BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Software Defined Networking
Software Defined Networking (SDN) adalah pendekatan model untuk pengaturan jaringan, yang didasari prinsip bahwa alur trafik dari jaringan dirancang untuk dapat diprogram sehingga memungkinkan terciptanya model - model baru dalam pengaturan trafik jaringan. Pemisahan dari control plane dan data plane merupakan ide utama dari prinsip kerja SDN. Contoh fungsi dan penerapan dari control plane dan data plane pada jaringan tradisional dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1. Fungsi control plane dan data plane (Marschke, et al. 2015)
Control Plane Data Plane
Data konfigurasi
Protokol Routing Unicast Protokol Routing Multicast Routing Information Base (RIB)
Forwarding Information Base (FIB) Access Lists
Quality of Service (QoS) Interface
2.2 Protokol Openflow
Protokol Openflow merupakan implementasi dari konsep SDN. Openflow merupakan standarisasi yang mendefenisikan antarmuka sistem komunikasi antara control plane dan forwarding/data plane pada arsitektur SDN. Fokus dari rancangan ini awalnya adalah untuk membuat protokol eksperimen pada jaringan antar gedung yang bisa digunakan dalam penelitian. Rancangan protokol ini kemudian dilihat memiliki potensi untuk menggantikan fungsi protokol layer 2 maupun layer 3 yang selama ini terintegrasi pada perangkat-perangkat switch maupun router komersial. Model dari protokol
Openflow dapat dilihat pada Gambar 2.1. Model tersebut juga menjelaskan pemahaman umum dari SDN, yaitu sebagai berikut :
- Pemisahan control plane dan data plane
- Menggunakan protokol yang terstandarisasi, yaitu protokol Openflow, untuk menghubungkan controller (yang menjalankan fungsi control plane) dan elemen jaringan lainnya, seperti Openflow switch untuk menjalankan fungsi forwarding.
- Menjalankan fungsi pemrograman jaringan melalui API yang terpusat.
Gambar 2.1. Protokol Openflow (Nadeau & Grey, 2013)
Openflow terdiri dari sekelompok protokol dan sebuah API. Dengan kata lain, controller tidak dapat melakukan apapun tanpa adanya program aplikasi yang memberikan instruksi ke arah mana paket data akan mengalir dan ke perangkat mana. Secara sederhana, Openflow controller dapat digambarkan sebagai sistem operasi pada komputer, sementara Openflow switch sebagai perangkat keras dari komputer.
2.2.1 Openflow Controller
Dalam jaringan Openflow, fungsi control plane dilakukan pada controller dan data plane dilakukan pada switch. Sebuah channel komunikasi digunakan sebagai penghubung kedua plane tersebut. Dengan protokol Openflow, controller dapat menambah, memperbaharui maupun menghapus daftar flow (Hu, 2014). Beberapa jenis dari controller adalah NOX, POX, Ryu, Floodlight dan Opendaylight.
Openflow channel merupakan istilah yang digunakan terhadap sesi koneksi antara Openflow controller dan Openflow switch yang diinisiasi oleh Openflow switch. Koneksi tersebut menggunakan protokol TCP ,misalnya telnet dan untuk lebih aman (dengan enkripsi) menggunakan TLS. Dengan demikian, controller dan Openflow switch dapat terhubung melalui jaringan berbasis TCP/IP (jaringan tradisional) sehingga yang dibutuhkan agar channel ini dapat bekerja adalah koneksi yang bersifat routed connectivity. Hal tersebut membuat controller tidak perlu terkoneksi langsung secara fisik namun dapat juga berada pada lokasi remote (jarak jauh). Openflow channel juga disebut sebagai control network, yaitu jaringan yang khusus untuk komunikasi sistem/pengaturan kontrol antara controller dan switch. Sementara untuk komunikasi data antara switch maupun host disebut data network.
2.2.2 Openflow Switch
Openflow switch bisa dikatakan sama dengan switch jaringan biasa, tetapi tanpa/tidak memiliki protokol pintar yang terintegrasi di dalamnya. Openflow switch akan menjalankan perangkat lunak yang berfungsi menghubungkannya ke controller untuk menganalisa dan mengatur alur paket data. Secara spesifik, komponen dari Openflow switch terbagi atas 2 bagian, yaitu :
- Switch Agent
Switch Agent yaitu komponen dari switch yang berbicara kepada controller dengan protokol Openflow. Switch agent berkomunikasi dengan data plane dengan protokol internal. Demikian juga ketika menerima notifikasi dari data plane, switch agent akan
menerjemahkan dengan protokol Openflow, lalu akan dikirimkan ke controller
- Data Plane
Data plane akan melakukan proses forwarding dan manipulasi dari paket data. Apabila diperlukan, data plane akan mengirimkan paket data ke switch agent untuk mengetahui tindakan yang perlu dilakukan terhadap paket tersebut. Komponen data plane dari switch yaitu port, flow table, flow, classifier dan instruksi yang perlu dilakukan. Paket tiba dan keluar melalui port. Paket kemudian diklasifikasikan termasuk flow yang mana, berdasarkan flow table. Proses klasifikasi ini dilakukan oleh classifier. Parameter instruksi lalu menentukan apa yang harus dilakukan terhadap paket yang tiba tersebut, berdasarkan hasil klasifikasi sebelumnya (Flowgrammable, 2016)
Ada beberapa jenis perangkat lunak Openflow switch, antara lain Open vSwitch, Indigo dan LINC.
2.3 Forwarding pada Jaringan Openflow
Openflow switch melakukan proses forwarding berdasarkan informasi yang ada pada tabel flow. Informasi pada tabel flow diperoleh dari instruksi yang diberikan controller. Tabel flow berisi parameter MAC address, IP address, nomor port dan parameter lainnya yang dapat dikonfigurasi sesuai kebutuhan. Berdasarkan informasi dalam tabel flow, instruksi terhadap paket data yang datang dapat diatur, misalnya berupa forwarding ke port tertentu, dilakukan drop paket dan apabila parameter untuk paket tersebut tidak ditemukan pada tabel flow, dapat dikirim ke controller untuk ditanyakan mengenai instruksi yang perlu dilakukan.
Penggunaan tabel flow dalam Openflow mengalami perkembangan. Pada protokol Openflow versi 1.0 hanya 1 tabel flow yang didukung, tetapi dimulai versi 1.1 dan seterusnya, sebuah Openflow switch dapat mendukung lebih dari satu tabel flow. Misalnya dengan Open vSwitch, dapat menggunakan 254 tabel flow. Tujuan didukungnya beberapa tabel flow dalam switch adalah optimisasi jaringan data, misalnya apabila terdapat terlalu banyak informasi flow data yang tersimpan dalam
sebuah tabel flow. Dengan menggunakan banyak tabel, sebuah data dapat diproses langsung ke tabel yang berisi informasi forwarding dari paket tersebut, sehingga tidak perlu mencari dari keseluruhan data flow seperti apabila hanya menggunankan satu tabel flow (Open Networking Foundation, 2014). Penulis mengilustrasikan konsep multiple flow table ini pada Gambar 2.2. Dapat dilihat proses paket data yang diterima dapat dilakukan drop, pencocokakn terhadap tabel flow lain atau ditanyakan ke controller.
Gambar 2.2. Multiple flow table.
Menurut prinsip kerjanya, proses forwarding dalam Openflow switch dibagi tiga, yaitu :
- Reactive Forwarding.
Ketika sebuah paket data atau flow dalam jaringan Openflow diterima sebuah Openflow switch, switch agent di dalam switch tersebut melakukan pencarian dalam tabel flow. Jika tidak ditemukan pasangan instruksi untuk flow tersebut, switch akan membuat paket bernama packet-in dan dikirimkan ke controller. Fungsinya adalah untuk menanyakan instruksi yang perlu dilakukan terhadap paket/flow data yang baru saja diterima. Dari informasi
packet-in yang diterima, controller juga secara dinamis dapat mempelajari perangkat yang berada dalam topologi jaringan.
- Proactive Forwarding.
Berbeda dengan reactive forwarding, proactive forwarding tidak bereaksi terhadap jenis paket/flow data baru yang baru diterimanya. Switch telah menerima informasi flow dari controller mengenai seluruh flow/paket data yang kemungkinan akan diterima switch tersebut. Dengan begitu, sebelum menerima sebuah flow/paket baru, switch telah mengetahui instruksi yang perlu dilakukannya terhadap jenis flow tersebut. Hal tersebut membuat komunikasi dengan controller, misalnya packet-in tidak perlu diinisiasi, sehingga akan mengurangi latency. Prinsip ini mirip dengan routing table pada router, dimana seluruh alamat trafik telah tersimpan sebelum paket dari trafik tertentu diterima (Nadeau & Grey, 2013).
Proses awal dari switching tradisional dimulai ketika sebuah frame data diterima oleh switch. Kemudian algoritma pencarian data MAC address pun dimulai oleh switch itu sendiri. Proses tersebut dapat dilihat pada penjelasan berikutnya.
Gambar 2.3. Proses switching pada jaringan tradisional
Pada Gambar 2.3. dapat dilihat prinsip switching pada jaringan tradisional, dengan penjelasan sebagai berikut :
1. Komputer A hendak mengirimkan data ke komputer B. Diterima switch X pada port 1.
2. Karena switch X tidak mengetahui arah tujuan data tersebut, sehingga dikirimkan ke seluruh port kecuali port asalnya, yaitu port 2. Switch X
kemudian menyimpan informasi bahwa MAC address komputer A terhubung ke port 1 pada tabel CAM. Data yg dikirimkan diterima switch Y pada port 1.
3. Switch Y tidak mengetahui arah tujuan data tersebut, sehingga dikirimkan ke seluruh port kecuali port asalnya, yaitu port 2. Switch Y kemudian menyimpan informasi bahwa MAC address komputer A terhubung ke port 1 pada tabel CAM. Data yang dikirimkan diterima komputer B.
4. Komputer B menjawab data yg dikirimkan . Data tersebut diterima switch Y pada port 2. Switch Y kemudian menyimpan informasi bahwa MAC address komputer B terhubung ke port 2.
5. Berdasarkan informasi sebelumnya, diketahui bahwa tujuan data adalah komputer A, sehingga switch Y mengirimkan data tersebut melalui port 1 ke switch X.
6. Berdasarkan informasi pada tabel CAM, switch X mengetahui bahwa tujuan data adalah komputer A, sehingga switch X mengirimkan data tersebut melalui port 1 ke komputer A.
Berdasarkan penjelasan diatas maka dapat dilihat bahwa setiap switch membuat keputusan secara lokal, setiap switch memiliki otaknya masing-masing dan pembaharuan tabel CAM dilakukan secara individu.
Sementara disisi lain, protokol Openflow menerapkan algoritma yang berbeda untuk skenario jaringan sederhana yang sama. Dengan reactive forwarding, untuk jenis paket baru yang baru diterima, prosesnya akan dijelaskan berikutnya.
Gambar 2.4. Prinsip forwarding pada Openflow
Pada Gambar 2.4. dapat dilihat proses dalam jaringan Openflow, yaitu : 1. Komputer A mengirimkan data dengan tujuan komputer B.
2. Prinsip kerja switch pada Openflow dalam reactive forwarding yaitu ketika menerima paket data yang tidak diketahui tujuannya, akan dikirimkan pesan ke Openflow controller untuk menanyakan instruksi berikutnya yaitu melalui pesan packet-in. Pada switch X, ketika mengirimkan pesan ke controller, controller juga tidak mengetahui arah tujuan pengiriman data, sehingga mengirimkan pesan ke switch untuk melakukan broadcast. Pesan ini dinamakan packet-out. Disaat yang bersamaan controller mempelajari bahwa komputer A terhubung pada port 1 di switch X. Informasi tersebut disimpan oleh controller.
3. Switch X kemudian broadcast ke port lain, yaitu port 2.
4. Switch Y tidak mengetahui arah tujuan paket, sehingga mengirimkan Packet-in ke controller. Controller mengirimkan packet-out berisi instruksi untuk melakukan broadcast.
5. Switch Y mengirimkan broadcast. Komputer B menerima paket yang dikirimkan.
7. Switch Y tidak mengetahui kemana tujuannya sehingga mengirimkan pesan Packet-in ke controller. Ketika menerima pesan tersebut, controller mempelajari bahwa komputer B terhubung pada port 2 di switch B. Digabung dengan informasi sebelumnya, controller melakukan update pada tabel flow di seluruh switch mengenai informasi yang dimilikinya, sehingga switch Y mengetahui arah pengiriman, yaitu ke switch X.
8. Paket tidak dilakukan broadcast, tetapi dikirimkan ke switch X sesuai informasi terbaru pada tabel flow yang diterima dari controller.
9. Switch X kemudian mengirimkan paket ke komputer A. Untuk pengiriman berikutnya dari komputer A ke B ataupun sebaliknya, switch X dan Y tidak lagi menanyakan instruksi ke controller, dikarenakan sudah memiliki informasi pada tabel flow masing-masing. Paket langsung dikirimkan sesuai informasi dari tabel flow.
Dari proses tersebut, dapat dilihat bahwa controller mempelajari bagaimana switch terhubung dan informasi pada controller dibagikan ke tabel flow pada switch, sehingga pengiriman data yang sama pada giliran berikutnya tidak perlu melibatkan controller lagi.
Melalui penjelasan prinsip kerja switching tradisional dan reactive forwarding pada protokol Openflow pada skenario yang sama, dapat dilihat perbedaan algoritma dalam proses pengaluran data. Dalam pencarian proses instruksi terhadap sebuah paket data baru yang baru diterima, reactive forwarding cenderung menimbulkan latency dikarenakan membutuhkan komunikasi dengan perangkat eksternal.
