Subastian¹, Rendy Munadi ², R. Rumani³
¹Teknik Telekomunikasi, Fakultas Teknik Elektro, Universitas Telkom
Abstrak
Dalam ruang lingkup pengaturan alokasi bandwidth, manajemen bandwidth memegang peranan penting untuk setiap layanan aplikasi internet seperti web dan file transfer. Pengaturan
bandwidth yang baik diharapkan memberikan Quality of Service (QoS) yang tepat bagi setiap layanan.
Para peneliti telah menawarkan beberapa teknik QoS untuk memfasilitasi proses manajemen bandwidth pada suatu jaringan. Hierarchical Token Bucket dan Hierarchical Fair Service Curve merupakan teknik Quality of Service di router yang berbasis sistem operasi Linux yang
difokuskan pada penjadwalan paket yang tepat dan mudah diimplementasikan.
Dalam hal ini Hierarchical Token Bucket dan Hierarchical Fair Service Curve memiliki
kemampuan dalam pembagian trafik dan peminjaman bandwidth dalam link-sharing. Sehingga dengan metode Hierarchical Token Bucket dan Hierarchical Fair Service Curve diharapkan bisa diperoleh QoS dan penggunaan link jaringan secara optimal.
Tujuan utama dalam penelitian ini adalah mengimplementasikan disiplin antrian Hierarchical Token Bucket dan Hierarchical Fair Service Curve dalam Linux kernel dan memperoleh hasil perbandingan masing-masing metode tersebut.
Kata Kunci : HTB HFSC Bandwidth
Abstract
To provide good Quality of Service (QoS), bandwidth management has important role in term of bandwidth allocation to each different services of internet application. A good bandwidth management is expected to provide Quality of Service appropriately at each service or different agency.
Researchers offered different QoS technique to facilitate the process of bandwidth management in the network. Hierarchical Token Bucket and Hierarchical Fair Service Curve are QoS technique in Linux based router that is focused on packet scheduling precision and ease of use.
In this case, Hierarchical Token Bucket and Hierarchical Fair Service Curve provide the traffic management and borrowing technique in bandwidth in link-sharing. Furthermore, Hierarchical Token Bucket and Hierarchical Fair Service Curve methods are expected to provide good QoS and optimal state of link utilization.
The main aim of this final project was to implement Hierarchical Token Bucket and Hierarchical Fair Service Curve scheduling algorithm into Linux kernel and provide some comparison of it's operation.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Fasilitas internet secara de facto sudah digunakan oleh masyarakat di beberapa sektor penting seperti sektor pendidikan, pemerintahan dan ekonomi. Dengan demikian, fasilitas tersebut yang notabene adalah sumber daya terbatas harus bisa dimanfaatkan secara optimal. Untuk menjamin kondisi performansi jaringan yang optimal dan untuk mengurangi penurunan performansi jaringan internet yang signifikan tanpa menambah bandwidth adalah dengan menerapkan manajemen bandwidth menggunakan disiplin antrian atau teknik QoS (Quality of Service) tertentu.
Peran penting metode manajemen bandwidth adalah dalam pengaturan alokasi
bandwidth untuk berbagai layanan aplikasi internet. Aplikasi yang berbeda
memerlukan suatu persyaratan QoS tertentu untuk meminimalkan packet loss selama proses transmisi data, layanan real-time yang baik, delay serta Delay Variation yang rendah, dan alokasi bandwidth yang baik. Dengan alokasi yang tepat, diharapkan performa jaringan mampu melayani aplikasi yang memiliki delay-sensitif seperti
streaming.
Ada dua disiplin antrian yang dapat digunakan untuk memfasilitasi proses manajemen
bandwidth pada suatu jaringan dalam penelitian tugas akhir ini. Packet scheduler
sebagai bagian dari displin antrian yang digunakan untuk pengaturan bandwidth secara hierarchical adalah Hierarchical Token Bucket (HTB) dan Hierarchical Fair
Service Curve (HFSC). Packet scheduler tersebut bisa diaplikasikan di sistem operasi
Linux sehingga menjadi solusi finansial dengan semakin terjangkaunya harga PC
(Personal Computer) dan penggunaan sistem operasi yang open source.
Institut Teknologi Telkom 1
1.2 Permasalahan 1.2.1 Rumusan Masalah
1. Dari uraian latar belakang tugas akhir yang telah dikemukakan, beberapa masalah yang dihadapi diantaranya :
1. Apakah HTB dan HFSC itu? Dan Bagaimana pengkonfigurasiannya di Linux? 2. Bagaimana proses pembagian bandwidth dengan disiplin antrian yang
digunakan?
3. Bagaimanakah pembagian bandwidth untuk tiap aplikasi berdasarkan perbedaan QoS?
4. Parameter yang dianalisis dari dua disiplin antrian tersebut yaitu ketepatan alokasi bandwidth, delay, delay variation, respons time, loss, serta throughput.
1.2.2 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian tugas akhir ini adalah :
Implementasi menajemen bandwidth dilakukan dalam sistem operasi Linux. Penelitian dilakukan untuk menganalisis kinerja link-sharing.
Jaringan lokal menggunakan Internet Protocol (IP) versi 4.
Disiplin antrian atau packet scheduler yang dianalisis adalah HTB dan HFSC untuk sistem pengaturan bandwidth secara hierarchical.
Pembedaan kelas yang akan dianalisis berdasarkan pada alamat IP dan nomor port.
1.3 Maksud dan Tujuan
Maksud dan tujuan dari penelitian tugas akhir ini adalah :
1. Mengimplementasikan serta menganalisis performansi dari disiplin antrian HTB dan HFSC.
2. Mampu mengatur distribusi trafik sesuai ketentuan link bandwidth yang dibutuhkan.
3. Mampu mengatur distribusi available bandwidth diantara node yang ada. 4. Mengetahui disiplin antrian yang lebih baik dari dua disiplin antrian yang
dianalisis berdasarkan data yang diperoleh.
1.4 Metode Penelitian
Metode penelitian yang diambil untuk melakukan kajian perancangan dalam permasalahan tersebut, meliputi :
1. Tahap studi literatur dan kepustakaan
Pada tahap ini akan dilakukan pendalaman konsep dan teori tentang pengaturan trafik di Linux dan disiplin antrian yang digunakan yaitu HTB dan HFSC.
2. Tahap desain sistem dan implementasi pengaturan bandwidth.
Dalam tahap ini akan didesain konfigurasi jaringan yang akan digunakan, serta mengimplementasikan mekanisme pengaturan bandwidth.
3. Tahap Analisis
Pada tahap ini akan dilakukan analisis trafik pada jaringan dengan berbagai kemungkinan konfigurasi. Konfigurasi/pengaturan bandwidth yang akan dianalisis adalah berdasarkan IP, dan port/layanan tertentu pada kelas cabangnya.
Institut Teknologi Telkom 3
1.5 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir dibagi menjadi beberapa bab yang meliputi : BAB I Pendahuluan
Dalam bab ini terdapat pembahasan latar belakang, maksud dan tujuan, rumusan masalah, batasan masalah, metode penelitian serta sistematika penulisan.
BAB II Dasar Teori
Dalam bab ini berisi tentang teori dasar mengenai jaringan TCP/IP, QoS, dan displin antrian HTB serta HFSC.
BAB III Rancangan dan Implementasi Sistem
Dalam bab ini berisi pembahasan proses implementasi pembagian bandwidth dengan mengukur berbagai parameter dari dua disiplin antrain yang berbeda yaitu HTB dan HFSC.
BAB IV Analisis Hasil Implementasi
Dalam bab ini berisi pembahasan analisis dan evaluasi terhadap hasil pengukuran dengan berbagai kemungkinan aplikasi untuk didapatkan hasil pengukuran dari dua disiplin antrian yang berbeda.
BAB V Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisi kesimpulan dan saran terhadap hasil implementasi dan analisis yang telah dilakukan.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari proses dan hasil implementasi serta data yang diambil dan analisis manajemen bandwidth atau disiplin antrian HFSC dan HTB, maka dapat diambil kesimpulan:
1. Throughput pada HFSC di semua skenario lebih stabil per satuan detik dibandingkan dengan throughput pada HTB. Pada umumnya, throughput HFSC lebih baik dibanding HTB pada pembatasan bandwidth skenario 4 dan 6 port. Namun througput HTB lebih baik dibanding HFSC saat skenario noborror, 2 port dan skenario 2 alamat IP. Hal ini disebabkan oleh fungsi HFSC pada kernel yang kurang stabil untuk membatasi bandwidth di bawah 4 leaf class. Sebelum terjadinya link-sharing dan setelah terjadinya link-sharing,
ripple throughput yang terjadi pada HFSC lebih baik dibandingkan dengan
HTB. Loss Datagram pada HTB dan HFSC untuk semua skenario adalah sama yaitu sebesar 0 % dan Delay Variation yang dihasilkan HFSC umumnya lebih kecil dibandingkan HTB di semua skenario. Sedangkan nilai peak to peak pada grafik throughput HTB lebih besar dibanding HFSC dimana hal ini menunjukkan bahwa HFSC memiliki kestabilan dalam memproses paket dalam traffic control dan HTB menunjukkan tingkat ketidakakuratan yang lebih tinggi pada kriteria yang telah ditentukan.
2. Pengaturan konsep noborrow pada HTB di Linux dilakukan dengan menentukan nilai rate dan ceil yang sama pada traffic control, sedangkan untuk HFSC di Linux diatur dalam variabel ls (linkshare) dan rt (realtime). Sedangkan untuk mengurangi delay antrian suatu paket real-time yang diprioritaskan bisa menggunakan HFSC jenis concave. Namun tingkat
Institut Teknologi Telkom 44
keakuratan variabel rt pada HFSC di kernel Linux masih belum stabil, hal ini dapat diamati dari kemampuan HFSC dalam memanajemen antrian paket saat pembagian skenario yang menggunakan leaf class dibawah 4 tingkat.
3. Untuk aplikasi yang membutuhkan delay variation yang baik dan membutuhkan ketepatan alokasi bandwidth dan delay variation yang cukup baik maka sebaiknya digunakan HFSC, karena HFSC sangat stabil untuk memanajemen alokasi bandwidth yang kecil atau leaf class di atas 4 tingkat. Untuk HTB baik digunakan di jaringan yang mempunyai bandwidth besar dan tidak terlalu mementingkan ketepatan alokasi bandwidth. Dapat disimpulkan bahwa HFSC bagus dibanding digunakan untuk kasus manajemen bandwidth yang memiliki konsep leaf class diatas atau sama dengan 4 tingkat.
5.2 Saran
Beberapa saran yang bisa digunakan untuk pengembangan lebih lanjut adalah :
1. Perlu dilakukan penyempurnaan keakuratan disiplin antrian HTB pada kernel Linux.
2. Untuk sistem operasi Linux perlu diperbaiki mekanisme interaksi disiplin antrian HFSC dengan kernel Linux. Karena dalam implementasi HFSC pada penelitian ini ditemukan banyak kesulitan untuk mendapatkan konfigurasi yang tepat dan optimal.
3. Untuk perkembangan selanjutnya perlu dicoba juga dengan menggunakan OS lain yang baru dikeluarkan seperti FreeBSD atau NetBSD dengan menkhususkan pada penelitian tentang HFSC untuk meneliti delay per paket yang baik untuk suatu aplikasi.
[01] Tanenbaum, Andrew S. “Computer Networks” 2nd ed. Prentice Hall, Inc. A.
Simon & Schuster Company, New Jersey, 1995.
[02] Chidambaram, Arunachalam, “Implementation and Validation of Network
Policy Services”, North Carolina State University, 2002.
[03] Devera, Martin. “Hierarchical token bucket theory”, Linux queuing discipline manual and user guide.
[04] Floyd, Sally., and Jacobson, Van., “Link-sharing and resource management
models for packet networks”, IEEE/ACM Transactions on Networking,
1995.
[05] Goldney, Alex, “Implementing and analysing the HFSC network scheduling
algorithm in Linux”, Final Project for MSc by coursework at UTS
[06] Karsten, Martin. “QoS Signalling and Charging in a Multi-service Internet
using RSVP” , Dessertation, 2000.
[07] V.Rusu, Octavian. Subredu, Manuel. Sparlea, Ionut. and Vraciu, Valeriu. “Implementing Real Time Packet Forwarding Policies using HTB”.
[08] Song, Kihyun Pyun Junehwa., and Lee, Heung-Kyu., “A generalized
hierarchical fair service curve algorithm for high network utilization and link-sharing”, Department of Electrical Engineering and
Computer Science, KAIST, 2003.
[09] Braun, Torsten. Einsiedlen, Hans Joachim. Scheidegger, Matthias. Stattenberg, Gunther. Jonas, Karl. And Heinrich J.Stuttgen, “A Linux
Implementation of a Differentiated Services Router”. University of
Berne and Computer & Communication Network Product Development Laboratories Heidelberg, NEC Europe Ltd.
[10] Stoica, Ion., and Zhang, Hui., “A hierarchical fair service curve algorithm
for link-sharing, real-time and priority services”, In Proceedings of SIGCOMM ’97 Symposium, pages 249–262, Cannes, France, 1997.
[11] Wischhof, Lars., and Lockwood, John W., “Packet Scheduling for
Link-Sharing and Quality of Service Support in Wireless Local Area Networks” Department of Computer Science Applied Research Lab,
Washington University, 2001.
[13] Hunt, Craig. “TCP/IP Network Administration” O'Reilly & Associates, 1999.
[14] Forouzan, Behrouz. A , “TCP/IP Protocol Suite” The McGraw-Hill Companies,Inc. Singapore, 2000.
[15] Postel, Jon. (ed.), "Transmission Control Protocol - DARPA Internet
Program Protocol Specification", RFC 793, USC/Information
Sciences Institute, September 1981.
[16] Huston, Geoff. (ed.), “Next Steps for the IP QoS Architecture” RFC 2990, Telstra, November 2000 .
[17] Demichelis, C and Chimento, P. (ed). “IP Packet Delay Variation Metric for
IP Performance Metrics (IPPM)” , RFC 3393, Ericcson IPI. 2002.
[18] Nugraha, Eko, “Analisa Perbandingan Class Based Queuing (CBQ) dan
Hierarchical Fair Service Curve (HFSC) Di Jaringan TCP/IP “,
Tugas Akhir STT Telkom, Bandung
[19] Dhrona, Pratik, “A Performance Study of Uplink Scheduling Algorithms in Point to Multipoint WiMAX Networks“, Queen’s University Kingston, Ontario, Canada. 2007
[20] Riva, Oriana and Saarto, Jarno and Markku Kojo , “Performance Analysis on HTTP Traffic and Traffic Mixtures with Competing TCP and UDP Flows“, University of Helsinki - Department of Computer Science, 2004
[21] S. Phanse, Kaustubh, “Simulation Study of an ADSL Network Architecture: TCP/IP Performance Characterization and Improvements using ACK Regulation and Scheduling Mechanisms “, Alexandria, Virginia, 2000
