Ethernet
4b-2 E t h e r n e t
Ethernet
Tahun 1985, IEEE membuat seri standard untuk Local Area Network (LAN) yang dikenal dengan IEEE 802 standards
Salah satu dari IEEE 802 standards adalah IEEE 802.3,
standard ini dikenal dengan “ Ethernet ”
Ethernet
bentuk sederhanan dari Ethernet menggunakan bus pasif beroperasi pada 10 Mbps
Dibentuk dari kabel co-axial 50 Ohm yang menghubungkan seluruh komputer di dalam LAN
Tiap-tiap segmen diakhiri dengan tahanan 50 Ohm (utk
menghindari pantulan dari ujung-ujung kabel), biasanya di
bumikan
4b-4 E t h e r n e t
Ethernet
Komputer-komputer dihubungkan ke kabel mengunakan
Transceiver
Network Interface Card (NIC)
Ethernet
Frame-frame data dibentuk menggunakan protokol yg disebut Media Access Control (MAC)
Dikodekan menggunakan Manchester line encoding.
Untuk menghindari dua komputer mengirimkan data dlm waktu bersamaan digunakan Carrier Sense Multiple Access protocol with Collision Detection (CSMA/CD)
Ehternet LAN dapat diimplementasikan dengan berbagai macam media:
10B5 Low loss coaxial cable (dikenal dgn “thick” Ethernet)
10B2 Low cost coaxial cable (dikenal dgn “thin” Ethernet)
10BT Low cost twisted pair copper cable (dikenal dgn UTP)
10BF Fiber optic cable
4b-6 E t h e r n e t
Ethernet:
aturan rancangan jaringan utk tipe kabel yg berbeda
Tipe segmen Jumlah maks.
Sistem per segmen kabel
Jarak maks.
Segmen kabel
10B5 (thick coax) 100 500 m
10B2 (thin coax) 30 185 m
10BT (twisted pair) 1023 100 m
10BFL (fiber optic) 2 2000 m
Ethernet:
Protokol Medium Access Control (MAC)
digunakan untuk menyediakan lapisan data link pada sistem Ethernet LAN
Mengenkapsulasi SDU (Service Data Unit – payload data) dengan menambahkan header 14 byte (protocol control
information) di depan data dan menambahkan dibelakang 4 byte (32 bit) Cyclic Redundancy Check (CRC)
seluruh frame diawali dengan waktu tenggang yg kecil (the minimum inter-frame gap, 9.6 microsecond (μS)) dan 8 byte preamble
Format frame: (a) Original DIX (DEC, Intel, Xerox) (b) IEEE 802.3
4b-8 E t h e r n e t
Ethernet:
Protokol Medium Access Control (MAC):
Preamble & SOF
Waktu tenggang digunakan utk mempersiapkan penerima utk dapat menerima frame berikutnya
Pattern dari 8 byte (64 bit) preamble terdiri dari 62 bit 1 dan 0 diikuti oleh dua bit terakhir 11 sbg akhir dr preamble dan dikenal dgn “Start of Frame
Delimiter” (SOF)
Pada 10 Mbps menggunakan manchester encoding 62 bit menghasilkan gelombang kotak 5 MHz.
Fungsi dari preamble ini digunakan untuk
sinkronisasi clock dengan pengirim
Ethernet:
Protokol Medium Access Control (MAC):
Destination Address (DA)
Panjangnya 6 bytes
High-order bit Menentukan
0 untuk unicast
(mengirimkan frame ke salah satu terminal dlm Ethernet)
1 untuk multicast
(mengirimkan ke beberapa terminal dlm Ethernet)
DA yg seluruhnya berisi 1 ( FF:FF:FF:FF:FF:FF )
digunakan untuk broadcast (mengirimkan frame ke
seluruh terminal dlm
Ethernet)
4b-10 E t h e r n e t
Ethernet:
Protokol Medium Access Control (MAC):
Source Address (SA)
Panjangnya 6 bytes
Diset sebagai alamat node pengirim yg unik secara global
Digunakan untuk mengidentifikasi pengirim dan juga digunakan untuk mekanisme lain (misal: ARP)
Fungsi utamanya untuk “address learning” yg dapat digunakan untuk mengkonfigurasi tabel filter pada bridge/switch – operation of bridge
stop
Ethernet:
Protokol Medium Access Control (MAC):
Type (Ethernet) / length (IEEE 802.3)
Panjangnya 2 byte
0600 <= length
0600 > type
Ethernet menggunakan Type untuk menentukan protokol di atasnya, seperti IP(0800),IPX, dsb. Panjang data untuk
Ethernet max, yaitu 1500 bytes (=05DC).
Sedangkan 802.3 panjang frame bisa bervariasi sesuai dengan isi Length (46 – 1518 bytes total).
Untuk menentukan protokol di atasnya 802.3 memerlukan
bantuan IEEE 802.2 LLC
4b-12 E t h e r n e t
Ethernet:
Protokol Medium Access Control (MAC):
Data
Berupa urutan n bytes suatu nilai
n <= 1500 bytes untuk Ethernet
n <= 1492 bytes untuk IEEE 802.3
Jika data lebih kecil dari 46 bytes, maka data akan diperpanjang dengan menambahkan
pengisi (pad) agar mencapai panjang
minimum 46 bytes ????
Ethernet:
Protokol Medium Access Control (MAC):
Checksum
Berisi 32 bit (4 bytes)
Digunakan oleh penerima untuk mendeteksi error pada frame yg telah diterima
Algoritma yg digunakan adalah Cyclic Redundancy Check (CRC)
Frame yg terdeteksi mengandung error (invalid CRC) akan dibuang oleh penerima MAC tanpa diproses lebih lanjut
Protokol MAC tidak menyediakan indikasi bahwa
suatu frame telah dibuang karena invalid CRC
4b-14 E t h e r n e t
Ethernet:
Manchester Encoding: backgrounds
Tidak ada versi Ethernet yg menggunakan kode biner secara langsung misal; 0 atau -1 utk bit 0 dan 5 atau +1 untuk bit 1, why ???
Perbedaan kecil frekuensi pencuplikan antara pengirim & penerima
Perbedaan kecepatan clock berakibat penerima &
pengirim tidak sinkron utk menentukan batasan-
batasan antar bit
Ethernet:
Manchester Encoding: solution
Dibutukan persepsi yg tepat utk mentukan start, stop, or middle of each bit tanpa
mengacu pada external clock.
Manchester Encoding
setiap periode bit dibagi menjadi dua periode yg sama
Bit biner 1 dikirim dengan menset tegangan tinggi pd interval pertama dan tegangan rendah pd
interval kedua, sedangkan bit biner 0 sebaliknya;
pertama rendah dan selanjutnya tinggi
4b-16 E t h e r n e t
Ethernet:
Manchester Encoding: solution
Skema diatas dipastikan setiap bit punya transisi ditengah, memudahkan penerima untuk sinkronisasi dgn pengirim.
Kelemahannya, membutuhkan bandwidth dua kali lipat dari pada pengkodean biner langsung.
Differential Manchester encoding adl variasi dari Manchester encoding
Bit 1 diindikasikan dgn ketiadaan transisi pd awal interval
Bit 0 diindikasikan dgn kemunculan transisi pd awal interval
Dibutuhkan peralatan yg lebih kompleks tp lebih kebal dr noise
Biasa digunakan pada IEEE 802.5/token ring
Kesederhanaan peralatan Manchester encoding drpd Diffeential Manchester
encoding adalah pertimbangan kenapa digunakan oleh Ethernet/IEEE 802.3
Ethernet:
Protokol Carrier Sense Multiple Access (CSMA) with Collision Detection (CD): A Shared Medium
Jaringan Ethernet digunakan utk
menyediakan akses bersama oleh kelompok node yg menempel ke media fisik yg
menghubungkan node-node tersebut
Node-node tersebut dikatakan membentuk Collision Domain
Seluruh frame yg dikirimkan pada medium secara fisik akan diterima oleh seluruh
penerima
4b-18 E t h e r n e t
Ethernet:
Protokol Carrier Sense Multiple Access (CSMA) with Collision Detection (CD): A Shared Medium
NIC (network interface card) kom.
Biru mengirimkan frame ke NIC
kom. Merah melalui shared medium
Kabel menjalarkan sinyal ke segala arah, shg sinyal diterima oleh
seluruh kom., tahanan di ujung kabel menyerap energi frame, menanggulangi pantulan balik sinyal
NIC menerima frame dan
memeriksa panjang dan checksum, selanjutnya header alamat tujuan MAC address
Hanya NIC dr kom. Merah yg
sesuai dgn alamat tujuan, shg NIC tsb meneruskan frame ke lapisan jaringan.
NIC pada kom. Yg lain membuang
frame yg tidak diinginkan
Ethernet:
Protokol Carrier Sense Multiple Access (CSMA) with Collision Detection (CD): CSMA
Apa yg terjadi ketika dua buah NIC mengirimkan
frame secara bersamaan, akan terjadi tabrakan dan data hilang/rusak
Dgn CSMA
Sebelum NIC mengirimkan data akan mendengarkan kabel untuk melihat apakah ada carrier (sinyal) yg sedang
dikirimkan oleh node yg lain
Data hanya akan dikirimkan jika tidak terdeteksi adanya carrier dan media fisik sedang idle
CSMA tidak mempunyai kemampuan untuk
mengantisipasi terjadinya pengiriman secara
bersamaan oleh dua buah NIC
4b-20 E t h e r n e t
Ethernet:
Protokol Carrier Sense Multiple Access (CSMA) with Collision Detection (CD): CD
Digunakan untuk mendeteksi terjadinya tabrakan
Ketika dua atau lebih NIC mendeteksi
tabrakan, masing-masing merespon dengan mengirimkan 48 bit jam sequence
Kegunaan dari 48 bit jam sequence ini untuk
memastikan NIC yg lain mengetahui adanya
tabrakan
Ethernet:
Protokol Carrier Sense Multiple Access (CSMA) with Collision Detection (CD): CD
Pada t=0, NIC A merasakan medium idle dan mengirimkan frame ke NIC B
Berapa waktu kemudian, NIC B juga mengirimkan frame
Sesaat kemudian, NIC B
mendeteksi transmisi lain dari A, dan menyadari adanya
tabrakan, tapi NIC A belum menyadari.
Selanjutnya NIC B
mengirimkan Ethernet jam sequence (48 bit)
Setelah kedua NIC menyadari
adanya abrakan, keduanya
memasuki fase exponential
back-off
4b-22 E t h e r n e t
Ethernet:
Protokol Carrier Sense Multiple Access (CSMA) with
Collision Detection (CD): CD
Ethernet:
Protokol Carrier Sense Multiple Access (CSMA) with Collision Detection (CD): algoritma
1.
Adaptor mendapatkan
datagram dr lapisan atasnya dan membuat frame
2.
Jika adaptor merasakan media sedang idle, segera mengirimkan frame. Jika merasakan medium sedang sibuk, menunggu sampai media idle dan selanjutnya mulai mengirim
3.
Jika adaptor mengirimkan seluruh frame tanpa
mendeteksi kesalahan,
adaptor telah menyelesaikan pengiriman frame
4.
Jika selama adaptor sedang mengirimkan frame kemudian mendeteksi adanya
pengiriman lainnya, batalkan dan mengirimkan jam
sequence
5.
Setelah membatalkan, adaptor memasuki fase exponential backoff: adaptor memilih k secara acak dari himpunan {0,1,2,3,..,2
m-1). Adaptor
menunggu k*512 bit times dan
kembali ke langkah 2
4b-24 E t h e r n e t
Ethernet:
Exponential back-off: background
Jika seluruh NIC berusaha sesegera mungkin mengirim ulang (retransmit) frame setelah
terjadi tabrakan, maka pasti hasilnya akan tabrakan lagi.
oleh karena itu dibutuhkan prosedur untuk memastikan pengiriman ulang secara
bersamaan mempunyai kemungkinan yg
rendah.
Ethernet:
Exponential back-off
Ethernet menggunakan a random back-off period
Tiap-tiap node memilih bilangan secara acak
Mengalikannya dengan slot waktu (periode frame minimum, 52.1 μS)
Menambahkan Inter-Frame Gap (IFG) (9.6 μS)
Menunggu selama periode acak sebelum
mengirimkan ulang
4b-26 E t h e r n e t
Ethernet:
Exponential back-off
Untuk setiap retransmission, pengirim membangun himpunan bilangan
{0,1,2,3,4,5,...L} dimana L adalah (2 K -1) K=N; K≤10
Nilai acak R diambil dari himpunan tersebut, dan pengirim menunggu selama periode
R x (slot waktu) misal R x 51.2 μS
Ethernet:
Exponential back-off
4b-28 E t h e r n e t
Ethernet:
Exponential back-off: contoh
Setelah dua kali tabrakan
N = 2; oleh karena itu K=2
Didapat himpunan {0,1,2,3} memberikan 1 dari 4 kesempatan tabrakan
Sama dengan {0, 51.2, 102.4, 153.6} μS
Setelah tiga kali tabrakan
N = 3
Didapat himpunan {0,1,2,3,4,5,6,7}, memberikan 1 dari 8 kesempatan tabrakan
Setelah 4 kali tabrakan
N = 4
Didapat himpunan {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15}
memberikan 1 dari 16 kesempatan tabrakan
Ethernet:
Exponential back-off: contoh
Tabakan ke 10 kalinya akan membuat himpunan {0,1,...,1023}
Setiap pengirim membatasi jumlah maksimum pengiriman ulang untuk satu frame adalah 16 percobaan (N=15)
Setelah usaha yg ke 15 masih gagal maka pengirim
menyerah dan membuang frame, menulis pesan kesalahan
4b-30 E t h e r n e t
