I/O bus

Network Adapter

(2)

Example: Network Media

Copper, 1mm think, twisted to avoid antenna effect

Twisted Pair: Used by cable companies: high BW, good noise immunity Coaxial Cable: Copper core Insulator Braided outer conductor Plastic Covering Light: fiber, light source, light detector Fiber Optics Transmitter – L.E.D

– Laser Diode Receiver

– Photodiode light source Silica Total internal reflection Air 8 Fasilkom UI v-1.2

Network Basics: Links

Link made of some physical media

wire, fiber, air

with a transmitter (tx) on one end

konversi simbol dijital (binary) ke sinyal analog/dijital dan kirim sinyal melalui link.

and a receiver (rx) on the other

“capture” sinyal analog/dijital dan konversikan kembalikan ke bentuk simbol dijital (binary)

tx+rx called a transceiver 0110 0110 links signal bits 9 Fasilkom UI v-1.2

Example: Dial-up Links

The dial-up modem allows connections through the phone network

Links & Signal

Sinyal

Sinyal => gelombang elektromagnetis (EM) yang merambat pada berbagai media fisik.

Property gel. EM adalah frekwensi (Hz, setara dengan periode gel. atau panjang gel. atau wavelength) Ingat (Fisika): Panjang Gelombang = Kecepatan / Frekwensi

• Kecepatan konstan gelombang EM utk suatu media, mis di uadara

3.0 x 10^8 m/det.

Radio Microwave Infrared UV Gamma ray f (Hz) FM Coax Satellite TV AM Terrestrial microwave Fiber optics X ray 100 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 11 Fasilkom UI v-1.2

Media: Cable Local Links

Contoh: kabel tembaga (copper) dan fiber yang digunakan untuk koneksi lokal (LANs)

Jenis Bandwidth Jarak

Cat 5 Twisted Pair 10 – 100 Mbps 100 m

Thin Net Coax 10 – 100 Mbps 200 m

Thick Net Coax 10 –100 Mbps 500 m

Multimode fiber 100 Mbps 2 km

Single-mode fibel 100 – 2400 Mbps 40 km

Example: Telco. carriers

Sirkit Sewa (Leased Lines)

24 x E0 DS3 44.736 Mbps 28 x DS1

STS1 51,840 Mbps

E0, sering setara dengan 1 kanal digital voice channel, STS1, basis dasar jaringan telekomunikasi (antar sentral) => OC-N (Optical Carrier)

(3)

Example: Common Carrier Links

Link yang menggunakan network bersama (service provider) Service Bandwidth POTS (telepon) 28,8 Kbps – 56 Kbps ISDN 64 – 128 Kbps ADSL 16 Kbps – 9 Mbps CATV 20 – 40 Mbps

ADSL, menggunakan kabel telepon (Telkom) ISDN, hanya ditawarkan pada “bussiness district” CATV, bagian dari jaringan cable TV (Indovision) Umumnya perlu peralatan: Modem

Example: Wireless Links

Perkembangan pesat => teknologi dan skala ekonomi

Transmisi nirkabel:

Satelit, low orbit (Teledesic: 288 satelit melingkupi seluruh bumi)

Standar radio (IEEE 802.11, WiFi): 2.4 GHz radio, 11 Mbps, 7Km

Infrared (IR) link, 1 Mbps, 10 m Bluetooth: 2.45 GHz, 1 Mbps, 10 m

Masalah (tanpa media guide): atenuasi besar, noise, security (open space), interferensi.

Encoding (1/3)

Adaptor men-drive sinyal pada link.

Problem: Bagaimana menumpangkan bit 0 dan 1, supaya dapat dideteksi pada sisi receiver.

Encoding

: konversi

bit data ke dalam

sinyal supaya dapat dikirimkan

Encoding: Non-Return to Zero (NRZ) (2/3)

0 Ælow signal; 1 Æhigh signal

Deteksi sinyal (bit) jika terdapat string bit 1 (atau 0) yang panjang => Receiver sulit mendeteksi (sampling tegangan).

Example: Manchester Encoding (3/3)

Each bit contains a transition 0 Ælow-to-high transition 1 Æhigh-to-low transition

Setiap bit: terdapah perubahan tegangan (transisi) => tanda (clock) Digunakan: 10 Mbps Ethernet Bits NRZ Clock Manchester NRZI 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 Framing (1/5)

Encoding: menerjemahkan bit data ke dalam sinyal supaya dapat dikirimkan

Framing: membuat batas pada urutan bit (strings) dalam satu kesatuan unit (blok, paket)

Terbentuk kelompok bit dalam unit frame Tanda awal dan akhir sebuah frame.

Kegunaan frame:

Sinkronisasi (awal, akhir transmisi 1 blok data). Kontrol (recovery): deteksi kesalahan dan retransmisi pada satu frame (blok data)

(4)

Framing (2/5)

Blok data (kumpulan bits) dipertukarkan dalam satu unit => frames

Problem: Bagaimana mengetahui akhir dan awal dari frame?

Framing: Bit Oriented (3/5)

Setiap frame mulai dengan pola (sequence) bit yang unik sebagai tanda (flag):

Misalkan: 01111110 = 016₀

Problem: Bagaimana jika data berisi “pola” bit flag tsb?

HDLC: Bit Stuffing (4/5)

Contoh Protokol Data Link:

High Level Data Link Control (standard OS) Bermula dari standard IBM: SDLC (Synchronous DL Control).

Bit Stuffing: flag: 01111110

Sender:Sisipkan bit 0, pada setiap limabit 1 yang

berurut.

Receiver: Jika melihat limabit 1 berurut, lakukan “decision” berdasarkan dua bit sesudahnya:

Jika bit berikutnya 0 (pasti stuffed bit), remove bit 0 tsb. Jika bit berikutnya 1, lihat lagi bit sesudahnya

• Jika 0 berarti akhir dari frame (flag: 01111110)

• Jika 1 berarti error, buang frame tsb (receiver meneriman invalid

bit: 01111111)

Bit Stuffing Example (5/5)

Data: Sender: Receiver: flag flag 23 Fasilkom UI v-1.2

Error Detection: Focus

Encoding data bit ke sinyal

Framing bit data dalam bentuk unit blok data transfer

Error Detection

Bit yang telah di-encode dalam bentuk sinyal dan dikirimkan dalam blok/frame

Kemungkinan terdapat kesalahan dalam transmisi (hardware): network interface, noise, koneksi, dll

Bagaimana menjamin frameyang diterima

receivertidak terdapat error? •Mampu mendeteksiadanya kesalahan

•Mekanisme memperbaikikesalahan

Error Detection (1/5)

Mekanisme umum => sulit memperbaiki bit yang error

Lebih mudah mendeteksi adanya kesalahan dalam satu frame (blok bit pada frame tsb)

Problem: Bagaimana receiver mengetahui terdapat bit yang salah dalam frame?

Contoh: Kirim dua frame yang sama => receiver membandingkan (XOR)?

•Jika sama tidak ada kesalahan

•Redundant bits sebanyak besar frame tsb.

•Overhead? 100%

(5)

Redundant Bits (2/5)

Ide Dasar:

Sender tambahkan redundant bits, berdasarkan data dalam frame.

Receiver: analisa/bandingkan redundant bits dan data frame => deteksi kesalahan.

Usahakan:

•Jumlah redundant atau extra bits sangat minimal (overhead untuk transmisi satu frame) tapi kemampuan deteksi sangat besar (mis. 99.9 % jenis error dapat dideteksi)

•Proses deteksi kesalah frame harus sederhana; supaya cepat => implementasi pada tingkat hardware Algoritma (proses): parity, checksum (addition), CRC (Cyclic Redundancy Check) dll.

Example: Single Parity Check (3/5)

Pengirim:

Data: 1 1 0 0 0 0 1 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 Menggunakan “even parity”:

• Data: terdapat 3 bit 1 (ganjil) => tambahkan bit 1, jumlah bit 1

menjadi genap.

• Kirim: Data & Parity = 11000011

Penerima:

Proses (algoritma) even parity:

• Hitung jumlah bit 1 => x

• Jika x = genap disimpulkan tidak ada error

• Jika x = ganjil, terjadi error

• Terima: Data & Parity = 11100011

•Error?

Single parity: mampu mendeteksi satu bit error

Two-dimensional parity: Frame (4/5)

Teknik untuk deteksi kesalahan dalam satu frame.

Frame:

Blok karakter (bytes) single bit paritas untuk setiap byte (karakter) paritas byte: paritas vertikal untuk seluruh byte dalam frame. Kemampuan deteksi: 1, 2, 3, bit errors. 1011110 1 1101001 0 0101001 1 1011111 0 0110100 1 0001110 1 1111011 0 Parity bits Parity byte Data

Contoh: paritas genap (even parity)

Coverager Error Detection (5/5)

Two errors 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 One error Three errors 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Four errors Tanda panah menunjukkan bit paritas, mampu mendeteksi bit yang error

1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1

Cyclic Redundancy Check (CRC)

Teori: finite field arithmetic (binary valued arit.) String bit direpesentasikan dalam persamaan tingkat tinggi (polynomial) => M(x)

0110 = x^3 + x^2 + x^1 + x^0 0 1 1 0 M(x) = x^2 + x^1

Terdapat: string generator polynomial yang unik dan standard (G(x)), sama utk. sender/receiver

CRC: G(x) = X^2 + x^0 = 101 Hitung CRC code dari sisa hasil bagi:

M(x) / G(x) => P(x): x^1 + x^0 = 2 bit sisa hasil bagi (CRC code)

101 / 0110

Kirimkan sebagai message: T(x) = M(x) << 2 bit + P(x)

Reliable Transmission (1/3)

Problem: Bagaimana menjamin frame diterima, walaupun terdapat kemungkinan erroratau

hilangsaat transmisi di jaringan? Saat ini kita telah mempelajari:

Receiver mampu mendeteksi kesalahan dari frame yang diterima.

Pilihan untuk receiver:

Memperbaiki kesalahan pada frame => sulit dan “overhead” h/w & s/w besar

Membuang (discard) frame tersebut dan request sender untuk mengirimkan kembali frame tsb.

(6)

Sender: menjamin diterima dengan baik

Kemungkinan frame “dibuang” oleh receiver Terdapat mekanisme untuk memberikan informasi ke sender => frame OK atau Error Jika OK, kirim frame berikutnya

Jika Error, retransmisi frame yang error tsb.

Mekanisme Dasar:

Receiver wajib mengirim “control” frame OK, sebagai tanda ke sender.

•Sender menerima frame: ACK (Acknowledgements), berarti receiver telah menerima frame dengan baik (no error).

Bagaimana jika sender tidak menerima frame control ACK?

Sender harus mempunyai timer (timeout) selama menunggu ACK

Jika timer expired => retransmisi frame

Catatan: jadi setiap timer expired, sender otomatismelakukan retransmisiframe => jenis protokol ARQ (Automatic Repeat Request)

Menggunakan tanda ACK (receiver) Menggunakan timer untuk “automatic retransmission” (sender).

Protocol Stop & Wait (1/3)

Simplest reliable protocol: Stop and Wait Sender:

Kirim SEBUAH frame

Start timer, Stop and Wait pengiriman frame, sampai frame ACK diterima dari Receiver

Retransmit frame yang sama, jika terjadi time-out atau menerima Not-ACK dari Receiver.

Kontinyu transmisi frame berikutnya, jika menerima ACK. Receiver:

Menerima frame

Deteksi kesalahan pada frame tsb.

Kirim ACK atau Not-ACK berdasarkan hasil algoritma deteksi kesalahan

Protocol Stop & Wait (2/3)

Bagaimana Receiver mengetahui terjadi duplikasi frame (mis. retransmisi jika ACK hilang)?

Solusi: Informasi untuk identifikasi nomor frame Gunakan nomor urut frame yang dikirim oleh sender dan receiver menerima sesuai nomor urut frame

Performance

Lambat, tidak dapat mengirim lebih dari satu frame (No pipeline effect)

Masalah: Satu frame per RTT, throughput tidak terpengaruh oleh besarnya bandwidth