ANALISIS PERBANDINGAN UNJUK KERJA PROTOKOL TCP,
UDP, DAN SCTP MENGGUNAKAN SIMULASI LALU LINTAS DATA
MULTIMEDIA
Rinda Tri Yuniar Anggraeni
1), Jusak
2), Anjik Sukmaaji
3) 2)S1 / Jurusan Sistem Komputer, Sekolah Tinggi Manajemen Informatika & Teknik Komputer Surabaya Kedung Baruk Surabaya
3)
S1 / Jurusan Sistem Komputer, Sekolah Tinggi Manajemen Informatika & Teknik Komputer Surabaya Kedung Baruk Surabaya
1)rinda_anggraeni11@yahoo.com2)jusak@stikom.edu 3)anjik@stikom.edu
Abstrak---Utilization of multimedia services is currently increasing. It is used widely by people for various purposes. Because of the proliferation of these multimedia services today, it is necessary to produce a good performance of the service. This paper describes performance comparison results in multimedia data transmission over the Voice Over IP (VoIP) as well as the Internet Protocol Television (IPTV) by using the User Datagram Protocol (UDP), Transmission Control Protocol (TCP) and the Stream Control Transport Protocol (SCTP). The simulation is conducted on NS-2 software to produce the quality of services parameters including latency, jitter, packet loss and queue. Based on the simulation results, it can be concluded that UDP protocol has the lowest latency compared to the TCP and SCTP. In addition, it also inherites the lowest delay variation. However, in terms of packet loss, UDP has a greater tendency to lose packets compared to the TCP and SCTP.
Keyword : NS-2, VOIP, IPTV, TCP-UDP-SCTP
Comparation
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Perkembangan teknologi multimedia berbasis video streaming dan voice saat ini semakin banyak digunakan sebagai aplikasi komunikasi pada internet. Pemanfaatan penggunaan teknologi tersebut juga sangat beragam dalam berbagai kegiatan sehingga pada data multimedia dibutuhkan suatu unjuk kerja protokol yang handal dan cepat dalam proses pengirimannya. TCP merupakan protokol yang 75% banyak digunakan untuk layanan internet saat ini.[1]. Namun pada protokol ini, ketika jaringan padat yang otomatis berdampak pada kongesti sangat tinggi menyebabkan time-out dan akan mengirimkan retransmisi karena sifatnya yang conection
oriented.[2]. Hal ini akan menyebabkan delay yang tinggi dan berakibat turunnya throughput. Sedangkan UDP merupakan protokol yang ditujukan untuk kecepatan pengiriman data tanpa memperhatikan adanya kontrol konjesti dan koreksi kesalahan di dalam suatu jaringan. Namun akibat dari kecepatan pengiriman data yang tidak dapat dikendalikan, protokol UDP akan menggunakan seluruh bandwidth yang ada di dalam jaringan. Maka mulailah dikembangkan protokol baru yaitu SCTP. Ini adalah protokol yang reliable mirip dengan TCP, namun menyediakan fasilitas seperti multi-streaming dan multi-homing untuk unjuk kerja yang lebih baik dan redundansi.
Protokol SCTP ini diharapkan dapat menjembatani kelemahan-kelemahan yang dimiliki TCP dan UDP.
Penulis dalam kasus ini menguraikan tentang karakteristik dari protokol TCP, UDP dan SCTP berdasarkan kualitas layanan yang meliputi latency, jitter, packet loss dan queue dalam hubungannya dengan data multimedia (VOIP dan IPTV). Hal ini di harapkan dapat memberikan manfaat dalam penggunaan protokol untuk layanan data multimedia.
`Kontribusi yang di dapat dari hasil penelitian ini adalah :
1. Dari hasil perbandingan antara protokol TCP, UDP dan SCTP, diharapkan dapat memberikan kontribusi untuk perkembangan protokol lapisan transport pada layanan data multimedia kedepan.
2. Memberikan analisis perbandingan ke-3 protokol pada data multimedia, dalam hal ini akan dibahas data VOIP (voice over IP) dan IPTV.
Organisasi pada tulisan ini pada bagian kedua membahas dasar teori dari ketiga protokol TCP, UDP, SCTP, data multimedia dan Quality of service. Bagian ketiga membahas tentang perancangan dan analisis sistem. Bagian keempat membahas tentang kesimpulan dari makalah ini.
II. DASAR TEORI
A. TCP, UDP dan SCTP
TCP adalah protokol yang berorientasi koneksi; yang menciptakan suatu koneksi virtual antara dua TCP untuk mengirim data. Di samping itu, TCP menggunakan aliran dan mekanisme error control pada level transportasi. Menggunakan sebuah mekanisme pengakuan untuk memeriksa keamanan dan tanda kedatangan data.. Pada TCP, pengiriman berorientasi koneksi membutuhkan tiga tahap : pembentukan koneksi, transfer data, dan pemutusan koneksi. Proses pembentukan dan pemutusan koneksi menggunakan mekanisme three way handshake.Sedangkan pada UDP disebut protocol conectionless, protokol
transport yang tidak dapat dihandalkan.
Dengan kelemahan pada UDP memberikan beberapa keuntungan. UDP adalah protokol yang sangat sederhana menggunakan minimum overhead. Jika sebuah proses ingin mengirim pesan yang kecil dan tidak peduli tentang kehandalannya, maka dapat menggunakan UDP.[3]. SCTP menggabungkan fitur terbaik dari UDP dan TCP. SCTP adalah protokol message-oriented yang handal. SCTP menyimpan batas-batas pesan dan pada saat yang sama mendeteksi kehilangan data, duplikasi data, dan out-of-order data. SCTP juga memiliki kontrol konjesti dan mekanisme kontrol aliran, multihoming dan multistreaming. [4]Yang membedakannya dengan TCP diantaranya pada inisialisasi SCTP menggunakan mekanisme Four-Way handshake.
B. IPTV dan VOIP
IPTV (Internet Protocol Television) yaitu layanan
multimedia dalam bentuk televisi, video, audio, text, graphic, data yang disalurkan kepada pelanggan melalui jaringan IP (Internet Protocol). [5].
VOIP merupakan salah satu aplikasi audio/video interaktif secara real time adalah voice over IP (VOIP), atau
Internet Telephony. SIP adalah salah satu protokol pada VOIP, dirancang untuk menjadi aplikasi yang independen yang mendasari transport layer dan dapat berjalan pada UDP, TCP, atau SCTP. Pada saat menggunakan UDP, pesan mungkin akan hilang atau keluar dari urutana. Untuk itu maka digunakan mekanisme kehandalan melalui waktu
retransmisi, perintah pengurutan dan pengakuan (acknowledgement). [6].
C. Quality of Service (QoS)
Quality of service ( QoS) di definisikan sebagai sebuah mekanisme atau cara yang memungkinkan layanan dapat beroperasi sesuai dengan karakteristiknya masing-masing dalam jaringan IP.
Parameter yang lazim dijadikan referensi umum untuk mengamati unjuk kerja jaringan, diantaranya adalah
delay dan jitter. [7].
III. PERANCANGAN DAN ANALISIS SISTEM
Gambar 1 berikut merupakan gambar blok diagram sistem yang merupakan penjelasan singkat dari perancangan simulasi yang dibuat pada tugas akhir “Analisis Perbandingan Unjuk Kerja Protokol TCP, UDP dan SCTP” yang menggunakan software Network Simulator 2.35.
VOIP STREAMING IPTV TCP UDP SCTP PROTOKOL MULTIMEDIA DELAY PACKET LOSS QUEUE ANALISIS LATENCY ANALISIS JITTER ANALISIS QUEUE ANALISIS PACKET LOSS
PERBANDINGAN UNJUK KERJA PROTOKOL TCP, UDP, DAN
SCTP
INPUT PROSES OUTPUT
BANDWIDTH DELAY PROPAGATION
JUMLAH KANAL
Gambar 1. Blok diagram sistem A. Perancangan Sistem
Pada simulasi ini digunakan model topologi dumb-bell. Model topologi dumb-bell ini digunakan untuk mempelajari tentang efek jalur bottleneck-link oleh banyak node sumber. [8].
Gambar 2. Topologi Dumb-bell
Pada proses simulasi ini dilakukan dengan menggunakan software NS-2. Simulator ini di bangun kepentingan riset interaksi antar protokol dalam konteks pengembangan protokol internet pada saat ini dan masa yang akan datang.
Terdapat parameter eksternal yang digunakan untuk memberikan efek dalam membandingkan ke tiga protokol berdasarkan kondisi-kondisi yang telah ditentukan. Parameter eksternal meliputi bandwidth, delay transmission,
dan jumlah kanal.Berikut ini nilai parameter yang akan dijadikan skenario percobaan simulasi:
Jumlah kanal : 2 dan 5
Data yang digunakan: VOIP dan IPTV Dengan data VOIP :
skenario 1: 128Kb – 100 ms skenario 2: 384Kb – 100 ms skenario 3 :512Kb – 100 ms skenario 4 :128Kb – 300 ms skenario 5 :384Kb – 300 ms skenario 6 :512Kb – 300 ms Dengan data IPTV:
skenario 1 : 512Kb – 100 ms skenario 2 : 1Mb – 100 ms skenario 3 : 3Mb – 100 ms skenario 4 : 512Kb – 300 ms
skenario 5 : 1Mb – 300 ms skenario 6 : 3Mb – 300 ms
B. Analisis Simulasi
Ukuran paket yang diberikan untuk VOIP 160 byte menggunakan protokol G.711, sedangkan IPTV 1300 byte. Angka 1-6 menunjuk pada perancangan skenario percobaan simulasi.
Pada perbandingan unjuk kerja TCP, UDP dan SCTP, enam simulasi di jalankan untuk masing-masing protokol dan masing-masing jumlah kanal. Jumlah kanal digunakan untuk menunjukan kondisi jaringan saat data di jalankan tanpa adanya konjesti dengan menggunakan 1 kanal, dan dengan 5 kanal akan menunjukan kinerja dari jaringan saat jalur bottleneck harus berbagi data dengan yang lain.
1. Analisis Latency:
Gambar 3. Grafik Latency VOIP 1 Kanal
Gambar 4. Grafik Latency VOIP 5 Kanal
Tabel 1. Perbandingan Latency TCP,UDP, dan SCTP pada VOIP
Bandwidth-Delay Propagati on TCP UDP SCTP 1 Kanal 5 Kanal 1 Kanal 5 Kanal 1 Kanal 5 Kanal 100 ms - 128 Kb 1018 1098 328 330 1290 1458 100 ms - 384 Kb 296 422 196 198 576 632 100 ms - 512 Kb 195 330 135 181 455 515 300 ms - 128 Kb 864 1090 528 530 1211 1570 300 ms - 384 Kb 383 583 396 398 656 762 300 ms - 512 Kb 373 477 335 381 602 660
Gambar 5. Grafik Latency IPTV 1 Kanal
Gambar 6. Grafik Latency IPTV 5 Kanal
Tabel 2.. Perbandingan Latency TCP,UDP, dan SCTP pada IPTV
Bandwidth-Delay Propagation TCP UDP SCTP 1 Kanal 5 Kanal 1 Kanal 5 Kanal 1 Kanal 5 Kanal 100 ms – 512 Kb 195 330 163 420 448 486 100 ms – 1Mb 157 240 155 278 189 292 100 ms – 3Mb 151 155 150 152 185 179 300 ms – 512 Kb 373 477 363 620 591 624 300 ms – 1Mb 360 379 355 478 377 451 300 ms – 3Mb 355 365 350 352 370 373
Dari gambar 2-5 menunjukan unjuk kerja yang sama terhadap protokol ketiga protokol, sehingga dapat dilakukan kesimpulan bahwa UDP menghasilkan latency yang paling kecil. Jumlah latency yang kecil menunjukan sedikitnya waktu rata-rata pengiriman trafik data dari node sumber hingga sampai ke node tujuan. Semakin kecil latency akan semakin cepat data di kirim.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1 2 3 4 5 6 Latenc y ( ms) TCP UDP SCTP 0 500 1000 1500 2000 1 2 3 4 5 6 Latenc y ( ms) TCP UDP SCTP 0 100 200 300 400 500 600 700 1 2 3 4 5 6 Latenc y ( ms) TCP UDP SCTP 0 100 200 300 400 500 600 700 1 2 3 4 5 6 Latenc y ( ms) TCP UDP SCTP
Dari hasil grafik terlihat bahwa untuk data VOIP dan IPTV, protokol SCTP mempunyai latency tertinggi.
2. Analisis Jitter:
Gambar 7. Jitter VOIP 1 Kanal
Gambar 8. Jitter VOIP 5 Kanal
Bandwidth-Delay Propagation TCP UDP SCTP 1 Kanal 5 Kanal 1 Kanal 5 Kanal 1 Kanal 5 Kanal 100 ms – 512 Kb 7 31 0 0 13 82 100 ms – 1Mb 0 4 0 0 2 8 100 ms – 3Mb 0 2 0 0 1 4 300 ms – 512 Kb 5 23 0 0 21 84 300 ms – 1Mb 0 5 0 0 2 11 300 ms – 3Mb 0 2 0 0 1 6
Tabel 3. Perbandingan Jitter TCP,UDP, dan SCTP pada VOIP
Gambar 9. Jitter IPTV dengan 1 Kanal
Gambar 10. Jitter IPTV dengan 5 Kanal
Tabel 4. Perbandingan Jitter TCP,UDP, dan SCTP pada IPTV
Bandwidth -Delay Propagation TCP UDP SCTP 1 Kanal 5 Kanal 1 Kanal 5 Kanal 1 Kanal 5 Kanal 100 ms – 512 Kb 0 2 0 0 0 4 100 ms – 1Mb 0 0 0 0 0 2 100 ms – 3Mb 0 0 0 0 0 0 300 ms – 512 Kb 0 2 0 1 1 4 300 ms – 1Mb 0 0 0 0 0 2 300 ms – 3Mb 0 0 0 0 0 0
Jitter lazimnya disebut variasi delay, berhubungan erat dengan latency, yang menunjukkan banyaknya variasi
delay pada transmisi data di jaringan.[9]. Dari hasil grafik dalam Gambar 6-9 terlihat bahwa untuk data VOIP dan IPTV, protokol SCTP mempunyai jitter tertinggi. Dari ketiga protokol menunjukan UDP yang terbaik dari ketiganya, dilihat dari rendahnya nilai jitter pada semua kondisi yang ada.
0 5 10 15 20 25 1 2 3 4 5 6 Ji tte r ( ms) TCP UDP SCTP 0 20 40 60 80 100 1 2 3 4 5 6 Ji tte r (ms) TCP UDP SCTP 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1 2 3 4 5 6 Ji tte r ( ms) TCP UDP SCTP 0 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 Ji tte r ( ms) TCP UDP SCTP
3. Analisis Packet Loss:
Gambar 11. Packet Loss VOIP 1 Kanal
Gambar 12. Packet Loss VOIP 5 Kanal
Tabel 5. Perbandingan Packet Loss TCP,UDP, dan SCTP pada VOIP
Bandwidth-Delay Propagation TCP (%) UDP (%) SCTP (%) 1 Kanal 5 Kanal 1 Kanal 5 Kanal 1 Kanal 5 Kanal 100 ms - 128 Kb 0 16.59 70.88 94.18 10.14 20.11 100 ms - 384 Kb 0 10.62 13.74 82.75 5.25 10.63 100 ms - 512 Kb 0 8.31 0 77.04 3.40 8.73 300 ms - 128 Kb 0 17.24 70.88 94.18 13.11 18.00 300 ms - 384 Kb 0 9.98 13.74 82.75 1.92 11.97 300 ms - 512 Kb 0 6.85 0 77.04 0 11.49
Gambar 13. Packet Loss IPTV 1 Kanal
Gambar 14. Packet Loss IPTV 5 Kanal
Tabel 6. Perbandingan Packet Loss TCP,UDP, dan SCTP pada IPTV
Bandwidth-Delay Propagation TCP (%) UDP (%) SCTP (%) 1 Kanal 5 Kanal 1 Kanal 5 Kanal 1 Kanal 5 Kanal 100 ms – 512 Kb 0 8.31 0 83.40 4.02 10.44 100 ms – 1Mb 0 5.00 0 67.99 0 6.54 100 ms – 3Mb 0 0.37 0 0 0 1.88 300 ms – 512 Kb 0 6.85 0 83.40 0 10.80 300 ms – 1Mb 0 3.47 0 67.99 0 5.39 300 ms – 3Mb 0 1.40 0 0 0 1.63
Untuk packet loss data VOIP dan IPTV, terlihat pada gambar 10-13 bahwa protokol UDP yang mempunyai rata-rata packet loss yang tinggi untuk kondisi bandwidth yang rendah. Hal ini dikarena pada pengiriman UDP tidak terdapat control congesti yang berakibat paket-paket akan dikirimkan tanpa perlu dibatasi saat kapasitas queue sedang mengalami kepadatan. 0% 20% 40% 60% 80% 1 2 3 4 5 6 P acke t Loss (% ) TCP UDP SCTP 0% 20% 40% 60% 80% 100% 1 2 3 4 5 6 Pac ke t L o ss (%) TCP UDP SCTP 0% 1% 2% 3% 4% 5% 1 2 3 4 5 6 P acke t Loss (% ) TCP UDP SCTP 0,00% 20,00% 40,00% 60,00% 80,00% 100,00% 1 2 3 4 5 6 Pac ke t L o ss (%) TCP UDP SCTP
4. Analisis Queue:
Gambar 15. Queue VOIP 1 Kanal
Gambar 16. Queue VOIP 5 Kanal
Tabel 7. Perbandingan Queue TCP,UDP, dan SCTP pada VOIP
Bandwidth-Delay Propagation TCP UDP SCTP 1 Kanal 5 Kanal 1 Kanal 5 Kanal 1 Kanal 5 Kanal 100 ms - 128 Kb 12.28 14.34 17.68 17.74 11.76 16.22 100 ms - 384 Kb 5.33 10.45 17.05 17.37 11.79 14.55 100 ms - 512 Kb 1.76 9.98 0.00 17.21 10.89 14.58 300 ms - 128 Kb 5.85 10.52 17.68 17.74 8.09 12.95 300 ms - 384 Kb 0.29 8.15 17.05 17.37 4.74 11.32 300 ms - 512 Kb 0.21 6.03 0.00 17.21 6.17 10.54
Gambar 17. Queue IPTV 1 Kanal
Gambar 18. Queue IPTV 5 Kanal
Tabel 8. Perbandingan Queue TCP,UDP, dan SCTP pada IPTV
Bandwidth-Delay Propagation TCP UDP SCTP 1 Kanal 5 Kanal 1 Kanal 5 Kanal 1 Kanal 5 Kanal 100 ms – 512 Kb 1.76 9.98 0.53 17.34 10.78 13.95 100 ms – 1Mb 0.00 8.39 0.23 16.61 0.00 11.29 100 ms – 3Mb 0.00 1.16 0.01 3.60 0.00 1.87 300 ms – 512 Kb 0.21 6.03 0.53 17.34 6.30 9.89 300 ms – 1Mb 0.00 2.57 0.23 16.61 0.00 6.63 300 ms – 3Mb 0.00 0.73 0.01 3.60 0.00 1.36
Dari grafik gambar 14-17 terlihat, semakin banyak jumlah kanal akan semakin besar kapasitas queue yang digunakan dan semakin besarnya kapasitas queue yang digunakan oleh suatu protokol, akan menimbulkan banyaknya paket yang mengalami loss.
IV. KESIMPULAN
Hasil analisis dari perbandingan unjuk kerja protokol TCP, UDP dan SCTP ini terhadap data VOIP dan IPTV yaitu Parameter Latency pada TCP mempunyai nilai yang lebih besar dibanding UDP, hal ini karena adanya mekanisme three-way-handshake pada proses inisialisasi koneksi serta adanya retransmisi. Sementara itu SCTP memiliki latency dengan nilai tertinggi, hal ini disebabkan
0 5 10 15 20 1 2 3 4 5 6 Q u e u e ( Pac ke t) TCP UDP SCTP 0 5 10 15 20 1 2 3 4 5 6 Q u e u e ( Pac ke t) TCP UDP SCTP 0 2 4 6 8 10 12 1 2 3 4 5 6 Q u e u e ( Pac ke t) TCP UDP SCTP 0 5 10 15 20 1 2 3 4 5 6 Q u e u e (Pac ke t ) TCP UDP SCTP
karenakan SCTP menggunakan sistem pengiriman best efford, yang berarti bahwa SCTP akan berupaya mengirimkan data antar pengirim dan penerima dengan baik tetapi tidak menjamin urutan dan integritas data dari segmen yang dikirim. Tingginya nilai latency pada SCTP disebabkan juga karena pengiriman acknowledgement dari setiap paket SCTP membutuhkan waktu yang lama sehingga secara keseluruhan delay pada SCTP menjadi lebih tinggi. [6].
Jitter berhubungan erat dengan latency. Jitter merupakan ukuran banyaknya variasi delay pada transmisi data di dalam jaringan. [9]. Berdasarkan hasil pengujian didapatkan bahwa SCTP memiliki jitter tertinggi dibandingkan dengan kedua protokol yang lain.
Dengan menggunakan data VOIP dan IPTV saat dikondisikan dengan nilai bandwidth dan delaypropagation
yang sama, didapatkan bahwa perbedaan nilai latency dan
jitter tidak terlalu signifikan.
Packet loss berhubungan dengan besarnya kapasitas
queue yang bisa menampung trafik data dalam proses pengiriman, Semakin besar kapasitas queue yang digunakan akan semakin tinggi kemungkinan terjadi paket hilang.
Packet loss juga berhubungan dengan jumlah kanal yang digunakan, semakin banyak jumlah kanal dari suatu jaringan akan semakin tinggi jumlah packet loss dikarenakan penggunaan queue juga akan meningkat. Berdasarkan hasil pengujian didapatkan bahwa untuk bandwidth yang kecil akan menghasilkan packet loss yang tinggi pada protokol UDP, TCP dan SCTP. Namun dari ketiga protokol yang dibandingkan, menunjukan UDP mempunyai rata-rata
packet loss tertinggi dari kedua protokol yang lain.
DAFTAR PUSTAKA
1] Adnan, R., 2013. Windows Networking dengan UDP dan .NET.
[Online] Available at:
http://www.microsoft.com/indonesia/msdn/udp_dotnet.aspx [Accessed Februari 2013].
[2] Huston, G. & T., n.d. Future for TCP. [Online]
Available at:
http://www.cisco.com/web/about/ac123/ac147/ac174/ac195/about_cisc o_ipj_archive_article09186a00800c83f8.html
[Accessed Desember 2012].
[3] Forouzan, B. A., 2007. Data Communications And Networking. New
York : McGraw-Hill.
[4] Sapura, I. W. A., 2012. PERANCANGAN FTP (FILE TRANSFER
PROTOCOL) MELALUI SCTP (STREAM CONTROL TRANSMISION
PROTOCOL) MENGGUNAKAN SOCKET PROGRAMMING, Bali:
Universitas Udayana.
[5] Kartika, D. C., n.d. RANCANG BANGUN LAYANAN PERSONAL
VIDEO RECORDING (PVR) PADA INTERNET PTOTOCOL
TELEVISION (IPTV), Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh
Nopember,.
[6] Gangurde, P., Waware, S. & Sarwade, N., 2012. Simulation of TCP,
UDP, and SCTP with constant traffic for VOIP. International Journal
of Engineering Research and Application, p. 1245.
[7] Gani, T. A., Rahmad & Afdhal, 2010. Aplikasi Pengaruh Quality Of Service (Qos) Video Conference Pada Trafik H.323 Dengan
Menggunakan Metode Differentiated Service (Diffserv). Rekayasa
Elektrika, 9(Quality of Service), p. 56.
[8] Computer Science Department, 2007. NS-2 tutorial, Pennsylvania:
Carnegie Mellon.
[9] Nurhayati, O. D., n.d. Sistem Komunikasi Multimedia. [Online]
Available at:
http://eprints.undip.ac.id/20121/1/Persyaratan_Layanan_dan_Protokol _pert9.pdf [Accessed Februari 2012].
