ANALISIS DAN IMPLEMENTASI DISTRIBUTED CL

(1)

ANALISIS DAN IMPLEMENTASI DISTRIBUTED CLOUD STORAGE SERVER DENGAN JARINGAN PEER-TO-PEER

Radika Samsu Wardana, Achmad Basuki, Eko Sakti Pramukantoro Teknik Informatika, Program Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer

Universitas Brawijaya

Abstrak

Distributed server adalah arsitektur yang dapat digunakan agar client mendapatkan pengalaman interaksi yang lebih baik terhadap layanan. Arsitektur distributed cloud storage server menggunakan lebih dari satu server, sehingga dibutuhkan mekanisme untuk mengelola sinkronisasi antar server. Mekanisme yang dapat digunakan adalah replikasi, yaitu menyamakan perubahan data pada satu server dengan server lainnya. Pada penelitian ini, sebuah aplikasi cloud storage service OwnCloud dipadukan dengan BitTorrent Sync, menghasilkan sistem distributed cloud storage. Protokol Bit Torrent yang bekerja secara peer-to-peer berguna untuk menyeimbangkan waktu replikasi terhadap banyaknya jumlah server yang digunakan pada arsitektur distributed cloud storage. Dengan distributed cloud storage server, banyaknya client yang mengakses tidak membuat performa pengalaman interaksi oleh client merosot tajam.

Keyword: Cloud Storage, Sistem Terdistribusi, Bit Torrent Sync

1. Pendahuluan

Cloud storage adalah sebuah layanan yang menyediakan penyimpanan data pada sebuah server. Karena data disimpan di server, cloud storage memiliki beberapa kelebihan, salah satunya untuk bekerja

berkolaborasi [NIE-14]. Selain itu, dengan cloud storage pengguna tidak bergantung hanya pada perangkat miliknya sendiri, serta data menjadi dapat diakses dari manapun melalui jaringan internet.

Masalah untuk menyimpan data pada server terjadi pada jaringan internet. Jaringan internet tersusun atas berbagai macam jaringan yang berbeda karakteristik dan kemampuannya sehingga terdapat kemungkinan terjadi bottleneck. Bottleneck dapat mempengaruhi kecepatan pengiriman data antara server dengan client. Menurut Tom Leighton, semakin jauh jarak pengguna dari server, maka kecepatan pengiriman data akan semakin lambat dan waktu download akan semakin lama [LEI-09].

CDN merupakan sebuah arsitektur yang dapat menjadi solusi bagi masalah tersebut. CDN mengantarkan konten dan aplikasi ke edge server yang berada dekat dengan client, sehingga client tidak perlu mengakses server yang jauh untuk menikmati layanan. Keberadaan lokasi geografis server yang relatif dekat dengan client akan memberikan performa layanan yang efisien karena meminimalisir tingkat terjadinya kemacetan yang dapat terjadi di sepanjang jaringan [NYG-10].

(2)

jaringan peer-to-peer agar dapat memadai jumlah replikasi data ke banyak server yang digunakan. Dengan jaringan peer-to-peer, semakin banyak node yang bertukar data, kapasitas kemampuan sistem akan meningkat, dan semua node bekerja sama untuk mentransfer data [MEN-10]. Pada penelitian ini akan dipaparkan metode untuk menerapkan arsitektur distributed cloud storage dengan jaringan peer-to-peer.

2. Permasalahan

Pada arsitektur distributed server menggunakan banyak server untuk membangun suatu layanan. Karena satu layanan disediakan oleh banyak server, maka server-server tersebut harus tetap sinkron antara satu dengan lainnya.

Untuk mewujudkan arsitektur ini dibutuhkan mekanisme replikasi agar layanan pada setiap edge server tetap sinkron. Hal ini diperlukan agar layanan yang disediakan oleh salah satu server sama dengan server lainnya, sehingga tidak terjadi perbedaan dari manapun client mengakses.

Sistem yang diajukan pada penelitian ini dirancang agar dapat meningkatkan kualitas layanan terhadap client. Dengan arsitektur distributed server, client akan mendapatkan pengalaman interaksi secara lokal karena edge server berada dekat dengan client.

Namun ketika sebuah perbaruan konten terjadi pada server, data perbaruan harus disampaikan ke server lainnya. Selama proses terjadi sinkronisasi antar server, akan terdapat selang waktu sinkronisasi. Ini menyebabkan adanya kemungkinan konten tidak dapat diakses oleh client lain untuk sementara waktu. Oleh karena itu, pada penelitian ini akan dilakukan analisis terhadap kinerja distribusi data konten antar

server secara peer-to-peer serta kinerja sistem terhadap client.

3. Tinjauan Pustaka

Arsitektur Content Delivery Network banyak digunakan untuk mendistribusikan konten dan aplikasi ke edge server. Edge server adalah sebuah server yang berada di ujung jaringan internet, berada dekat dengan client. Dengan arsitektur ini diharapkan client dapat merasakan pelayanan yang lebih baik, karena server seolah-olah hanya melayani client tersebut. Komunikasi client dan edge server tidak perlu melewati jaringan yang jauh, menghindari kemungkinan terjadinya collision dan bottleneck di sepanjang jaringan.

Gambar 1 Komponen sistem dari delivery network

(3)

terhubung dengan jaringan. Semakin banyak host yang bertukar data, kapasitas kemampuan sistem akan meningkat, dan semua host berkolaborasi untuk mentransfer data.

Arsitektur sistem pada penelitian ini memiliki desain mendekati arsitektur CDN. Sistem akan menggunakan beberapa server yang didistribusikan ke wilayah client yang tersebar. Karena banyaknya server yang akan digunakan pada arsitektur server terdistribusi, maka komunikasi antar server akan dilakukan secara peer-to-peer menggunakan aplikasi BitTorrent Sync. Dengan aplikasi ini, distribusi konten dan aplikasi antar server dapat dilakukan secara peer-to-peer dan diharapkan menghasilkan performa yang lebih baik.

4. Metode Penelitian

Untuk melakukan analisis, diperlukan implementasi sistem agar mendapatkan hasil pengujian. Implementasi sistem layanan Cloud Storage dilakukan menggunakan aplikasi OwnCloud. OwnCloud adalah sebuah aplikasi cloud storage berbasis web menggunakan bahasa php. Aplikasi ini dapat digunakan untuk membangun layanan cloud storage sendiri yang bekerja dengan server tunggal.

Untuk mewujudkan distributed server, maka dibutuhkan mekanisme sinkronisasi untuk mengirimkan konten dari satu server ke server lainnya. BitTorrent Sync adalah sebuah aplikasi yang dikembangkan di atas protokol Bit Torrent. Aplikasi ini berguna untuk melakukan sinkronisasi direktori antar komputer. Pada penelitian ini, direktori ownCloud pada masing-masing server akan disinkronisasi oleh BitTorrent Sync, sehingga perubahan data baru yang terjadi

pada salah satu server akan disampaikan ke server lainnya. Dengan proses ini, sinkronisasi antar server dapat terwujud.

Pada sistem yang dibuat pada penelitian ini, pemilihan server dilakukan berdasarkan alamat IP pengguna. Dengan menggunakan BIND9 DNS View, dns server dapat mengarahkan client untuk mengakses dari server yang sesuai dengan alamat IP-nya.

Sistem yang akan diteliti memiliki desain hasil pendekatan dari arsitektur CDN, namun mekanisme replikasi akan dilakukan dengan aplikasi BitTorrent Sync sehingga sinkronisasi antar server dapat dilakukan secara peer-to-peer.

(4)

5. Implementasi dan Pengujian

Sistem diterapkan dan diuji pada laboraturium jaringan komputer Universitas Brawijaya. Sistem dibangun menggunakan perangkat keras serta perangkat lunak sesuai dengan analisis kebutuhan. Implementasi sistem sesuai dengan desain yang telah dibuat.

Mula-mula disiapkan perangkat keras berupa komputer server yang menjalankan layanan. Masing-masing komputer server dipasang perangkat lunak OwnCloud agar dapat menjalankan aplikasi Cloud Storage. Namun agar terbentuk sistem Cloud Storage dengan server terdistribusi, maka dilakukan sinkronisasi konten antar server.

Sinkronisasi dilakukan menggunakan aplikasi BitTorrent Sync (BTSync). BTSync dapat dikonfigurasi melalui antarmuka web.

Gambar 3 Konfigurasi BTSync melalui antarmuka web

Sinkronisasi dilakukan terhadap direktori /var/www/owncloud pada masing-masing server, sehingga layanan dari aplikasi OwnCloud antara semua server dapat tetap sinkron.

Sistem layanan Cloud Storage pada penelitian ini menggunakan server terdistribusi, sehingga diperlukan sebuah

mekanisme untuk melakukan pemilihan server bagi client yang mengakses. Pemilihan ini dilakukan menggunakan BIND9 DNS View. DNS View akan menentukan server yang tepat bagi client berdasarkan alamat IP yang dimiliki oleh client. DNS View mendapatkan informasi alamat IP client, kemudian mengarahkan client tersebut ke alamat server tertentu, sesuai dengan ketentuan yang telah dilakukan pada perancangan.

Setelah implementasi sistem berhasil dilakukan, maka dilakukan pengujian terhadap sistem tersebut. Pengujian diawali dengan menerapkan lingkungan jaringan yang sesuai dengan skenario. Kondisi jaringan didapatkan dengan emulasi menggunakan aplikasi NetEm. Dengan emulasi tersebut, lingkungan jaringan akan sesuai dengan kebutuhan skenario. Pengujian kemudian dapat dilakukan.

Pengujian sistem pertama menggunakan arsitektur server tunggal. Sebuah komputer diinstal sebagai sebuah server OwnCloud. Server ini digunakan untuk melayani seluruh client secara langsung. Beberapa client sesuai dengan skenario terhubung kepada server untuk melakukan permintaan konten.. Pengujian dilakukan dengan melakukan pengunduhan konten sebesar 100MB dari server Cloud Storage oleh client. Pengujian dilakukan untuk mengetahui waktu download yang dibutuhkan pada proses pengunduhan konten oleh client terhadap server.

(5)

server yang ditambahkan memiliki spesifikasi yang sama, dengan konfigurasi dan emulasi jaringan yang sama. Masing-masing server berperan sebagai server lokal untuk setiap client yang ada. Pengujian dilakukan dengan melakukan pengunduhan konten sebesar 100MB dari lokal Cloud Storage server oleh client. Pengujian dilakukan untuk mengetahui waktu download yang dibutuhkan pada proses pengunduhan konten oleh client terhadap server. Pada arsitektur server terdistribusi terdapat waktu sinkronisasi antar server agar konten dapat tersedia pada seluruh server. Waktu download yang dibutuhkan dapat dihitung dengan menjumlahkan waktu sinkronisasi ditambah dengan waktu download oleh client dari lokal server.

Untuk mendapatkan waktu transfer akan dilakukan pencatatan terhadap waktu penulisan file selesai pada masing-masing server. Waktu transfer dapat diketahui dengan menghitung selisih waktu antara konten berhasil ditulis pada satu host hingga selesai berhasil ditulis pada host lainnya. Informasi mengenai berkas konten dapat ditampilkan dengan perintah stat. Informasi mengenai pencatatan waktu terhadap konten juga ditampilkan dengan perintah ini. Agar pencatatan waktu dapat dilakukan secara presisi maka digunakan shell script yang dapat melakukan pencatatan secara otomatis ketika file selesai ditulis.

Skenario pengujian diterapkan dengan delapan macam kondisi yang menentukan jumlah client yang mengakses layanan dari sistem. Skenario pertama, sistem diakses oleh sebuah client, dan seterusnya hingga pada skenario delapan sistem diakses oleh 8 client. Perbedaan jumlah client yang

mengakses dapat mempengaruhi sistem dalam menyediakan layanan karena terjadi perbedaan jumlah pengguna jaringan yang ada. Pengujian dengan skenario ini dilakukan untuk mengetahui kemampuan sistem dari masing-masing sistem dalam menjalankan layanan.

6. Hasil dan Pembahasan

Komunikasi lokal memang relatif lebih baik dibandingkan dengan komunikasi jarak jauh. Oleh karena itu, pada penelitian ini desain dibuat dengan membangun server lokal untuk masing-masing client yang berada jauh dari server pusat. Dengan demikian, client dapat merasakan komunikasi lokal terhadap layanan karena akses dilakukan terhadap server lokal.

Gambar 4 Perbandingan waktu download dari central server dengan lokal server

Pada gambar 4 dapat dilihat bahwa akses terhadap lokal server lebih baik terhadap server tunggal. Ini dikarenakan pada server tunggal hanya terdapat satu server, sehingga memiliki jarak yang tetap jauh dari client serta melalui jaringan internet yang memiliki masalah perbedaan kapasitas bandwidth. Sementara jarak client terhadap lokal server lebih dekat dibanding jarak client terhadap server lainnya. Lokasi

Jumlah Client yang mengakses

Download Time

(6)

lokal server yang dekat dengan client memberikan latency yang kecil. Selain itu, karena akses terhadap lokal server tanpa perlu melalui internet, maka bandwidth yang tersedia dapat digunakan dengan maksimal karena jalur hanya digunakan oleh layanan.

Dari hasil pengujian tampak bahwa lamanya waktu download akan semakin berlipat secara linear seiring dengan meningkatnya jumlah client yang mengakses. Artinya ketika terjadi penambahan jumlah client yang mengakses, lamanya waktu download akan berkali lipat sesuai jumlah client. Sehingga, tampak pada grafik dengan semakin bertambahnya jumlah client yang mengakses, maka semakin jauh perbedaan waktu download yang dibutuhkan. Karena waktu download pada sistem server tunggal oleh sebuah client sudah lebih buruk dibanding dari lokal server, maka semakin bertambahnya client yang mengakses akan memperjauh perbedaan waktu download dari kedua sistem tersebut.

Sementara itu, lokal server dapat disediakan dengan menggunakan arsitektur server terdistribusi. Menggunakan arsitektur ini berarti menambahkan beberapa server yang diletakan pada beberapa wilayah sesuai dengan client yang akan dilayani. Ini artinya pada jaringan antar server tetap terdapat batasan latency dan bandwidth yang tersedia untuk mengirimkan konten dari satu server menuju server lainnya. Namun batasan tersebut tidak dirasakan oleh client secara langsung, karena terjadi pada komunikasi antar server. Ketika konten telah tersedia pada lokal server, maka client dapat berkomunikasi dengan server secara lokal yang memiliki bandwidth yang besar dengan

latency yang minimum, karena pada komunikasi lokal tidak terbatas jarak dan infrastruktur.

Dalam konteks waktu pengiriman data, banyaknya server yang meminta data pada sistem server terdistribusi dapat dianalogikan sebagai banyaknya client yang meminta data pada sistem server tunggal. Namun, dalam sistem server terdistribusi proses permintaan data dilakukan secara peer-to-peer. Perbandingan waktu pengiriman konten (data distribution time) secara client-server dengan peer-to-peer dapat dilihat pada grafik gambar 5.

Gambar 5 Waktu distribusi menggunakan client-server dan peer-to-peer

Grafik pada gambar 5 menunjukkan bahwa dengan jumlah host yang sedikit, proses pengiriman data secara peer-to-peer lebih memakan waktu lama dibanding dengan secara client-server. Namun, seiring bertambahnya host yang melakukan permintaan data, peningkatan waktu download yang dibutuhkan dalam komunikasi peer-to-peer tidak setajam peningkatan waktu yang terjadi pada komunikasi client-server. Host pada grafik dapat dianalogikan sebagai client pada arsitektur server tunggal, serta sebagai lokal

(7)

server pada arsitektur server terdistribusi. Sehingga dapat disimpulkan bahwa permintaan data dari banyak lokal server pada arsitektur server terdistribusi lebih baik dibandingkan permintaan data dari banyak client pada arsitektur server tunggal, karena dalam arsitektur server terdistribusi pengiriman data dilakukan secara peer-to-peer.

Pengujian pada arsitektur server terdistribusi diasumsikan dengan menambahkan lokal server untuk masing-masing client yang melakukan akses, sehingga terdapat lokal server sesuai dengan jumlah client. Oleh karena itu masing-masing lokal server diakses oleh 1 client. Perbandingan waktu download untuk kedua arsitektur dapat dilihat pada gambar 6. Pada grafik terlihat bahwa pengaruh pertambahan jumlah lokal server terhadap waktu download tidak setajam dibanding dengan pengaruh pertambahan jumlah client yang mengakses server secara langsung.

Gambar 6 Perbandingan waktu download dengan arsitektur single server dengan distributed server terhadap jumlah client

Pada sistem dengan server tunggal, penghitungan waktu download merupakan

waktu yang dibutuhkan untuk mengirimkan konten dari server menuju client. Sedangkan pada sistem dengan server terdistribusi, penghitungan waktu download merupakan waktu yang dibutuhkan oleh seluruh lokal server untuk mendapatkan konten terlebih dahulu, ditambah dengan waktu yang dibutuhkan untuk mengirimkan konten dari masing-masing lokal server menuju client.

Pada grafik diatas menunjukkan perbedaan pola peningkatan waktu download dari kedua arsitektur. Perbedaan waktu download dari kedua arsitektur tersebut dapat terjadi karena pengiriman data konten dari server pusat ke seluruh lokal server dilakukan secara peer-to-peer, sedangkan pengiriman data konten dari server tunggal ke seluruh client dilakukan secara client-server. Semakin banyak jumlah client maka layanan menggunakan arsitektur server terdistribusi semakin lebih baik dibandingkan dengan server tunggal. Dengan ini dapat disimpulkan bahwa sistem yang diajukan dapat menekan kenaikan waktu download oleh karena bertambahnya jumlah pengguna

7. Kesimpulan dan Saran

Dari hasil implementasi, pengujian, dan analisis dari sistem layanan Cloud Storage dengan server terdistribusi menggunakan jaringan peer-to-peer, dapat disimpulkan bahwa:

• Sistem berupa layanan Cloud Storage yang diajukan berhasil diterapkan serta dapat bekerja secara fungsional dalam lingkungan server terdistribusi untuk melayani banyak client.

• Sinkronisasi antar server Cloud Storage

dengan menggunakan BTSync

0 20 40 60 80

1 2 3 4 5 6 7 8

W

a

kt

u

(

d

e

ti

k)

Jumlah Client

Download Time

(8)

(mekanisme replikasi data menggunakan jaringan peer-to-peer) dapat bekerja dengan baik dalam mendistribusikan perbaruan konten pada setiap server, sehingga dari manapun client mengakses akan mendapatkan layanan dan konten yang sama, walaupun secara fisik terhubung pada server yang berbeda. • Penambahan jumlah server Cloud

Storage tidak akan menambah waktu sinkronisasi secara linear, sehingga dapat menekan kenaikan waktu download oleh karena bertambahnya jumlah client.

Saran yang dapat disampaikan penulis untuk pengembangan distributed Cloud Storage server adalah:

• Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengetahui kinerja sistem Cloud Storage dengan server terdistribusi terhadap lingkungan jaringan lainnya, tidak terbatas pada skenario yang diterapkan pada penelitian ini.

• Perlu dilakukan penelitian terhadap mekanisme distribusi server secara peer-to-peer yang lebih baik, sehingga dapat mengurangi lama waktu proses pengiriman data antar server.

• Dilakukan pengembangan terhadap aplikasi dalam menyertakan penerapan distribusi konten secara peer-to-peer hingga level client.

Daftar Pustaka

[LEI-09] Leighton, T. 2009. “Improving

Performance on the Internet”.

[NYG-10] Nygren, Erik, Ramesh K. Sitaraman,

dan Jennifer Sun. 2010. “The

Akamai Network: A Platform for

High-Performance Internet

Applications”.

[SAR-02] S. Saroiu, K. P. Gummadi, R. J. Dunn, S. D. Gribble, and H. M. Levy. 2002. "An Analysis of Internet Content Delivery Systems". [DAV-04] Davis, Andy, Jay Parikh, William E.

Weihl. 2004. “EdgeComputing:

Extending Enterprise Applications

to the Edge of the Internet”.

[SAU-12] Pushp, Saumay, dan Priya Ranjan. 2012. "Hybrid Content Distribution

Network with a P2P Based

Streaming Protocol”.

[PAK-05] Pakkala, Daniel, dan Juhani

Latvakoski. 2005. "Towards a peer-to-peer extended content delivery network".

[MYI-11] Myint, Julia dan Thinn Thu Naing.

2011. “Management of Data

Replication for PC Cluster Based Cloud Storage System”.

[DIL-02] Dilley, John, Bruce Maggs, Jay Parikh, Harald Prokop, Ramesh Sitaraman, dan Bill Weihl. 2002.