Analis Kualitas Layanan pada Jaringan ATM dengan Multiprotocol Label Switching

BAB II DASAR TEORI

2.1. Asynchronous Transfer Mode (ATM)

Asynchronous Transfer Mode atau yang disingkat ATM merupakan suatu jaringan di mana paket-paket informasi berbagai layanan seperti suara, video, dan data diubah ke dalam bentuk paket-paket kecil dengan ukuran tetap yaitu 53 byte, paket-paket berukuran kecil ini disebut sel [1]. Pada tahun 1998 International

Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector (ITU-T) telah memilih jaringan ATM sebagai jaringan backbone untuk teknologi

Broadband Integrated Services Digital Network (B-ISDN). Hal ini dikarenakan ATM memiliki kelebihan sebagai berikut [4] :

1. ATM menyediakan jaminan transfer data yang handal untuk berbagai jenis layanan.

2. ATM memiliki kemampuan yang fleksibel untuk dikembangkan pada layanan-layanan masa depan.

3. Memiliki error controll dan error correction yang baik.

4. Memiliki biaya operasi, administrasi dan pemeliharaan yang ringan. 5. Menyediakan bandwidth yang dinamis.

2.2 Header Sel ATM

ATM mengubah paket-paket informasi ke dalam bentuk paket-paket kebentuk sel. Sel ATM terdiri dari 48 byte payload dan lima byte header yang dapat dilihat pada Gambar 2.1. Payload berisi paket-paket data yang akan dikirimkan. Sedangkan header pada sel ATM memiliki fungsi untuk pengalamatan, proses switch, error control, dan lain-lain [1].

Gambar 2.2 menunjukkan bagaimana struktur header sel ATM. Seperti yang dapat dilihat di Gambar 2.2, ada dua jenis format header sel pada ATM. Header sel ATM yang pertama adalah User-Network Interface (UNI) dan Network-Network Interface (NNI). Format header UNI dipakai ketika ATM berhubungan dengan end user (pengguna). Sedangkan format header NNI digunakan ketika ATM berhubungan dengan perangkat ATM [1].

7 4 3 0

GFC VPI

VPI VCI

VCI

VCI PT CL

P

HEC

7 4 3 0

VPI

VPI VCI

VCI

VCI PT CL

P

HEC

(a) (b)

Gambar 2.2 (a) Sel Header ATM UNI (b) Sel Header ATM NNI

Keterangan :

GFC = Generic Flow Control (4 bits) (default: 4-zero bits) VPI = Virtual Path Identifier (8 bits UNI, or 12 bits NNI) VCI = Virtual Channel identifier (16 bits)

PT = Payload Type (3 bits) CLP = Cell Loss Priority (1-bit)

HEC = Header Error Control (8-bit CRC, polynomial = X8 + X2 + X + 1)

Payload Type (PT) berfungsi untuk menginisialisasi jenis payload. Cell Loss Priority (CLP) merupakan pelabelan prioritas sel. Prioritas sel tersebut dilabelkan dengan angka 0 dan 1. Sel yang memiliki bit 0 memiliki prioritas yang lebih tinggi dibanding bit 1. Header sel terakhir adalah header error control (HEC). HEC berfungsi untuk mendeteksi bit yang error pada header sel [3].

2.3 Model Referensi ATM

Model referensi ATM memiliki tiga bidang (plane) yang dapat dilihat pada Gambar 2.3. Tiap bidang (plane) memiliki fungsi berbeda-beda. Penejelasan tentang masing-masing model dan fungsinya dijelaskan sebagai berikut [1] :

1. User Plane : Bidang ini berkonsentrasi pada data yang berasal dari user. Disisi pengirim, user plane mengubah paket informasi user menjadi sel-sel dan mentransmisikannya melalui media fisik atau lapis fisik. Di sisi penerima, user plane melakukan kebalikannya, mengubah sel-sel menjadi paket informasi kembali.

2. Control plane : Control plane bertanggung jawab untuk membangun dan memutuskan koneksi antara sumber dan tujuan. Saat control plane membangun koneksi yang baru, control plane akan membuat mapping (pemetaan) di antara input VPI/VCIdan output VPI/VCI.

3. Management plane: Management plane bertanggung jawab untuk mengatur maasing-masing protokol pada ATM dan membuat koordinasi antar lapisan. Bidang management plane dibagi menjadi dua, yaitu bidang layer management dan bagian plane management. Layer management bertanggung jawab untuk mengatur administrasi, pemeliharaan dan konfigurasi di masing-masing lapis. Sedangkan plane management bertanggung jawab untuk melakukan koordinasi semua plane pada protocol ATM.

hanya saja ATM hanya memiliki empat layer. Masing masing layer ini memiliki fungsi yang berbeda-beda [1].

Gambar 2.3 Model Referensi ATM [1]

2. 3.1 Physical Layer

Physical Layer atau lapis fisik pada model referensi ATM memiliki empat fungsi yaitu mengubah sel menjadi deretan bit, mengontrol transmisi dan penerimaan bit-bit yang melalui media fisik, menentukan batas-batas sel dan

memaketkan sel-sel ke dalam jenis frame yang sesuai dengan media fisiknya [1].

2.3.2 ATM Layer

ATM layer atau lapisan ATM merupakan lapisan inti dari protocol ATM dikarenakan semua fungsi-fungsi penting dilakukan pada lapisan ini. Salah satu fungsi tersebut adalah lapis ini mengubah deretan sel yang berasal dari beberapa pengguna ke dalam satu saluran saja [1].

ATM layer menerima 48 byte payload dari lapis di atasnya dan menambahkan lima byte header sel sehingga sel berukuran 53 byte. ATM layer juga memiliki fungsi untuk melakukan proses switching antar ATM [5].

2.3.3 ATM Adaption Layer (AAL)

layanan yang disediakan oleh lapis yang di bawahnya. Terdapat lima jenis AAL, yaitu [1]:

AAL 1 : ATM adapton layer 1 (AAL1) digunakan untuk aplikasi bit rate yang konstan, dimana data dikirimkan dan ditransmisikan dengan rate yang konstan. AAL1 memiliki pengiriman data dengan waktu yang sensitif.

AAL 2 : ATM adapton layer 1 (AAL2) berfungsi untuk menyediakan bandwith yang efisien dengan laju transmisi yang rendah. AAL2 sama seperti AAL1 memiliki pengiriman data dengan waktu yang sensitif.

AAL 3 / 4 : ATM adapton layer 3 / 4 (AAL 3/4) berbeda dengan AAL 1 dan AAL2 yang sensifi pada waktu saat proses pengiriman. AAL 3 menyediakan layanan connection-oriented bahkan pada trafik padat. Sedangkan AAL4 menyediakan layanan conncetionless untuk trafik yang padat.

AAL5 : ATM adaptonlayer 5 memiliki kemampuan yang sama seperti AAL 3dan AAL 4 namun kelebihannya adalah AAL 5 lebih efisien di bandingkan dengan AAL 3 / 4.

2.4 Virtual Circuit Switching (Label Swaping)

Berbeda dengan router yang menggunakan IP, pada ATM untuk melakukan pengiriman data ATM menggunakan virtual circuit switching. Pada Virtual Circuit Switching, informasi ditransfer menggunakan virtual circuit. Virtual circuit adalah sebuah kanal logika (circuit) pada dua buah perangkat yang diidentifikasi dengan label atau sesuatu yang dapat mengidentifikasi (indentifiers). Dalam proses pengiriman data di saat paket sampai pada tujuan (hop) selanjutnya, VCI akan membaca identifier dan meneruskan ke hop selanjutnya. Sebelum dilanjutkan ke hop selanjutnya, indentifier akan diganti dengan label (indentifier) yang baru. Proses pergantian label yang baru datang dengan label yang baru disebut virtual circuit switching atau label swaping [1].

ATM menggunakan VPI/VCI untuk mengirimkan sel. VCI adalah Virtual

forwarding. Gambar 2.4 menjelaskan bagaimana proses pergantian nilai VPI/VCI [1].

Gambar 2.4 Proses Perubahan VPI/VCI pada ATM (CellSwitching)

Menurut Gambar 2.4, jika dilakukan konfigurasi di perangkat ATM pengaturannya akan tertulis Source 1:5:1 dan Destination 2:4:6. Maksudnya adalah paket yang datang melalui port 1 dengan label VPI 5 dan VCI 1 akan diubah sesuai Translation Table, dimana VPI 5 dan VCI 1 akan diubah menjadi VPI 4 dan VCI 6 lalu paket dikeluarkan melalui port 2. Begitu juga sebaliknya, paket yang datang memalui port 2 dengan label VPI 4 dan VCI 6 akan diubah menjadi VPI 5 dan VCI 1 lalu paket dikeluarkan melalui port 1.

2.5 Multiprotocol Label Switching (MPLS)

yang didefenisikan oleh Internet Engineering Task Force (IETF) untuk memadukan mekanisme Label swapping di layer 2 dengan routing di layer 3 untuk mempercepat pengiriman paket data seperti terlihat pada Gambar 2.5. Jaringan MPLS bekerja pada layer Network dan layer Data Link dalam proses transmisi paket data.

Konsep inti dari MPLS adalah memasukan sebuah label di setiap paket data yang panjangnya tetap. Label di setiap paket data memiliki informasi pokok, yaitu arah paket data yang akan diteruskan. Adapun informasi label yang paling penting adalah sebagai berikut, yaitu [7]:

1. Informasi Alamat tujuan (Destination Address) 2. Informasi IP Precendence

3. Informasi keanggotaan Virtual Privete Network (VPN)

4. Informasi Quality of Service (QoS) dari Resource Reservation Protocol (RSVP)

5. Informasi rute paket data yang melintasi jaringan

Gambar 2.5 Letak Jaringan MPLS pada OSI Layer

2.5.1 Format Header MPLS

Dalam pengiriman paket data di jaringan MPLS dilakukan proses

pemberian lebel pada header paket tersebut. Header MPLS memiliki 32 bit data, yang didalamnya terdapat 20 bit Label Value, 3 bit eksperimen (Exp), dan 1 bit

Gambar 2.6 Format Header MPLS [8]

Komponen penyusun header pada jaringan MPLS terdiri atas berisikan bagian-bagian berikut ini [8]:

1. Label Value (Label)

Label Value adalah field yang terdiri dari 20 bit yang merupakan nilai dari Label tersebut.

2. Experiment Use (Exp)

Secara teknis, field ini dapat digunakan untuk menangani indikator QoS atau dapat juga merupakan hasil salinan dari bit-bit IP Precendence pada paket IP yang memiliki 3 bit Exp.

3. Bottom of Stack (Stack)

Pada sebuah paket memungkinkan menggunakan lebih dari satu Label

Field yang digunkan untuk mengetahui label stack yang paling bawah. Label yang paling bawah pada stack memiliki nilai bit 1, sedangkan yang lain dibeli nilai 0. Hal ini sangat diperlukan pada proses labelstucking.

4. Time to Live (TTL)

Field ini merupakan hasil salinan dari IP TTL header. Nilai bit TTL akan berkurang 1 setiap paket melewati hop untuk terjadinya packet

storms. Pada jaringan MPLS ini memiliki 8 bit TTL yang akan berkurang satu bila melewati sebuah router atau hop.

2.5.2 Arsitektur Jaringan MPLS

sebuah forwarding equivalence class (FEC) yang diidentifikasikan di tiap label. FEC merupakan kumpulan paket yang menerima perlakukan forwarding yang sama di sebuah LSR. LSP dibentuk melalui suatu protokol persinyalan seperti terlihat pada Gambar 2.7 yang menentukan forwarding berdasarkan label pada paket [7].

Gambar 2.7 Arsitektur Jaringan MPLS [7]

Label yang pendek dan berukuran tetap akan mempercepat proses

forwarding paket pada sebuah router dalam melakukan pengambilan keputusan yang ditentukan oleh semua sumber informasi yang dapat dikerjakan oleh sebuah label switching dengan melihat nilai suatu label dengan panjang tertentu. Label ini biasa disebut Label Forwarding Information Base (LFIB). Sebuah label akan digunakan sebagai sebuah indeks suatu node. Selain itu label akan digunakan untuk memutuskan tujuan selanjutnya dengan pergantian label di dalam node tersebut. Label lama digantikan oleh label baru, dan kemudian paket akan dikirimkan ke tujuan selanjutnya. Oleh sebab itu sebuah label switching akan

oleh router, karena semua pengiriman paket telah dikendalikan oleh label yang ditambahkan tersebut [7].

2.5.3 Prinsip Kerja Jaringan MPLS

Prinsip kerja MPLS ialah mengggabungkan kecepatan switching pada layer 2 dengan kemampuan routing dan skalabilitasnya pada layer 3. Cara kerjanya adalah dengan menyelipkan label di antara header layer 2 dan layer 3 pada paket yang diteruskan. Label dihasilkan oleh Label Switching Router

(LSR) dimana l a b e l i n i bertindak sebagai penghubung jaringan MPLS dengan jaringan luar. Label berisi informasi tujuan node selanjutnya kemana paket harus dikirim seperti pada Gambar 2.8. Kemudian paket diteruskan ke node berikutnya, di node ini label paket akan dilepas dan diberi label yang baru yang berisi tujuan berikutnya. Paket-paket ini diteruskan dalam path yang disebut LSP (Label Switching Path). Mekanisme prinsip kerja Jaringan MPLS sangat bergantung pada label swapping (pertukaran label). Label ditukar sesuai informasi yang dimiliki router sebelumnya untuk keperluaan transfer paket data dari

pengirim menuju penerima [8].

Gambar 2.8 Prinsip Kerja Jaringan MPLS

2.6 MPLS over ATM

MPLS dapat dikonfigurasikan diberbagai platform, salah satunya adalah ATM. MPLS yang dikonfigurasikan di platform ATM disebut MPLS over ATM. MPLS over ATM merupakan cara untuk menyediakan layanan IP/MPLS dan ATM dalam satu jaringan. Untuk melakukan konfigurasi MPLS pada jaringan ATM, dibutuhkan LC-ATM interface. LC-ATM interface adalah

Label-Controlled interface yang dibutuhkan melakukan proses label. Perangkat interface ini dipasang di ATM switch [3].

Paket-paket IP dapat dilewatkan pada jaringan ATM, ini disebut IP over ATM. Hal ini terjadi dikarenakan pengguna atau end-user menggunakan teknologi Internet Protocol (IP). Ketika paket yang memiliki header IP melaui jaringan ATM, akan terjadi banyak proses untuk mentransfer paket tersebut. Salah satu proses tersebut adalah sistem harus memetakan alamat IP dan routing ke ATM. Akan tetapi jika MPLS dikonfigurasikan pada ATM, proses pemetaan alamat IP dan routing tidak jadi masalah lagi dikarenakan MPLS dapat menterjemahkan pengalamatan IP maupun pengalamatan ATM (VPI/VCI) [3].

Dalam proses konfigurasi MPLS dengan ATM, MPLS membutuhkan enkapsulasi ATM AdaptionLayer 5 Subnetwork Access Protocol (AAL5 SNAP). Hal ini diperlukan agar MPLS dapat membaca pengalamatan pada ATM (VPI/VCI). Saat proses transfer data, label teratas dari label stack MPLS diterjemahkan ke dalam VCI atau ke dalam VPI/VCI. Setelah itu alokasi label dan prosedur lainnya dimodifikasi sehingga ATM LSR dapat mencari data VCI atau nilai label VPI/VCI. Sehingga dapat menentukan interface dan label yang akan keluar. Teknik enkapsulasi ATM dengan MPLS ditunjukkan pada Gambar 2.9 [3].

Gambar 2.9 Teknik Enkapsulasi MPLS ATM [3]

Label Over VPI/VCI

2.7 Graphical Network Simulator 3 (GNS3)

Graphical Network Simulator 3 (GNS3) merupakan salah satu aplikasi emulator yang dapat mensimulasikan network yang kompleks. Dalam proses simulasinya dapat menggunakan banyak perangkat seperti ATM, router, komputer, Server Mikrotik, dan lain-lain. Bahkan, GNS3 mampu untuk dikombinasikan dengan jaringan luar seperti Local Area Network (LAN) dan Internet. GNS3 ini dapat di download pada http://gns3.net/download. Gambar 2.10 menampilkan bentuk tampilan dari GNS3.

Gambar 2.10 Tampilan GNS3

GNS3 sebagai aplikasi simulasi grafis yang memungkinkan untuk menjalankan Cisco IOS (Internetworking Operating System). Dengan begitu bisa mengakses seluruh fitur yang ada pada sebuah router Cisco secara penuh dan tidak dibatasi seperti pada Packet Tracer. Pada Packet Tracer tidak bisa menggunakan semua fitur seperti pada router Cisco yang asli (seperti konfigurasi ipv6 atau perangkat ATM). Adapun kelebihan GNS3 dibandingkan Paket Tracer adalah:

2. Memungkinkan disain topologi yang lebih riil dengan interaksi ke sistem lain seperti Operating System (OS) yang ada di VirtualBox, komputer host (tempat dimana GNS3 di install) ataupun koneksi ke internet.

3. Memungkinkan menjalankan layanan sebenarnya (video streaming, radio internet, dll) di jaringan GNS3 yang berupa simulasi.

2.8 Wireshark

Wireshark adalah sebuah Network Packet Analyzer. Network Packet

Analyzer akan “menangkap” paket-paket jaringan dan menampilkan informasi di paket tersebut selengkap mungkin. Sebuah Network Packet Analyzer sebagai alat untuk memeriksa apa yang sebenarnya sedang terjadi di dalam kabel, seperti halnya voltmeter atau tespen yang digunakan untuk memeriksa apa yang sebenarnya sedang terjadi di dalam sebuah kabel listrik. WireShark adalah salah satu toolopen source terbaik untuk menganalisa paket jaringan.

2.9 VirtualBox

Dengan adanya perangkat lunak mesin virtual seperti VirtualBox, tentunya sangat membantu dan berguna sekali bagi pengguna yang ingin melakukan sebuah ujicoba dan simulasi instalasi sistem operasi tertentu tanpa harus mengganggu dan kehilangan sistem operasi utama yang sudah ada. Selain itu VirtualBox juga sangat cocok digunakan untuk yang gemar bereksperimen dengan sistem operasi lain tanpa harus khawatir pada sistem operasi utama.

Gambar 2.11 Tampilan VirtualBox

2.10 Microsoft Loopback

Microsoft Loopback merupakan software buatan Microsoft corporation yang digunakan sebagai virtual Adapter untuk menjalankan komunikasi data pada suatu jaringan seperti terlihat pada Gambar 2.12. Software ini dapat diinstal pada sistem operasi milik Microsoft seperti Windows 8.

Pada awalnya software ini tidak terdapat pada menu default windows, namun bisa ditambah jika ingin digunakan. Caranya, dengan memilih manage pada menu Computer di starup menu, kemudian add hardware legacy dan pilih Microsoft Loopback. Software ini sering digunakan untuk kebutuhan penelitian jaringan. Hal ini dikarenakan pengguna tidak harus menyediakan perangkat komputer lagi atau menambahkan LAN adapter yang biasa disebut dengan LAN

Gambar 2.12. Tampilan Microsoft Loopback Adapter

2.11 Media Player VLC

Media Player VLC adalah perangkat lunak (software) pemutar beragam berkas (file) multimedia, baik video maupun audio dalam berbagai format, seperti MPEG, DivX, Ogg, dan lain-lain. VLC juga dapat digunakan untuk memutar DVD, VCD, maupun CD. VLC Media Player bersifat open source dan tersedia untuk berbagai sistem operasi.

Salah satu kelebihan yang paling menonjol dari VLC Media Player adalah kelengkapan codec yang dimiliki. Dengan kata lain, VLC dapat memutar hampir seluruh jenis berkas audio maupun video yang ada seperti pada Gambar 2.13. Program ini juga bisa dijadikan sebagai server untuk melakukan streaming di jaringan lokal dan internet.

Gambar 2.13 Streaming Video dengan Media Player VLC

2.12 Quality of Service

seperti halnya masalah delay, packet loss, dan throughput yang dapat membuat efek yang cukup besar bagi banyak aplikasi.

2.12.1 Packet Loss

Packet Loss adalah suatu parameter yang menggambarkan suatu kondisi yang menunjukkan jumlah total paket yang hilang. Nilai packet loss didapatkan menggunakan Persamaan berikut [9]:

Standarisasi packet loss yang dibuat oleh Telecomunication Internet

Protocol Harmonization Over Network (TIPHON) dapat dilihat pada Tabel 2.1. Pada standarisasi tersebut diberitahukan mengenai indeks dan kategori packet loss

yang menentukan kualitas layanan.

Tabel 2.1 Standarisasi Packet Loss oleh TIPHON [9]

Kategori Besar Delay Indeks

Sangat Bagus 0 % 4

Bagus 3 % 3

Sedang 15 % 2

Jelek 25 % 1

2.12.2 Throughput

Throughput adalah kecepatan transfer efektif yang diukur dalam bps. Throughput merupakan jumlah total kedatangan paket yang sukses diamati pada tujuan selama interval waktu tertentu dibagi oleh durasi interval waktu tersebut. Nilai throughput didapatkan menggunakan Persamaan berikut [9]:

Standarisasi throughput yang dibuat oleh TIPHON dapat dilihat pada Tabel 2.2. Pada standarisasi tersebut diberitahukan mengenai indeks dan kategori throuhput yang menentukan kualitas layanan.

Tabel 2.2 Standarisasi Throughput oleh TIPHON [9]

Kategori Throughput Indeks

Sangat Bagus 100 % 4

Bagus 75 % 3

Sedang 50 % 2

Jelek < 25 % 1

2.12.3 Delay

Delay adalah waktu yang dibutuhkan data untuk menempuh jarak dari asal ke tujuan. Nilai delay didapatkan menggunakan Persamaan berikut [9]:

Delay merupakan jumlah total kedatangan paket yang sukses diamati pada tujuan selama interval waktu tertentu dibagi oleh durasi interval waktu tersebut. Standarisasi Delay yang dibuat oleh TIPHON dapat dilihat pada Tabel 2.3. Pada standarisasi tersebut diberitahukan mengenai indeks dan kategori delay yang menentukan kualitas layanan.

Tabel 2.3 Standarisasi Delay oleh TIPHON [9]

Kategori Besar Delay Indeks

Sangat Bagus < 150 ms 4

Bagus 150 s/d 300 ms 3

Sedang 300 s/d 450 ms 2