NETWORK LAYER

Ø   NETWORK LAYER

•             Kuliah ke 5

Ø   NETWORK LAYER

Ø      Menjelaskan Lapisa ke tiga dari Model OSI

Ø      Menjelaskan masalah-masalah yang terjdi pada lapis jaringan dan layanan yang disediakan .

Ø      Menjelaskan tentang standard protokol internet yang ada dalam lapisan jaringan

Ø   Network layer berfungsi untuk menangani masalah jaringan komunikasi secara rinci.

Ø   Pada lapisan ini, data yang berupa pesan-pesan (message) akan dibagi dalam bentuk paket-paket data yang dilengkapi dengan header-header tertentu pada setiap paket tersebut.

Ø   Lapisan ini mengambil paket dari sumber dan mengirimkannya ke tujuan.

Ø   Dalam melaksanakan tugasnya, network layer harus mengetahui topologi subnet komunikasi (yaitu router secara keseluruhan) dan memilih lintasan yang cocok untuk mengirimkan paket tersebut.

Ø   1. Masalah-masalah dalam Rancangan Network Layer

Ø   Masalah-masalah itu meliputi :

–  Layanan yang disediakan bagi transport Layer.

–  Rancangan Internal Subnet komunikasi

–  Perbandingan Virtual Circuit Subnet dan Datagram Subnet

Ø   Layanan layanan network layer dirancang sesuai tujuan-tujuan berikut :

–   Layanan harus independen terhadap teknologi subnet.

–   Transport Layer harus disekat dari jumlah, jenis dan topologi subnet yang ada.

–   Alamat jaringan yang biasa digunakan transport layer harus menggunakan penomoran yang seragam, bahkan untuk LAN maupun WAN

Ø   Apakah Network layer menyediakan layanan Connection Oriented atau Connectionless ?

Ø   Ada 2 filosofi dalam mengelola subnet komunikasi : Connectio Oriented dan Connectionless.

Ø   Dalam konteks operasi internal subnet, suatu koneksi  disebut Rangkaian Virtual (Virtual Circuit) baik secara internal maupun eksternal

Ø   Sedangkan yang tidak menggunakan koneksi disebut datagram baik secara internal maupun eksternal

Ø   Virtual Circuit biasa digunakan dalam subnet yang layanan utamanya adalah Connection Oriented

Ø   Didalam VC , pemilihan rute baru bagi setiap paket atau sel yang akan dikirimkan dihindarkan

Ø   Sebaliknya dalam datagram subnet, tidak terdapat rute yang bekerja sebelumnya walaupun layanannya  Connection Oriented

Ø   Setiap paket dirutekan secara bebas.

ü   Rangkaian Virtual (VC) pada dasarnya adalah suatu hubungan secara logika yang dibentuk untuk menyambungkan dua stasiun.

ü   Paket dilabelkan dengan nomor VC dan nomor urut paket. Paket dikirim dan datang secara berurutan

ü   Stasiun A mengirimkan 6 paket. Jalur antara A dan B secara logik disebut sebagai jalur 1, sedangkan jalur antara A dan C disebut sebagai jalur 2.

ü   Paket pertama yang akan dikirimkan lewat jalur 1 dilabelkan sebagai paket 1.1, sedangkan paket ke-2 yang dilewatkan jalur yang sama dilabelkan sebagai paket 1.2 dan paket terakhir yang dilewatkan jalur 1 disebut sebagai paket 1.3.

ü   Sedangkan paket yang pertama yang dikirimkan lewat jalur 2 disebut sebagai paket 2.1, paket kedua sebagai paket 2.2 dan paket terakhir sebagai paket 2.3

ü   Dari gambar tersebut kiranya jelas bahwa paket yang dikirimkan diberi label jalur yang harus dilewatinya dan paket tersebut akan tiba di stasiun yang dituju dengan urutan seperti urutan pengiriman.

•              Secara internal rangkaian Virtual  ini bisa digambarkan sebagai suatu jalur yang sudah disusun untuk berhubungan antara satu stasiun dengan stasiun yang lain melalui router-router.

•              Semua paket dengan asal dan tujuan yang sama akan melewati jalur yang sama sehingga akan sam pai ke stasiun yang dituju sesuai dengan urutan pada saat pengiriman (FIFO). Gambar berikut menjelaskan tentang rangkaian virtual internal.

•          Gambar diatas menunjukkan adanya jalur yang harus dilewati apabila suatu paket ingin dikirimkan dari A menuju B (rangkaian virtual 1 atau Virtual Circuit 1 disingkat VC #1). Rangkaian  ini dibentuk dengan rute melewati node 1-2-3.

•          Sedangkan untuk mengirimkan paket dari A menuju C dibentuk rangkaian virtual VC #2, yaitu rute yang melewati node 1-4-3-6.

•            Dalam bentuk datagram, setiap paket dikirimkan secara independen. Setiap paket diberi label alamat tujuan.

•            Berbeda dengan rangkaian virtual, datagram memungkinkan paket yang diterima berbeda urutan dengan urutan saat paket tersebut dikirim. Gambar   berikut ini akan membantu memperjelas ilustrasi.

•         Jaringan mempunyai satu stasiun sumber, A dan dua stasiun tujuan yakni B dan C.

•         Paket yang akan dikirimkan ke stasiun B diberi label alamat stasiun tujuan yakni B dan ditambah nomor paket sehingga menjadi misalnya B.1, B.3 , dst.

•         Demikian juga paket yang ditujukan ke stasiun C diberi label yang serupa, misalnya paket C.5, C.17, dsb.

•         Dari gambar diatas terlihat stasiun A mengirimkan enam buah paket. Tiga paket ditujukan ke alamat B. Urutan pengiriman untuk paket B adalah paket B.1, Paket B.2 dan paket B.3. sedangkan tiga paket yang dikirimkan ke C masing-masing secara urut adalah paket C.1, paket C.2 dan paket C.3.

•         Paket-paket tersebut sampai di B dengan urutan kedatangan B.2, paket B.3 dan terakhir paket B.1 sedangkan di statiun C, paket paket tersebut diterima dengan urutan C.3, kemudian paket C.1 dan terakhir paket C.2.

•         Ketidakurutan ini lebih disebabkan karena paket dengan alamat tujuan yang sama tidak harus melewati jalur yang sama. Setiap paket bersifat independen terhadap sebuah jalur.

•         Artinya sebuah paket sangat mungkin untuk melewati jalur yang lebih panjang dibanding paket yang lain, sehingga waktu yang dibutuhkan untuk sampai ke alamat tujuan berbeda tergantung rute yang ditempuhnya. Secara internal datagram dapat digambarkan sebagai berikut

•         Salah satu fungsi  dari jaringan network layer adalah menerima paket dari stasiun pengirim untuk diteruskan ke stasiun penerima.

•         Untuk keperluan ini, suatu jalur atau rute dalam jaringan tersebut harus dipilih, sehingga akan muncul lebih dari satu kemungkinan rute untuk mengalirkan data.

•         Untuk itu fungsi dari routing harus diwujudkan. Fungsi routing sendiri harus mengacu kepada nilai nilai antara lain : tanpa kesalahan, sederhana, kokoh, stabil, adil dan optimal disamping juga harus mengingat perhitungan faktor efisiensi.

•            Untuk membentuk routing, maka harus mengetahui unsur-unsur routing, antara lain

Ø   A. Algoritma Routing

Ø   Ada dua algoritma routing yang digunakan untuk mencari rute dengan biaya minimum :

–   Forward-search algorithm

–   Backward search algorithm

Ø   Forward-search algorithm dinyatakan sebagai menentukan jarak terpendek dari node awal yang ditentukan ke setiap node yang ada

Ø   Algoritmanya sebagai berikut

•                  Tetapkan M={S}. Untuk tiap node nÎN-S, tetapkan C1(n)=l(S,n).

•                  Cari WÎN-M sehingga C1(W) minimum dan tambahkan ke M. Kemudian C1 (n) = MIN[C1(n), C1(W) + l(W,n) untuk tiap node nÎN-M. Apabila pada pernyataan terakhir bernilai minimum, jalur dari S ke n sebagai jalur S ke W memotong link dari W ke n.

•                  Ulang langkah 2 sampai M=N.

                Keterangan :

                        N = himpunan node dalam jaringan

                        S = node sumber

                        M = himpunan node yang dihasilkan oleh algoritma

                        l(I,J) = link cost dari node ke I sampi node ke j, biaya bernilai ¥ jika node tidak secara langsung terhubung.

                        C1(n) : Biaya dari jalur biaya terkecil dari S ke n yang dihasilkan pada saat algoritma dikerjakan.

Ø   Backward search algorithm

Ø   Menentukan jalur biaya terkecil yang diberikan node tujuan dari semua node yang ada. Algoritma ini juga diproses tiap stage. Pada tiap stage, algoritma menunjuk masing-masing node.

Definisi yang digunakan :

N = Himpunan node yang terdapat pada jaringan

D= node tujuan

l(i,j) = seperti keterangan di muka

C2(n) = biaya dari jalur biaya terkecil dari n ke D yang dihasilkan saat algoritma dikerjakan.

Ø   Algoritma ini juga  terdiri dari 3 tahapan :

Ø   Tetapkan C2(D)=0. Untuk tiap node nÎN-D, tetapkan C2(n) =¥.

Ø   Untuk tiap node nÎN-D, tetapkan C2(n)=MIN WÎN[C2(n), C2(W) + l(n,W)]. Apabila pada pernyataan terakhir bernilai minimum, maka jalur dari n ke D saat ini merupakan link dari n ke W dan menggantikan jalur dari W ke D

Ø   Ulangi langkah ke –2 sampai tidak ada cost yang berubah.

Ø   Terdapat beberapa strategi untuk melakukan routing, antara lain :

–    Fixed Routing

–    Flooding

–    Random Routing

–    Adaptive Routing

Fixed Routing .,

Merupakan cara routing yang paling sederhana.   Dalam hal ini rute bersifat tetap, atau paling tidak rute hanya diubah apabila topologi jaringan berubah. Gambar berikut (mengacu dari gambar 1) memperlihatkan bagaimana sebuah rute yang tetap dikonfigurasikan.
 

Ø   Cara kerja teknik ini adalah mengirmkan paket dari suatu sumber ke seluruh node tetangganya.

Ø   Pada tiap node, setiap paket yang datang akan ditransmisikan kembali ke seluruh link yang dipunyai kecuali link yang dipakai untuk menerima paket tersebut.

Ø   Mengambil contoh rute yang sama, sebutlah bahwa node 1 akan mengirimkan paketnya ke node 6.  (Lihat Gambar Hop pertama)

Ø   Pertamakali node 1 akan mengirimkan paket keseluruh tetangganya, yakni ke node
2, node 4 dan node 3

Ø    Selanjutnya operasi terjadi pada node 2, 3 dan 4. Node 2 mengirimkan paket ke tetangganya yaitu ke node 3 dan node 4. Sedangkan node 3 meneruskan paket ke node 2,4,5 dan node 6. Node 4 meneruskan paket ke node 2,3,5. Semua node ini tidak mengirimkan paket ke node 1.  (Gambar Hop kedua)

•         Pada saat ini jumlah copy yang diciptakan berjumlah 9 buah. Paket-paket yang sampai ke titik tujuan, yakni node 6, tidak lagi diteruskan.

•         Posisi terakhir node-node yang menerima paket dan harus meneruskan adalah node 2,3,4,5. Dengan cara yang sama masing-masing node tersebut membuat copy dan memberikan ke mode tetangganya. Pada saat ini dihasilkan copy sebanyak 22.

    Terdapat dua catatan penting dengan penggunaan teknik flooding ini, yaitu :

•         Semua rute yang dimungkinkan akan dicoba. Karena itu teknik ini memiliki keandalan yang tinggi dan cenderung memberi prioritas untuk pengiriman-pengiriman paket tertentu.

•         Karena keseluruhan rute dicoba, maka akan muncul paling tidak satu buah copy paket di titik tujuan dengan waktu paling minimum. Tetapi hal ini akan menyebakan naiknya beban lalulintas yang pada akhirnya menambah delay bagi rute-rute secara keseluruhan.

•         Prinsip utama dari teknik ini adalah sebuah node memiliki hanya satu jalur keluaran untuk menyalurkan paket yang datang kepadanya.

•         Pemilihan terhadap sebuah jalur keluaran bersifat acak. Apabila link yang akan dipilih memiliki bobot yang sama, maka bisa dilakukan dengan pendekatan seperti teknik round-robin.

•         Routing ini adalah mencari probabilitas untuk tiap-tiap outgoing link dan memilih link berdasar nilai probabilitasnya.

•         Probabilitas bisa dicari berdasarkan data rate, dalam kasus ini didefisinikan sebagai

•         Strategi routing yang sudah dibahas dimuka, tidak mempunyai reaksi terhadap perubahan kondisi yang terjadi di dalam suatu jaringan.

•         Untuk itu pendekatan dengan strategi adaptif mempunyai kemampuan yang lebih dibandingkan dengan beberapa hal di muka.

•         Dua hal yang penting yang menguntungkan adalah :

–     Strategi routing adaptif dapat meningkatkan performance seperti apa yang keinginan user

–     Strategi adaptif dapat membantu kendali lalulintas.

•         Akan tetapi, strategi ini dapat menimbulkan beberapa akibat::Proses pengambilan keputusan untuk menetapkan rute menjadi sangat rumit akibatnya beban pemrosesan pada jaringan meningkat.

•          Pada kebanyakan kasus, strategi adaptif tergantung pada informasi status yang dikumpulkan pada satu tempat tetapi digunakan di tempat lain.  Akibatnya beban lalu lintas meningkat

•          Strategi adaptif bisa memunculkan masalah seperti kemacetan apabila reaksi yang terjadi terlampau cepat, atau menjadi tidak relevan apabila reaksi sangat lambat

•         Mekanisme kendali lalulintas sendiri mempunyai 3 tipe umum, yaitu flow control, congestion control dan deadlock avoidance.

•         Flow Control digunakan untuk mengatur aliran data dari dua titik. Flow control juga digunakan untuk hubungan yang bersifat indirect, seperti misal dua titik dalam sebuah jaringan packet-switching di mana kedua endpoint-nya merupakan sirkit maya.

•         Secara fundamental dapat dikatakan bahwa fungsi dari flow control adalah untuk memberi kesempatan kepada penerima (receiver) agar dapat mengendalikan laju penerimaan data, sehingga ia tidak terbanjiri oleh limpahan data.

•         Congestion Control digunakan untuk menangani terjadinya kemacetan. Terjadinya kemacetan bisa diterangkan lewat uraian berikut. Pada dasarnya, sebuah jaringan packet-switched adalah jaringan antrian.

•         Pada masing-masing node, terdapat sebuah antrian paket yang akan dikirimkan ke kanal tertentu. Apabila kecepatan datangya suatu paket dalam sebuah antrian lebih besar dibandingkan kecepatan pentransferan paket, maka akan muncul efek bottleneck. Apabila antrian makin panjang dan jumlah node yang menggunakn kanal juga bertambah, maka kemungkinan terjadi kemacetan sangat besar.

•         Permasalahan yang serius yang diakibatkan efek congestion adalah deadlock, yaitu suatu kondisi di mana sekelompok node tidak bisa meneruskan pengiriman paket karena tidak ada buffer yang tersedia.

•         Teknik deadlock  avoidance digunakan untuk mendisain jaringan sehingga deadlock tidak terjadi.

•         Bentuk deadlock yang paling sederhana adalah direct store-and-forward deadlock. Pada gambar  (a) memperlihatkan situasi bagaimana antara node A dan node B berinteraksi di mana kedua buffer penuh dan deadlock terjadi.

•         Bentuk deadlock kedua adalah indirect store-and-forward deadlock(gambar  (b)). Hal ini terjadi tidak pada sebuah link tunggal seperti bentuk deadlock di muka. Pada tiap node, antrian yang ditujukan untuk node terdekatnya bersifat searah dan menjadi penuh.

•         Bentuk deadlock yang ketiga adalah reassembly deadlock.Situasi ini digambarkan pada  (c) di mana node C memiliki 4 paket terdiri dari paket 1 tiga buah dan sebuah paket 3. Seluruh buffer penuh dan tidak mungkin lagi menerima paket baru.

Ø   Ketika dua atau lebih jaringan bergabung dalam sebuah aplikasi, biasanya kita sebut ragam kerja antar sistem seperti ini sebagai sebuah internet-working.

Ø   Penggunaaan istilah internetwork (atau juga internet) mengacu pada perpaduan jaringan, misalnya LAN- WAN-LAN, yang digunakan.

Ø   Masing-masing jaringan (LAN atau WAN) yang terlibat dalam internetwork disebut sebagai subnetwork atau subnet.

Ø   Piranti yang digunakan untuk menghubungkan antara dua jaringan, meminjam istilah ISO, disebut sebagai intermmediate system (IS) atau sebuah internetworking unit (IWU).

•        Selanjutnya apabila fungsi utama dari sebuah intermmediate system adalah melakukan routing, maka piranti dimaksud disebut sebagai router, sedangkan apabila tugas piranti adalah menghubungkan antara dua tipe jaringan, maka disebut sebagai gateway.

•        Sebuah protocol converter adalah sebuah IS yang menghubungkan dua jaringan yang bekerja dengan susunan protokol yang sangat berlainan, misalnya menghubungkan antara sebuah susunan protokol standar ISO dengan susunan protokol khusus dari vendor dengan susunan tertentu.

•        Selain menggunakan Router dan Gateway, peralaan yang juga digunakan untuk perantara antar segmen jaringan yang berhubungan. Antara lain : Repeater dan Bridge

B r i d g e

v Bridge adalah peralatan antara yang menghubungkan dua jaringan yang protokol lapisan  fisiknya berbeda.

v Ini berarti komunikasi terjadi pada level MAC (lapisan datalink bagian bawah) yang serupa

v Bridge digunakan untuk menghubungkan Jaringan Ethernet dengan jaringan Token Bus.

Arsitektur internetwork diperlihatkan pada gambar berikut ini.

Ø   Gambar diatas  memperlihatkan dua contoh dari tipe jaringan tunggal. Yang pertama   adalah site-wide LAN yang menggabungkan LAN satu gedung atau perkantoran yang terhubung lewat sebuah jaringan backbone. Untuk menggabungkan LAN dengan tipe yang sama menggunakan piranti repeater/bridge sedangkan untuk jaringan yang bertipe beda menggunakan router/gateway.

Ø   Contoh yang kedua   adalah sebuah WAN tunggal, seperti jaringan X.25. Pada kasus ini, setiap pertukaran paket (DCE/PSE) melayani set DCE sendiri, yang secara langsung lewat sebuah PAD, dan tiap PSE terinterkoneksi oleh jaringan switching dengan topologi mesh.

ü   Dua protokol Internet yang banyak digunakan adalah Internet Protocol (IP) dan ISO Internet Protocol (ISO IP)

•         Internet Protocol merupakan protokol internetwide yang dapat menghubungkan dua entitas protokol transport yang berada pada ES atau host yang berbeda agar dapat saling menukarkan unit-unit pesan. Protokol jenis ini sangat luas digunakan untuk internet jenis komersial maupun riset.

•         Protokol ISO-IP menggunakan acuan internetwide, connectionless dan subnetwork-independent convergence protocol. Protokol ini didefinisikan secara lengkap di ISO 8473.

•         Secara umum pendekatan dua protokol ini dapat digambarkan pada gambar