Pada jaringan FDDI (Fiber Distributed Data Interface), jika jumlah terminal aktif yang terhubung ke jaringan semakin bertambah maka nilai troughputnya makin kecil

(1)

KAJIAN PENGIRIMAN DATA MELALUI JARINGAN FDDI

(FIBER DISTRIBUTED DATA INTERFACE) M. Nanak Zakaria

PS. Teknik Telekomunikasi, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Malang [email protected], [email protected]

Abstrak

FDDI adalah suatu teknologi token ring karena menggunakan token untuk mengontrol transmisi. Pada saat jaringan idle, sebuah frame spesial yang disebut token, dikirim dari satu station ke station lain. Jika salah satu station ingin mengirim paket, ia menunggu token tersebut datang, kemudian mengirim paketnya dan setelah itu mengirim token ke station berikutnya. Token yang berputar memberikan jaminan keadilan karena setiap station memiliki peluang untuk mengirim sebuah paket sebelum station lain mengirimkan paket yang kedua.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengkaji jaringan FDDI (Fiber Distributed Data Interface), dan menganalisis parameter-parameter performansi sistem terkait sehingga dapat ditarik kesimpulan atas sistem yang dianalisis.

Pada jaringan FDDI (Fiber Distributed Data Interface), jika jumlah terminal aktif yang terhubung ke jaringan semakin bertambah maka nilai troughputnya makin kecil.

Pada analisis perhitungan throughput, dihasilkan nilai throughput terbesar yaitu rata- rata 93 Mbps untuk jumlah node aktif 100 buah, dan nilai throughput terkecil yaitu rata-rata 49 Mbps untuk jumlah node aktif 500 buah. Dari perhitungan ring latency, semakin besar jumlah node yang terhubung ke jaringan token ring FDDI maka nilai ring latency semakin besar, nilai ring latency akan mempengaruhi efisiensi akses dan delay akses maksimum. Nilai ring latency untuk 100 node sebesar 1,117 ms dan untuk 500 node memiliki ring latency sebesar 1,517 ms.

Kata kunci : token ring, FDDI, troughput I. PENDAHULUAN

Salah satu alasan pengembangan jaringan adalah untuk dapat memudahkan dalam penginterkoneksian hardware dan software dari vendor yang berbeda untuk membentuk jaringan operasi. Untuk memperoleh jaringan operasi yang memiliki kinerja handal dibutuhkan standar protokol yang sesuai dengan kebutuhan. Banyak perancang jaringan pada saat ini berusaha untuk mengembangkan jaringan komunikasi data pada LAN untuk melayani banyak workstation yang melingkupi area luas dan memberikan layanan pada banyak end user tapi masih mampu menyediakan layanan yang handal dan performansi yang bagus.

Protokol FDDI (Fiber Distributed Data Interface) adalah salah satu protokol yang sesuai untuk interkoneksi jaringan ATM yang menggunakan serat optik sebagai media transmisi. FDDI merupakan perkembangan teknologi LAN token-ring yang memiliki unjuk kerja tinggi, dan mampu beroperasi dengan kecepatan 100 Mbps dalam jarak yang mencapai lebih dari 100 km dengan dapat mencapai lebih dari 500 stasiun terhubung. FDDI sering digunakan sebagai high-speed backbone technology karena mampu melayani kebutuhan bandwith yang tinggi serta jarak yang jauh dibandingkan oleh tembaga.

(2)

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Arsitektur FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

FDDI merupakan protokol yang didesain untuk menyediakan bandwidth yang tinggi dengan tujuan membentuk suatu interkoneksi antara high-speed computers dan peripherals, termasuk interkoneksi LAN dan jaringan lainnya. Protokol FDDI dimodelkan sebagai berikut:

Gambar 2.1 Standar protokol FDDI dan hubungannya dengan referensi OSI Sumber: http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/fddi.html,2006

Gambar 2.2 Spesifikasi FDDI dan hubungannya dengan sublapisan LLC Sumber: http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/fddi.html,2006

Pada Gambar 2.2 adalah spesifikasi FDDI, dan hubungan satu dengan lainnya dan hubungannya dengan sublapisan Logical Link Control (LLC). FDDI didefinisikan dalam empat spesifikasi adalah Media Access Control (MAC), Physical Layer Protocol (PHY), Physical Medium Dependent (PMD), dan Station Management (SMT).

FDDI menggunakan arsitektur dual ring dengan trafik pada setiap ring bergerak pada arah berlawanan (counter rotating). Arsitektur dual ring ini terdiri atas ring primer dan ring sekunder. Saat beroperasi normal, ring primer digunakan untuk pentransmisian data sedang ring sekunder pada kondisi idle. Tujuan utama dari dual ring adalah untuk menghasilkan sifat reliabilitas yang tinggi dan kuat (Gambar 2.3).

Application Presentation

Session Transport

Network Data Link

Physical

MAC PHY PMD

SMT OSI Reference Model

FDDI Standards

(3)

Gambar 2.3 Arsitektur dual ring pada FDDI

Sumber: http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/fddi.html,2006 2.2 Format Frame FDDI

Format frame FDDI menggunakan istilah symbol untuk menunjukkan pada grup 4 bit. Symbol diencodekan sebagai cara agar baik nilai data atau non data dapat terwakili.

Format frame khusus digunakan sebagai token, yang hanya terdiri atas preamble, starting delimiter, frame control field, dan ending delimeter. Format frame FDDI seperti pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 FDDI transmission frame dan frame token

Sumber: http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/fddi.html,2006 2.3 Throughput

Throughput adalah kecepatan maksimum jaringan saat tidak ada data yang hilang pada penstransmisian. Throughput didapat dari pembagian antara jumlah data yang ditransmisikan secara benar dibagi dengan waktu transmisi.

] ) 1 ( 1 [

) 1 ( 1

max T a p

p t_v _r

dengan:

max = Throughput maksimum (bps) tv = Waktu transmisi total (s)

p = Probabilitas paket data yang salah Tr = Waktu transmisi sebuah paket data (s)

a

= Konstanta propagasi data pada medium serat optik III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Metode Pengambilan Data

Data yang digunakan dalam kajian ini berupa data sekunder. Data sekunder merupakan data yang diperoleh dari buku referensi, web browsing serta literatur- literatur lain yang menunjang pembahasan.

Preamble Start Delimeter

Frame Control

Destination Address

Source

Address DataFCS ^End Delimiter

Frame Status Data Frame

Preamble Start Delimeter

Frame Control

End Delimiter Token

(4)

3.2 Pemodelan Sistem

Kajian jaringan FDDI (Fiber Distributed Data Interface) meliputi:

1. Model Jaringan

Dalam penelitian ini digunakan jaringan berkecepatan 100 Mbps dengan menerapkan metode token passing. Tiap frame FDDI memiliki panjang maksimum 4500 byte.

2. Kajian jaringan FDDI menggunakan serat optik sebagai media transmisi, maka digunakan teknik pembufferan untuk memenuhi kebutuhan throughput dan delay antara pengirim dan penerima agar performansi jaringan sesuai dengan kecepatan transfer data.

3.3 Metode Analisis Data

Metode kajian data yang dilakukan dalam penelitian ini adalah menggabungkan beberapa parameter-parameter untuk memperoleh hasil analisis yang meliputi:

a) Analisis perhitungan efisiensi akses dan delay akses maksimum.

b) Analisis perhitungan delay jaringan dan throughput IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Konfigurasi Fiber Distributed Data Interface

Analisis yang dilakukan pada interkoneksi jaringan FDDI adalah untuk mengevaluasi parameter-parameter performansi operasi kerja FDDI. Parameter akan diasumsikan untuk memudahkan dalam mengevaluasi performansi sistem sebagai berikut:

1. Delay propagasi pada jaringan serat optik adalah 5,085 µs/km dan kecepatan propagasi cahaya dalam serat optik adalah 3x10⁸m/s.

2. Panjang maksimum data dalam satu paket transmisi pada jaringan FDDI adalah 4500 byte.

3. Nilai Target Token Rotation Time (TTRT) adalah 4 ms sampai dengan 165 ms.

Sedangkan karakteristik jaringan FDDI ditunjukkan dalam tabel 4.1, Delay transmisi ditunjukkan dalam tabel 4.2 di bawah ini.

Tabel 4.1 Karakteristik dari jaringan FDDI

Sumber: www.cs.ucl.ac.uk/staff/S.Bhatti/D51notes/node51.html, 2006 No. Karakteristik FDDI Keterangan

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

Kapasitas jaringan Konfigurasi jaringan

Panjang maksimum medium transmisi

Jarak maksimum antar node Jumlah node maksimum

Metode Medium Access Control (MAC)

Teknik pentransmisian pada medium

Panjang gelombang serat optik Bit Error Rate

Source coding Channel coding

100 Mbps

Dual counter-rotating ring

100 Km 2 Km 500 node Perputaran token Single-mode atau multimode 1300 nm 10^-9 4B/5B NZRI

(5)

Tabel 4.2 Delay pada beberapa media transmisi Sumber: Tanenbaum, 1996:83

No. Media Transmisi Delay

1.

2.

3.

4.

5.

Kabel Koaksial Serat optik

Kabel Laut Koaksial Satelit MEO (h= 14000 km) Satelit GEO (h= 36000 km)

4 x 10^-6 s/km 5 x 10^-6 s/km 6 x 10^-6 s/km 1,1 x 10^-3s/km 3,6 x 10^-3 s/km 4.2 Analisis Bit Rate

Bit rate FDDI dapat mencapai 100 Mbps, hal ini disebabkan karena menggunakan teknik encoding digital yang disebut sebagai encoding 4B/5B. Teknik Encoding ini menggunakan line code dimana setiap 4 bit input diubah menjadi 5 bit words. Pada encoding 4B/5B ada 32 bit words data, dan masing-masing 1 bit words terdiri atas 5 bit data. Untuk 8 bit data (1 byte/oktet) akan diubah menjadi 10 bit terdiri atas 2 bit words (N = 2), sehingga akan terdapat L = 32 = 2⁵ kombinasi bit words (simbol/bit). Pada pentransmisian bit data dengan teknik encoding 4B/5B pada FDDI, masing-masing bit data mempunyai alokasi frekuensi 12,5 MHz.

Baud rate dapat dihitung dengan persamaan:

f N T D N

o 1/

D = 25 x 10⁶ simbol/s = 25 Mbaud

Dan besar bit rate dapat dihitung dengan persamaan berikut:

R = (log2 L)D R = (log2 32) 25 x 10⁶ = 5 x 25 x 10⁶ = 125 Mbps

Oleh karena itu, pada teknik encoding 4B/5B actual transmission rate FDDI mencapai 125 Mbps, dengan 80% atau 100 Mbps digunakan pentransmisian data dan 20% untuk redundancy.

4.3 Analisis Bit Error Rate (BER)

Signal to noise ratio masukan (SNRin) adalah daya yang diterima oleh photodetector tanpa terjadi penguatan, dimana pada photodetector kinerja idealnya dibatasi oleh adanya shot noise. Nilai dari shot noise dapat dihitung dengan persamaan :

f

s²

2 qI

Apabila diketahui q = 1.6x10^-19 , I = 6300x10^-9 A dan f = 21 x10⁹Hz.

Maka nilai shot noise:

σs

2 = 2 x (1,6x10^-19) x (6300x10^-9) x (21 x10⁹) σs

2 = 4,2336 x 10^-14 A Sehingga SNRin adalah :

f hv

P I RP

SNR ⁱ

s i s

in 2

) ) ( (

2 2 2

2

9 14 34

5

10 21 10 9350 , 1 10 626 , 6 2

10 1

x x x x x x

SNR_in x SNRin = 32,68 dB

Signal to noise ratio pada sinyal yang dikuatkan (SNRout) tidak hanya dipengaruhi oleh adanya shot noise namun juga oleh adanya emisi spontan yang mengalami penguatan ketika sinyal optik melewati amplifier, daya emisi spontan dapat dihitung dengan persamaan:

(6)

PASE = (G – 1)nsp hv f PASE = (20 – 1) x 1,5 (6,626x10^-34) x (1,9350x10¹⁴) x (21x10⁹)

PASE = 76,74 x10^-9Watt

Dengan adanya emisi spontan yang dikuatkan menyebabkan terjadinya variasi photocurrent pada detektor sebesar:

2

0 = 4R²GPi PASE

2

0 = 4 x (794,328x10^-6) x 20 x (1 x10^-5) x (76,74 x10^-9)

2

0 = 48,77 x 10^-21A

Maka signal to noise ratio pada sinyal yang dikuatkan adalah:

ASE i i

out P

GP I RGP

SNR 4

) ) ( (

2 0

2

2 0

2

9 4 9

5

10 96 , 306

10 2 10 74 , 76 4

) 110 ( 20

x x x

x SNR_out x

SNRout = 28,139 dB

Untuk menghitung BER, dihitung dulu nilai dari Q-factor :

e o out

dB B

SNR B

Q 20log dengan

B0 = Bandwidth optik dari detektor optik (Hz) Be = Bandwidth elektrik dari filter receiver (Hz)

9 9

10 21

10 139 3 , 28 log

20 x

Q_dB x

QdB = 20 log 5,30 x 0,378 = 5,478 dB Dan BER dapat dihitung dengan persamaan:

2 2

1 Q

erfc BER

2 478 , 5 2 1erfc BER

BER = 2,27 x 10 ^-9

Tabel 4.3 BER untuk spesifikasi ILD

No. Daya transmitter (dB) Q-factor BER

1. -20 dBm 5,478 dB 2,27 x 10^-8

2. -19 dBm 5,536 dB 1,65 x 10^-8

3. -18 dBm 5,591 dB 1,19 x 10^-8

4. -17 dBm 5,645 dB 8,62 x 10^-9

5. -16 dBm 5,696 dB 6,19 x 10^-9

6. -15 dBm 5,746 dB 4,84x 10^-9

7. -14 dBm 5,796 dB 3,74 x 10^-9

4.4 Analisis Throughput

Pengiriman data pada jaringan FDDI dilakukan antar node. Analisis throughput akan dihitung dengan menggunakan panjang paket data dan jumlah node yang berbeda untuk mengetahui kualitas pentransmisian data.

(7)

Dengan menggunakan jaringan FDDI sebagai berikut: jumlah node 100 buah, panjang paket data 4500 byte, kecepatan propagasi cahaya dalam serat optik 3x10⁸ m/s, dan panjang serat optik 200 km, bit tiap node adalah 562,5 bit maka:

Probabilitas bit error (p) sesuai dengan persamaan (3.20) adalah:

p = (L + L^’) pb = (4500 byte x 8bit/byte)6,19x10^-9/bit = 2,23 x 10^-4 Waktu interval dapat ditentukan adalah:

Mbps bit x s m x

m Tout x

100 5 . 562 100 / 10 3

10 2

8 5

T = 0,667x10^-3 + 0,5625x10^-3 s = 0,00123 s =1,23x10^-3s

Nilai konstanta a dihitung dengan menggunakan persamaan (3.16) adalah:

RN L a T^out

/

100 100 / / 8 4500

10 23 .

1 ³

MBpsx byte bit bytex a x

a

= 341,67

Waktu transmisi (Tr) didapatkan dengan menggunakan persamaan (3.29) adalah:

Mbps byte bit bytex T_r

100

) / 8 ( 4500

Tr = 36 x 10 ^-5s

Dan nilai throughput dihitung dengan persamaan (3.13) sebagai berikut:

] ) 1 ( 1 [

) 1 ( 1

max T a p

p t_v _r

] 10 23 , 2 ) 1 67 , 341 ( 1 sec[

10 36

) 10 23 , 2 1 (

4 5

4

max x x

x

max 92,919 Mbps

Sehingga nilai throughput untuk pentransmisian paket data 4500 byte dengan 100 station terhubung dalam jaringan FDDI sebesar 92,919 Mbps.

Untuk nilai utilization dari jaringan FDDI dihitung dengan menggunakan persamaan:

U L^max

Mbps U Mbps

100 919 , 92

U = 0,92919

Jadi nilai utilization untuk kualitas jaringan FDDI adalah sebesar 0,9291 Tabel 4.4 Perhitungan throughput dan utilization dengan L = 500 byte.

No. Jumlah Node

Throughput (Mbps)

Utilization

1. 100 92,861 0,9286

2. 200 81,716 0,8171

3. 300 69,414 0,6941

4. 400 57,803 0,5780

5. 500 47,904 0,4790

(8)

Tabel 4.5 Perhitungan throughput dan utilization dengan L = 1500 byte.

Throughput (Mbps)

Utilization

1. 100 92,949 0,9295

2. 200 81,915 0,8191

3. 300 69,697 0,6969

4. 400 58,129 0,2813

5. 500 48,237 0,4824

Utilization

1. 100 92,913 0,9291

2. 200 81,834 0,8183

3. 300 69,582 0,6958

4. 400 57,996 0,5799

5. 500 48,102 0,4810

Utilization

1. 100 92,931 0,9293

2. 200 81,885 0,8188

3. 300 69,654 0,6965

4. 400 58,079 0,5807

5. 500 48,187 0,4818

Utilization

1. 100 92,921 0,9292

2. 200 81,852 0,8185

3. 300 69,608 0,6961

4. 400 58,026 0,5803

5. 500 48,132 0,4813

Utilization

1. 100 92,919 0,9291

2. 200 81,846 0,8184

3. 300 69,599 0,6959

4. 400 58,016 0,5802

5. 500 48,121 0,4812

(9)

4.5 Analisis Delay

Delay pada jaringan merupakan jumlah waktu yang dibutuhkan untuk mengirimkan frame data dari station pengirim ke station penerima, dan station penerima akan mengirimkan kembali frame data tersebut ke station asal. Komponen delay yang akan dianalisis pada jaringan ini adalah delay transmisi, delay propagasi, dan delay antrian.

4.5.1 Delay Transmisi

Dalam pentransmisian data di jaringan ini, paket data akan mengalami delay transmisi dari station penerima ke station tujuan. Nilai dari delay transmisi tersebut adalah dengan menggunakan panjang paket data 4500 byte dan menggunakan persamaan 3.30 adalah:

 Delay transmisi untuk FDDI adalah:

x s x C

byte bit x TD L

FDDI FDDI 1 6

10 100

8 4500 /

8

TD1 = 3,6 x 10^-4 s = 0,36 ms

 Delay transmisi untuk ATM switch adalah:

x s x C

byte bit x TD L

ATM ATM 2 6

10 52 , 155

8 / 53

8

TD2 = 2,726 x 10^-6 s = 2,726 µs 4.5.2 Delay Propagasi

Dalam pentransmisian data di jaringan komunikasi serat optik, paket data akan mengalami delay propagasi cahaya. Delay ini disebabkan oleh propagasi gelombang cahaya yang membawa paket data berpropagasi dalam medium serat optik. Besar dari delay propagasi pada jaringan ini adalah dengan menggunakan persamaan 3.31 adalah:

 Delay propagasi untuk FDDI adalah:

PproD1 = s x v = 200 km x 5,085 µs/km PproD1 = 1,017 ms = 1017 µs

 Delay propagasi untuk ATM switch adalah:

v D d

P

_pro ₂ =

s m x

m / 10 3

2000

8

PproD2 = 6,67 µs 4.5.3 Delay Antrian

Menghindari loss yang berlebihan diperlukan antrian. Untuk mengetahui besar dari delay antrian (queuing delay), terlebih dulu dihitung nilai rata-rata waktu pelayanan (µ) dengan menggunakan persamaan 3.32 adalah:

Untuk panjang data 4500 byte maka besar rata-rata waktu pelayanan adalah:

78 1

, 277777 36000

100

100 s

bit Mbps x

Dengan nilai utilization sebesar 0,92919 maka jumlah rata-rata waktu kedatangan (λ):

U

λ = U x µ = 0,92919 x 277777,78 s^-1 = 258108,34 s^-1 .

Dari hasil perhitungan diatas, maka dapat ditentukan besar delay antrian atau queuing delay untuk jaringan FDDI dengan menggunakan persamaan 3.44, adalah:

(10)

1 / tw

s t_w

78 , 277777 1 ) 34 , 258108 78 , 277777 (

78 , 277777 / 34 , 258108

tw = 50,839 µs 4.5.4 Delay Paketisasi

Delay paketisasi adalah banyaknya waktu yang diperlukan untuk merubah data dalam bentuk paket/sel. Dalam analisis perhitungan, delay paketisasi pada FDDI dengan ATM switch berbeda. Hal ini disebabkan karena pada FDDI menggunakan kecepatan data 100 Mbps dan pada kecepatan ATM switch sebesar 155,52 Mbps, maka delay paketisasi sebagai berikut:

 Delay paketisasi untuk FDDI adalah:

CFDDI

l PD (l ')

1

1 6

0 100

/ 8 4500

x byte bit bytex

PD = 0,36 ms

 Delay paketisasi untuk ATM switch adalah:

CATM

l PD (l ')

2

2 6

10 52 , 155

/ 8 53

x byte bit bytex

PD = 2,726 µs

4.5.5 Delay Total

Delay total dari jaringan ini adalah merupakan jumlah dari delay transmisi, delay propagasi, delay antrian dan delay konektor pada masing-masing station FDDI sebesar 1 µs .besar delay total untuk 500 station yang pada jaringan FDDI adalah sebesar:

Dtotal = TD1 + TD2 + PproD1+ PproD2 + QD + PD1+PD2 + Dkonektor

Dtotal = 0,36ms+ 2,726µs+ 1017µs+ 6,67µs+ 50,839µs+ 0,36ms+ 2,726µs +

(500x1 µs)

Dtotal = 2,299x10^-3 = 2,299 ms V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

Apabila jumlah station aktif yang terhubung ke jaringan FDDI semakin bertambah maka nilai throughput makin kecil.

Pada analisis perhitungan throughput, dihasilkan nilai throughput terbesar yaitu rata-rata 93 Mbps untuk jumlah node aktif 100 buah, dan nilai throughput terkecil yaitu rata-rata 49 Mbps untuk jumlah node aktif 500 buah.

Dari perhitungan ring latency, semakin besar jumlah node yang terhubung ke jaringan token ring FDDI maka nilai ring latency semakin besar, nilai ring latency akan mempengaruhi efisiensi akses dan delay akses maksimum. Nilai ring latency untuk 100 node sebesar 1,117 ms dan untuk 500 node memiliki ring latency sebesar 1,517 ms.

5.2 Saran

Saran yang dapat diberikan berdasarkan proses analisis yang telah dilakukan:

Untuk mengetahui nilai throughput pada saat terjadi penurunan maupun kenaikan dapat digunakan panjang paket data dengan selisih yang tidak besar.

Dapat dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai interkoneksi jaringan FDDI pada Gigabit Ethernet.

(11)

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. Fiber Distributed Data Interface Internetworking Technologies Handbook.

Http://www.cisco.com. diakses pada tanggal 5 Januari 2006.

Bhatti, Saleem. 1995 Fiber Distributed Data Interface. Http://www.cs.ucl.ac.uk.

diakses pada tanggal 5 Januari 2006.

Hoss, Robert J., 1990, Fiber Optic Communication Design Handbook, Prentice Hall.

Inc. New Jersey.

Ming, Max and Liu, Kang., 1996, Principle andApplications of Optical Communications, Times Mirror Higher Education.

Schwrtz, Mischa, 1987,. Telecommunication Networks, Protocol, Modelling, and Analysis, Reading (MA), Addison-Wesley, New York.

Stalling, William. 1995 ISDN and Broadband ISDN with Frame Relay and ATM (3^rd ed), Prentice. Hall. Inc, New Jersey.

http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/fddi.html,2006 http://www.cs.ucl.ac.uk/staff/S.Bhatti/D51notes/node51.html, 2006