PERANCANGAN DI ARSITEKTUR SISTEM LABORATORI

(1)

Andika, — Perancangan Arsitektur Sistem Laboratorium Virtual Pada laboratorium Jaringan Komputer

PERANCANGAN ARSITEKTUR

SISTEM LABORATORIUM VIRTUAL

PADA LABORATORIUM JARINGAN KOMPUTER

Kharisma Andika Umar Ady

Teknik Informatika Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111

e-mail: andika.moklet@gmail.com ABSTRAK

Tiap tahunnya jumlah mahasiswa Teknologi Informasi di Indonesia semakin bertambah. Pertumbuhan ini tidak didukung dengan sarana laboratorium yang mencukupi. Permasalahan ini membuat mahasiswa harus berbagi jadwal untuk menggunakan laboratorium. Disamping itu daya tampung laboratorium yang terbatas membuat mahasiswa yang melaksanakan praktikum kurang nyaman dalam menerima materi praktikum. Virtualisasi memungkinkan untuk menjalankan beberapa mesin virtual pada mesin fisik tunggal, dengan masing-masing mesin virtual berbagi sumber daya dari satu komputer fisik di beberapa lingkungan. Penelitian ini bermaksud untuk merancang dan membuat sistem front-end dari laboratorium virtual jaringan komputer yang menawarkan solusi akan terbatasnya daya tampung laboratorium, efektifitas waktu, serta aksesbilitas yang lebih luas. Dari hasil penelitian yang dilakukan, sistem yang dibangun mampu memberikan efektifitas waktu, biaya serta daya tampung yang lebih banyak dibandingkan dengan metode praktikum konvensional. Sistem ini mempunyai fitur reservasi kelas, reservasi jumlah virtual machine yang akan digunakan pada kelas tersebut, pengaksesan virtual machine dan metode penilaian dari praktikum yang dilakukan oleh mahasiswa.

Kata Kunci: Virtual, Laboratorium, Virtualisasi. Qemu, KVM

ABSTRAK

Each year the number of students of Information Technology in Indonesia is increasing. This growth is not supported by adequate laboratory facilities. This problem makes the students have to share the schedule for laboratory use. Besides, the limited capacity of laboratories that make students carry out lab less comfortable in receiving the materials lab. Virtualization makes it possible to run multiple virtual machines on a single physical machine, with each virtual machine sharing the resources of a single physical computer across multiple environments. This study intends to design and make the system front-end of virtual lab solution that offers a computer network will be limited laboratory capacity, the effectiveness of time, as well as wider accessibility. From the research conducted, the system was built capable of delivering the effectiveness of time, cost and capacity more than the conventional lab methods. This system has a feature class reservation, the reservation number of virtual machines that will be used in the classroom, virtual machine access and methods of assessment of practical work undertaken by students.

Kata Kunci: Virtual, Laboratory, Virtualitation. Qemu, KVM

I. PENDAHULUAN

Rogram Studi Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer merupakan program studi yang banyak diminati oleh ribuan mahasiswa di Indonesia setiap tahunnya. Peningkatan jumlah mahasiswa ini sepantasnya didukung oleh sarana infrasruktur baik kelas maupun laboratorium yang memadai, akan tetapi kondisi yang terjadi saat ini banyak Universitas-Universitas Negeri maupun Swasta belum mencapai kondisi tersebut. Sarana dan prasarana yang tersedia khususnya Laboratorium belum dapat mencukupi jumlah mahasiswa yang ada, sehingga terkadang mahasiswa yang ingin melakukan aktivitas di laboratorium seperti kegiatan perkuliahan maupun praktikum harus berbagi jadwal satu sama lainnya. Daya tampung laboratorium sendiri hanya berkisar 40-41 orang beserta dosen/asisten praktikum untuk 1 kali praktikum atau pertemuan. Kondisi yang terjadi saat ini dalam 1 pertemuan praktikum laboratorium diisi dengan 46-49 orang beserta asisten praktikumnya. Hal ini dapat mengurangi kenyamanan mahasiswa / praktikan dalam menerima materi praktikum. Selain itu praktikan/mahasiswa juga direpotkan dengan membawa alat praktikum (komputer/laptop) sendiri-sendiri, karena komputer-komputer yang ada pada laboratorium jaringan komputer banyak yang tidak bisa digunakan karena digunakan untuk keperluan riset dan skripsi. dalam hal ini para asisten praktikum dan para praktikan harus mempersiapkan peralatan praktikum sendiri–sendiri, seperti instalasi dari tools-tools yang akan digunakan untuk praktikum. Hal ini kurang efisien karena dapat membuang waktu pada saat praktikum yang hanya mempunyai waktu maksimal 2 jam.

(2)

virtual baik front-end maupun back end yang saling mendukung satu sama lainnya sehingga laboratorium virtual ini dapat mengatasi masalah-masalah yang ada. Dalam penelitian ini sistem laboratorium virtual yang akan dibuat dikhususkan untuk praktikum jaringan komputer.

Sistem laboratorium virtual yang akan dibangun dalam penelitian ini terfokus pada perancangan sistem front-end dari Laboratorium Virtual Jaringan Komputer. Dalam perancangan sistem front-front-end ini dibahas mengenai beberapa hal terkait pelaksanaan praktikum jaringan computer, seperti manajemen waktu pelaksanaan praktikum, antarmuka untuk mengakses virtual machine, pengkoreksian dan pemberian nilai dari dari hasil praktikum, serta manajemen virtual machine yang akan digunakan untuk praktikum. Untuk mendukung perancangan sistem front-end agar dapat diakses dimana saja maka sistem laboratorium virtual ini dibangun dengan bahasa pemrograman yang berbasis web.

Sebelumnya telah dilakukan penelitian oleh Patcharee Basu, dkk. mengenai pemanfaatan virtualisasi sebagai media pembelajaran jarak jauh yang menggabungkan remote computer laboratory dan lingkungan pembelajaran jarak jauh, untuk mendukung metode pembelajaran dalam dunia Teknologi Informasi serta memberikan inovasi pembelajaran yang awalnya bersifat tatap muka menjadi bersifat pembelajaran jarak jauh [PAT-03]. Penelitian ini akan membangun aplikasi front-end dari sistem laboratorium virtual yang akan diterapkan pada laboratorium jaringan computer.

Penelitian ini dilakukan untuk mengatasi masalah keterbatasan sumber daya, efektifitas waktu serta skalabilitas dari model pembelajaran sebelumnya. Sistem yang dibuat memungkinkan pengguna untuk untuk mengatur jadwal secara fleksibel, serta menggunakan kembali sumber daya yang telah dipakai sebelumnya.

II. PENELITIANTERKAIT

A. Remote Computer Laboratory

Penelitian sebelumnya yang terkait dengan perancangan sistem laboratorium virtual dilakukan untuk mengatasi masalah keterbatasan sumber daya manusia, efektifitas biaya serta daya tampung yang tersedia. Penelitian ini dilakukan oleh Patcharee Basu dkk. [1] yang menggabungkan sistem Remote Computer Laboratory dengan model pembelajaran jarak jauh yang bertujuan untuk mengatasi permasalahan seperti yang dijelaskan pada bagian sebelumnya.

Sistem ini menggunakan teknologi virtualisasi serta StarBED computing testbed yang dapat menghasilkan daya tampung laboratorium yang lebih besar dengan peralatan serta biaya yang lebih sedikit. Komponen utama dalam sistem ini adalah adanya suatu sistem yang secara otomatis dapat memberikan koreksi serta masukan terhadap pekerjaan seseorang, sehingga dapat memberikan efektifitas waktu dalam pembelajaran.

Penelitian ini menghasilkan sistem yang dapat meningkatkan fleksibilitas waktu, ketersedian sumber daya serta daya tampung laboratorium yang sebelumnya terbatas oleh biaya, waktu pelaksanaan serta tempat yang disediakan [1].

B. Learning Paradigm of Region Wide IT

Penelitian sebelumnya yang terkait adalah tentang paradigma pembelajaran jarak jauh. Penulis menerapkannya pada School on Internet ASIA (SOI ASIA) yang telah dilakukan oleh Patcharee Basu dkk.[3].

Pada penelitian ini menghasilkan data feedback dari kualitas efisiensi dari sistem tersebut. Tabel diatas merupakan table hasil dari feedback pengguna yang dibedakan menjadi 3 kategori yaitu:

 Kemudahan pengoprasian

 Efektifitas Workshop

 Partisipasi akan dating

(3)

C. Distance Learning Computer-based Hand-on Workshop : Experieces on Virtual and Physical Lab Environtment,

Penelitian sebelumnya yang terkait adalah Distance Learning Computer-based Hand-on Workshop : Experieces on Virtual and Physical Lab Environtment yang telah dilakukan oleh Patcharee Basu dkk, penelitian ini

membahas tentang desain arsitektur dari labratorium fisik dan arsitektur laboratorium virtual, pada penelitian ini akan menganalisa seberapa efisienkah untuk merubah laboratorium fisik menjadi laboratorium virtual [2]..

D. Using Kolb's Experiential Learning Cycle to improve student learning in virtual computer laboratories

Penelitian sebelumnya yang terkait adalah Using Kolb's Experiential Learning Cycle to improve student learning in virtual computer laboratories yang telah dilakukan oleh Achmad Konak dkk, penelitian ini membahas tentang pengalaman belajar bagi mahasiswa yang menggunakan system laboratorium virtual. Dan menurut paper ini, teknologo pembelajaran jarak jauh memang lebih efisien dan tidak terbatas oleh waktu dan reasource[4].

III.RANCANGANARSITEKTURVIRTUALLABORATORY

A. Rancangan Arsitektur sistem laboratorium virtual

Rancangan Arsitektur sistem laboratorium virtual jaringan komputer yang digunakan dalam penelitian ini bisa dilihat pada gambar

Gambar 3 merupakan rancangan keseluruhan sistem back-end dan front-end dari sistem laboratorium virtual. Bagian front-end akan mengembangkan pada bagian web server yang akan menampung aplikasi berbasis web untuk digunakan sebagai antarmuka ke pengguna sistem, dan mengembangkan bagian database server untuk memanajemen penyimpanan data dari sistem, sedangkan bagian back-end mengembangkan bagian virtualization server sebagai media penyimpanan virtual machine dan memonitoring database server untuk sinkronisasi virtual machine dan sistem front-end

Web server akan menampung front-end dari sistem yang berupa aplikasi berbasis web dari sistem laboratorium virtual dimana aplikasi web ini akan menyediakan kebutuhan pengguna untuk melaksanakan praktikum jaringan komputer.

(4)

machine yang dibuat oleh virtualisasi server adalah virtual machine yang bertindak sebagai router dan virtual machine yang bertindak sebagai personal computer client . Dalam proses pembuatan virtual machine tersebut, server virtualisasi akan bekerja sama dengan database server dimana ketika pengguna melakukan pemesanan virtual machine maka data pemesanan ini akan masuk ke dalam database. Database server meneruskan data pemesanan yang telah ada ke virtualisasi server. Berdasarkan data inilah virtualisasi server akan menyediakan virtual machine.

Pada sistem ini pengguna akan terhubung dengan web server dimana web aplikasi akan memproses perintah pengguna sesuai dengan bagian yang diinginkan. Pengguna yang ingin mengakses virtual machine yang berada pada server virtualisasi, maka web server akan menjalankan proxyVNC yang akan digunakan sebagai jembatan penghubung antara virtual machine dengan pengguna. Setelah pengguna terhubung dengan virtual machine, pengguna bisa melakukan praktikum dengan mengkonfigurasi virtual machine sesuai soal yang diberikan.

B. Perancangan mekanisme pengaksesan virtual machine dan sinkronisasi back-end dengan front-end

Pada tahap perancangan ini akan menjelaskan bagaimana cara sinkronisasi antara back-end dengan front-end , diagram perancangan dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

VIRTUALIZATION SERVER Back-end

WEB SERVER Front-end

DATABASE SERVER

Request virtual machine

Dengan cara insert ke tabel order Memonitoring table order setiap 1 menit_{Dengan cara mengecek table order,}

Gambar 4 Rancangan Sinkronisasi

(5)

mengecek dari data order jika ada record dengan status bernilai 0 maka order tersebut belum dikerjakan maka aplikasi back-end akan menggandakan virtual machine sesuai dengan data record tersebut. Dan setelah selesei proses penggandaan virtual machine maka record yang telah selesei tersebut statusnya diubah menjadi 1 dengan cara melakukan perintah SQL update.

Web Server Front-end

Database Server

Virtualization Server Back-end students

2. Tanya nomer port Yang di pakai oleh

VM milik student

3. Membalas nomer port Dari VM yang direquest

4. VNC melakukan remote Ke Virtualization server

Dengan nomor port Dari database

VM1 VM2 VM3

5. Remote vm berdasarkan nomer port

1. Request remote VM

Gambar 5 Rancangan Pengaksesan virtual machine

Gambar 5 merupakan gambar mekanisme pengaksesan virtual machine, pengaksesan virtual machine akan digunakan oleh student untuk melaksanakan praktikum. Pada awalnya student akan request remote virtual machine dengan menekan tombol console pada halaman list virtual machine, kemudian aplikasi front-end akan melakukan request informasi nomor port dari virtual machine yang di-request oleh student ke database server, setelah itu database server akan mengirimkan nomer port dari virtual machine yang dipesan oleh student tersebut. Setelah itu aplikasi front-end akan membuat socket noVNC untuk me-remote virtualization server dengan nomor yang dikirimkan oleh database server, kemudian student akan dihadapkan dengan tampilan noVNC yang akan melakukan remote VNC ke virtualization server yang akan di forward ke virtual machine yang menggunakan nomor port tersebut. Kemudian framework noVNC bisa melakukan remote virtual machine yang di-request oleh student.

(6)

Web Server

Front-end VirtualizationServer

Back-end students

3. Membalas nama VM yang direquest

4. Eksekusi Shell Script untuk pengecekan Konfgurasi

Berdasarkan namaVM

VM1 VM2 VM3

5. Cek Konfgurasi berdasarkan NamaVM 1. Request

Progress dan Nilai

6. Mengembalikan Nilai praktikum

Gambar 6 Rancangan Pengecekan dan Penilaian

Gambar 6 merupakan gambar mekanisme pengecekan progress pengerjaan dan penilaian hasil praktikum. Pada awalnya student request progress dan nilai pada halaman nilai praktikum, kemudian aplikasi front-end akan menghubungi database server untuk request nama virtual machine yang kemudian dari nama tersebut akan dicari alamat mac address-nya di virtualization server kemudian dari alamat mac address tersebut akan di-regenerate alamat link-local IPv6, setelah itu aplikasi front-end akan mengeksekusi shell script dimana shell script tersebut akan melakukan pengecekan konfigurasi dari virtual machine berdasarkan alamat link-local IPv6 nya dan kemudian menilai hasil konfigurasi tersebut, lalu hasil pengecekan tersebut akan dikirimkan kembali oleh virtual machine ke web server untuk ditampilkan ke student, dan setelah itu nilai akan dimasukkan ke dalam database untuk sebagai nilai praktikum

IV. PENGEMBANGANSISTEMLABORATORIUMVIRTUAL

A. Rancangan Tapologi

Host yang digunakan yang akan digunakan sebagai server dalam implementasi ini sebanyak 3 buah host yang masing-masing bertindak sebagai virtualisasi server, web server dan database server. Virtualisasi server akan terhubung dengan virtual machine yang berada didalamnnya. Rancangan dari implementasi sistem laboratorium virtual pada penelitian ini tampak seperti pada Gambar 7.

(7)

B. Pengujian Performa Sistem

Pada pengujian performa Sistem front-end laboratorium virtual, pengujian dilakukan dengan menjalankan semua fitur yang telah tervalidasi, kemudian menghitung seberapa lama waktu yang dibutuhkan oleh sistem aplikasi front-end laboratorium untuk merespon request dari user. Jumlah virtual machine disesuaikan dengan skenario pengujian.

C. Pengujian Sinkronisasi Back-end dan front-end

Pada pengujian sinkronisasi antara front-end dan back-end dari sistem laboratorium virtual, pengujian dilakukan dengan menjalankan fitur reservasi class yang dilakukan oleh lecture dengan jumlah virtual machine tertentu, sistem front-end akan memasukkan data reservasi class ke tabel order pada database yang akan dimonitoring oleh sistem back-end, jika metode sinkronisasi berhasil maka aplikasi back-end akan menggandakan virtual machine untuk class tersebut sebanyak jumlah yang di-request oleh lecture pada class tersebut.. Dan pengujian ini akan menjalankan fitur reservasi session praktikum yang akan dilakukan oleh student sesuai dengan keinginan student tersebut, maka sistem front-end akan memasukkan data reservasi session ke dalam tabel session dan akan dimonitoring oleh sistem back-end, jika metode sinkronisasi berhasil maka sistem back-end akan melakukan resume virtual machine pada saat telah masuk waktu sesi yang dipilih oleh student dan akan melakukan suspend virtual machine pada saat waktu sesi telah berakhir.

Pada penelitian ini, kami telah melakukan analisis, Front-end sistem laboratorium virtual jaringan komputer dilakukan dengan melakukan validasi terhadap fitur-fitur yang dibutuhkan untuk memastikan fitur tersebut berjalan normal dan dapat memenuhi kebutuhan yang di rancang pada bagian sebelumnya, dan menghitung rata-rata untuk tiap satu virtual machine yang dibuat pada saat reserve class dalam tiap skenario. Pada pengujian sistem yang telah dilakukan, terdapat 16 fitur dan 6 skenario pengujian dimana tiap-tiap fitur dan skenario akan dihitung waktu yang dibutuhkan untuk merespon fitur tersebut. Hasil pengujian tersebut dapat dilihat pada gambar 8.

(8)

Dari hasil pengujian pada gambar 8 dan gambar 9, didapatkan informasi bahwa setiap fitur dari sistem front-end maupun back-front-end mampu berjalan normal serta dapat memenuhi kebutuhan yang dirancang pada bagian sebelumnya dan sistem front-end mampu merespon semua fitur kurang dari 2 detik. Respon Fitur reserve class, jumlah virtual machine dalam class tersebut tidak mempengaruhi waktu respon dari sistem front-end . Sangat berbeda sekali jika praktikum dilakukan secara konvensional. Jika praktikum dilakukan secara konvensional pasti akan membutuhkan waktu sangat banyak. Untuk persiapan praktikum saja waktu yang dibutuhkan oleh asisten adalah sekitar 5 jam. Dan pada saat praktikum asisten disulitkan dengan cara memonitoring praktikum yang masih dilakukan dengan berkeliling antar mahasiswa yang berada di class. Dan metode pengkoreksian hasil praktikum masih dikoreksi secara manual hal ini membutuhkan waktu untuk 1 class sekitar 3 jam. Hal ini membuktikan bahwa jika menggunakan sistem ini dapat banyak menghemat waktu dan dapat memberikan kenyamanan bagi asisten praktikum maupun mahasiswa yang melaksanakan praktikum. Untuk waktu eksekusi waktu secara keseluruhan dapat dilihat pada gambar 10.

5 10 15 20 25 30 35 40 0

50 100 150 200 250 300 350

Grafk Kinerja Keseluruhan

(9)

Sinkronisasi antara sistem front-end dan sistem back-end telah berhasil. Ketika sistem front-end melakukan insert pada tabel class dengan jumlah student sebanyak yang diinginkan oleh lecture. Maka sistem back-end akan mempersiapkan virtual machine dengan cara menggandakan virtual machine sebanyak yang direquest oleh lecture. Sistem front-end akan melakukan pengiriman data dengan format SQL ke tabel yang berada di dalam database, tabel tersebut akan dimonitoring oleh sistem back-end, data dengan format SQL tersebut akan diterjemahkan oleh sistem back-end untuk melakukan request dari sistem front-end untuk melakukan penggandaan, start, stop, resume serta suspend virtual machine. Pada grafik yang ditunjukkan pada Gambar 10 dapat ditarik kesimpulan bahwa dalam melakukan proses pemesanan Virtual Machine hingga selesai, sistem bekerja dalam waktu yang relative stabil. Dalam melakukan proses ini dalam tiap skenario, sistem membutuhkan waktu rata ± 8 detik untuk tiap Virtual Machine, hal ini membuktikan bahwa sistem front-end dan back-end sistem laboratorium dapat bersinkronisasi dan dapat bekerja sama untuk sistem laboratorium virtual.

V. KESIMPULAN

Aplikasi front-end dari sistem laboratorium virtual yang diajukan berhasil diterapkan dengan bahasa pemrograman berbasis web dan menggunakan proxy noVNC untuk pengaksesan virtual machine, aplikasi front-end dari sistem laboratorium virtual dapat bekerja secara fungsional dalam mengatasi keterbatasan waktu, sumber daya dan daya tampung laboratorium pada saat praktikum.

Sinkronisasi antara aplikasi front-end dan aplikasi back-end dari sistem laboratorium virtual yang diajukan berhasil diterapkan untuk menyelaraskan pekerjaan aplikasi front-end dengan aplikasi back-end, sinkronisasi dilakukan dengan cara sistem front-end melakukan pengiriman data ke tabel order yang berada di dalam database server, kemudian tabel order tersebut akan dimonitoring oleh sistem back-end setiap menit. Kemudian sistem back-end akan menterjemahkan data yang berada di tabel order tersebut untuk melakukan penggandaan, start, stop, resume serta suspend virtual machine yang berada pada virtualization server.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Basu, P., Basuki, A., Thamrin, A.H., and Okawa, K., and Murai, J., 2008. Collaborating Remote Computer Laboratory and Distance Learning Approach for Hands-on IT Education , Keio University.

[2] Basu, P., Basuki, A., Thamrin, A.H., and Okawa, K., and Murai, J., 2008. Distance Learning Computer-based Hand-on Workshop : Experieces on Virtual and Physical Lab Environtment, Keio University.

[3] Basu, P., Basuki, A., Thamrin, A.H., and Okawa, K., and Murai, J., 2008. An Educational Development on Learning Paradigm of Region Wide IT Hands-on Workshop, Keio University.