Building a Network

Agenda
Dasar: Membangun sebuah Jaringan Komputer
Kebutuhan (Bab 1.1)
Building a Network
• Konektivitas (Bab 1.1.1)
• Pemakaian Sumber Daya Bersama (Bab 1.1.2)
• Dukungan untuk Pelayanan Aplikasi (Bab 1.3)
(Lecture 2)
Requirements: Performance
Network Architecture
• Kinerja (Performance) (Bab 1.4) Å (hal. 20)
Arsitektur Jaringan (Bab 1.2)
Jaringan Komputer
(IKI-20240)
• Lapisan dan Protokol
• Arsitektur OSI
• Arsitektur Internet
Johny Moningka
([email protected])
Fakultas Ilmu Komputer
Universitas Indonesia
Semester 2003/2004
Versi: 1.1
Review (..to remember)
2
Network Applications
Computer Networks:
Mendukung transfer data/informasi: umum, mampu mendukung
berbagai aplikasi
Requirement: Connectivity
Konektivitas langsung: dua atau lebih nodes terhubung langsung
dengan links (fisik)
Konektivitas dengan perantara (switch): node perantara (forwarding)
message => jaringan lebih besar
Membangun jaringan di atas jaringan yang telah ada: Interkoneksi
Requirement: Resource Sharing
Pemakaian bersama resource jaringan => cost effective
Contoh Multiplexing: koneksi dapat digunakan secara bersama.
Support for Common Services
Dukungan komunikasi antar aplikasi (proses) => channel
Kumpulan services => jenis/karakteristik yang sesuai dengan aplikasi
3
Fasilkom UI v-1.1
Requirement IV: Performance
Chat:
Request/Reply
Object Data: 60 B
Tidak sensitif terhadap delay
Tidak diperlukan “security”
Distributions: multi-cast (applications)
Collaborative Workspace
Email, Calendar, Authoring, Web (Portal)
Tele-conference: NetMeeting
Games on-line: request/reply,
File & Print Service: request/reply, 2000 B, tidak sensitif.
Database (aplikasi umum): request/reply dst.
Telemetri: data-stream, tidak sensitif, loss
4
Fasilkom UI v-1.1
Performance: Send – Receive
Kinerja
Selain harus berfungsi dengan optimal, maka terdapat
kebutuhan untuk kinerja (performance).
Kinerja: ukuran kemampuan jaringan komputer dalam
menjalankan (perform) fungsinya.
Aplikasi/user berbeda membutuhkan kemampuan jaringan
komputer yang berbeda.
Misalkan: transfer data dalam batasan waktu tertentu (online services), jumlah koneksi serentak (concurrent) dll.
Station
Fasilkom UI v-1.1
Station
Starting Point: Mengirim bits antara 2 komputer (direct)
Informasi dikirim dalam bentuk blok (“message”,
“packet”).
Traffic dua arah: “full duplex”
Internal Komputer: OS (device drivers)
mengirimkan bits (write) atau memerima bits (read)
transfer bits dari “Network Interface Card/Controller”
(NIC) ke memory.
Salah satu kebutuhan jaringan: kinerja (kecepatan) tinggi.
Q: Faktor apa saja yang mempengaruhi kinerja?
5
Fasilkom UI v-1.1
6
Fasilkom UI v-1.1
1
Performance: Metrics
Sender
Overhead
Sender
Bandwidth & Latency
Faktor berhubungan dengan kinerja jaringan:
Bandwidth (throughput): jumlah bits yang dapat ditransfer dalam satu periode waktu
Transmission time
(size ÷ bandwidth)
• Bandwidth tergantung kemampuan perangkat peralatan jaringan.
• Misalkan: 1 Mbits/detik => 1 Mbps, berarti dapat mengirimkan data
1 juta bit setiap detik;
• Bandwidth 1 Mbps, diperlukan waktu 1 mikro-detik untuk
mengirimkan 1 bit.
(processor
busy)
Transmission time
(size ÷ bandwidth)
Propagasi
Receiver
Overhead
Latency (delay): berapa lama waktu yang diperlukan
untuk mengirimkan “message” dari ujung (end) ke ujung
lainnya.
Receiver
(processor
busy)
Transport Latency
• Delay terjadi karena propagasi gelombang sinyal (listrik, cahaya)
pembawa bit informasi.
• Latency tergantung jarak dan jenis media.
• Misalkan latency untuk jaringan JKT – SBY: 20 milidetik (one-way)
atau 40 milidetik RTT (Round-Trip Time, two way).
Total Latency
Time
7
Fasilkom UI v-1.1
Latency (1)
8
Fasilkom UI v-1.1
Latency (2)
Tiga komponen latency:
Propagasi: waktu yang diperlukan untuk perambatan
gelombang sinyal (misalkan batasan fisik kecepatan
cahaya), ditentukan:
L
Misalkan
P = panjang paket dalam bits
L = panjang link dalam meter
R = kecepatan bits dapat dikirim dalam
bits/second
c = konstanta kecepatan rambatan gelombang
sinyal dalam meter/detik
• Kecepatan gelombang sinyal cahaya, misalkan pada fiber optik:
2.0 x 10^8 m/detik (konstan).
• Jarak antara kedua titik ujung (pengirim dan penerima)
• Waktu propagasi = Jarak / Kecepatan sinyal
Waktu Transmisi: waktu yang diperlukan untuk
mengirimkan semua bit data, misalkan message
(tergantung bandwidth dan besarnya data).
• Waktu transmisi = Besarnya Data / Bandwidth.
Propagation delay: Waktu Propagasi = L/c
Antrian: delay prosesing yang terjadi pada peralatan
jaringan (misalkan switch atau multiplexer).
Transmission time: Waktu Transmisi = P/R
9
Fasilkom UI v-1.1
Example: Latency Network (1)
A
1
Source
2
R2
4
3
R1
10
Example: Latency Network (2)
Kemungkinan output link sedang digunakan, maka paket harus antri
(queued) di dalam buffer => delay antrian
B
Destination
R3
Host A
R4
Host A
TRANSP1
Q2
TRANSP1
TRANSP2
R1
PROP1
“Store-and-Forward” pada
setiap Switch R
TRANSP2
R1
PROP1
R2
R3
TRANSP3
R2
PROP2
R3
Host B
Fasilkom UI v-1.1
Host B
TRANSP4
TRANSP3
PROP2
TRANSP4
PROP3
PROP3
PROP4
Actual end to end latency = ∑ (TRANSPi + PROPi + Qi )
PROP4
Minimum end to end latency = ∑ (TRANSPi + PROPi )
i
i
11
Fasilkom UI v-1.1
12
Fasilkom UI v-1.1
2
Latency: Formula
Summary (… latency)
Ukuran Kinerja jaringan ditentukan oleh faktor:
Bandwidth dan Latency
Umumnya kita menggunakan Latency: berapa
lama transmisi data/paket/message
Waktu Transmisi Data => faktor dominan untuk
“slower links or longer messages”
Propagation delay adalah faktor penting untuk link
yang panjang
Antrian prosesing delay dapat mendominasi
latency di dalam jaringan dengan load yang
besar.
Latency Total = (Jarak/Kecepatan Sinyal) +
(Besar Data/Bandwidth) + Antrian Delay
Catatan (variabel penting):
Propagasi: sesuai dengan media dan jarak, jadi
jarak makin jauh waktu propagasi makin lama.
Pengaruh besarnya bandwidth (teknologi
transmisi data, cost link channel): makin besar
bandwidth => waktu transmisi makin kecil.
Pengaruh besarnya data: makin besar data makin
lama waktu transmisi.
Delay-Antrian: sesuai kondisi/load jaringan
(traffic, node etc).
13
Fasilkom UI v-1.1
Agenda
14
Network Arch.: requirements
Prasyarat networks:
Interkoneksi: berbagai jenis/banyak komputer, komunikasi
antar aplikasi secara cost-effective
Perubahan kebutuhan (aplikasi), teknologi dan kapasitas
Diperlukan suatu arahan => rancangan jaringan (blueprints)
Arsitektur jaringan: Struktur dan model dalam membangun
jaringan.
Arsitektur => dasar rancangan dan implementasi jaringan.
Dasar: Membangun sebuah Jaringan Komputer
Kebutuhan (Bab 1.1)
•
•
•
•
Konektivitas (Bab 1.1.1)
Pemakaian Sumber Daya Bersama (Bab 1.1.2)
Dukungan untuk Pelayanan Aplikasi (Bab 1.3)
Kinerja (Bab 1.4)
Arsitektur Jaringan (Bab 1.2) Å (hal.
29)
• Umum dapat memenuhi semua kebutuhan dan bentuk/ragam
jaringan.
• Akomodasi/abstraksi kerumitan (complexity) dan perubahan
teknologi.
• Lapisan dan Protokol
• Arsitektur OSI & Internet
15
Fasilkom UI v-1.1
Layering (Abstraction) (1)
16
Fasilkom UI v-1.1
Review (…. to remember)
Layering:
Sistim seperti jaringan komputer => rumit (complex) =>
design dalam bentuk modularitas => model layered
Struktur lapisan: mulai dari service dasar pada
“hardware/media”, tambahkan service pada layer di
atasnya (moduler) => mencapai requirement dari jaringan
komputer.
Tantangan:
Service apa saja yang akan diberikan/terlihat pada layer
atas? … bermanfaat untuk “kasus” umum.
Efisien (code, cepat, effort) pada bagian sistim tsb.
Secara sistem
Pendekatan pembagian moduler => services dan
fungsionalitas
Modul dasar: koneksi pada tingkat fisik (mis.
kabel dan perangkat keras).
Penambahan services di atas modul tersebut =>
pengiriman paket (resource sharing), koreksi
kesalahan dst.
Lapisan (layering)
Bentuk susunan modul mengarah pada lapisan
(layer) => layer menggunakan services dari layer
bawah
17
Fasilkom UI v-1.1
Fasilkom UI v-1.1
18
Fasilkom UI v-1.1
3
Layering (Abstraction) (2)
Protocols
Implementasi struktur jaringan
Sebagai “building blocks” => komponen/objek realisasi
fungsi comm. services pada suatu lapisan.
Objek tersebut dikenal dengan sebutan protokol.
Dua sisi dari protokol (communication services):
Service interface: akses fungsi “comm. services” oleh
layer atas, pada entitas sama (s/w modul).
Peer-to-peer interface: pertukaran messages antar
pasangan (peer, antar komputer).
Istilah “protocol”
Spesifikasi dari interface “peer-to-peer” (mis. standard
protokol X.25 untuk jaringan data publik).
Implementasi produk/service (mis. s/w & h/w X.25)
Services kepada user
Application programs
Request/reply Message stream
channel
channel
Abstraksi transfer data pada
communication channel?
Abstraksi koneksi komputer
dengan ragam bentuk jaringan
Host-to-host connectivity
Services koneksi fisik
(media)
Hardware
Keuntungan struktur jaringan dalam bentuk lapisan
(layer)
manageable components (function): dekomposisi
modular design: perubahan hanya pada layer
19
Fasilkom UI v-1.1
Interfaces
20
Fasilkom UI v-1.1
Protocol Machinery
Protocol Graph
Host 1
Ketergantungan antar protokol (services) pada protokol
bawah => sekumpulan protokol yang bekerja sama.
Gambaran kombinasi protokol untuk pertukaran data.
Host 2
Host 2
Host 1
High-level
object
High-level
object
Digital
Video
File
library
application application application
Digital
Video
File
library
application application application
Service
interface
RRP
Protocol
Peer-topeer
interface
MSP
RRP
MSP
Protocol
HHP
HHP
RRP = req./reply protocol
MSP= message stream protocol
HHP= host to host protocol.
messages exchange: aturan, pengertian, timing etc.
21
Fasilkom UI v-1.1
Encapsulation: packet
Dasar: Membangun sebuah Jaringan Komputer
Kebutuhan (Bab 1.1)
Host 2
Application
program
Data
Data
RRP
RRP
HHP
HHP
RRP
Data
•
•
•
•
Data
Konektivitas (Bab 1.1.1)
Pemakaian Sumber Daya Bersama (Bab 1.1.2)
Dukungan untuk Pelayanan Aplikasi (Bab 1.3)
Kinerja (Bab 1.4)
Arsitektur Jaringan (Bab 1.2) Å (hal.
29)
HHP RRP Data
• Lapisan dan Protokol
• Arsitektur OSI & Internet
Setiap protokol: control information dengan pasangan yang
menerima “messages/packets” => header protocol
Header protocol => membungkus (encapsulation) data dari layer
atas => “message/packet” baru yang diberikan sebagai data pada
layer bawah.
23
Fasilkom UI v-1.1
Agenda
Host 1
Application
program
RRP
22
Fasilkom UI v-1.1
24
Fasilkom UI v-1.1
4
OSI Model
Analogy Layered (mail)
Acuan arsitektur OSI (Open System Interconnection)
Review: Layered model untuk pertukaran messages mail
Boss X
Sekertaris
Pesuruh
Berita / Informasi
Surat Tertutup
Tiki (JKT)
Boss Me
7
Application
Sekertaris
6
Presentation
5
Session
4
Transport
Office Boy
PJKA Paket
Armada POS
Mobil
Kereta Api
Mobil
Intermediate Network
Network
3
2
Datalink
2
Provides transfer function for units of
Datalinkto other end 2of physicalDatalink
information
link
1
Physical
1
Physical
1
Physical
Transmit
bit stream on physical
medium
Intermediate
Network
Host
Fasilkom UI v-1.1
End System
Fasilkom UI v-1.1
Physical Layer
4 Lapisan teratas fungsi end-to-end control
Transport : reliable end-to-end data comm.
Session : mengatur session antar host
Presentation : mengatur cara data
direpresentasikan
Application : interaksi dengan user, program etc.
Rasional: Kendali akhir diserahkan ke komputer
asal dan tujuan => host
Host mengetahui aplikasi yang dijalankan
Host relatif mempunyai kemampuan
komputasi/storage yang lebih
User lebih percaya pada host-nya sendiri
28
Fasilkom UI v-1.1
Data Link
Transmisi bit pada saluran fisik (i.e
telekomunikasi)
Fungsi
Pelayanan ke Data Link : arus bit antara dua
node
Melakukan konversi bit (data) ke sinyal yang
sesuai dengan kanal fisik, misalnya menjadi
tegangan pulsa, gelombang radio etc.
Representasi/definisi bit 0 dan 1 :
Pengiriman paket data yang handal untuk dua
node terhubung langsung (direct)
Fungsi
Service Lapisan Jaringan: reliable packet
Memperbaiki kesalahan bit pada lapisan fisik:
•
•
Fasilkom UI v-1.1
Membuat blok data dari kumpulan bits: dikenal istilah
frame
Deteksi dan koreksi (retransmisi) frame yang
rusak/salah.
Manajemen Link
karakteristik elektris (tegangan, frekwensi etc)
karakteristik waktu (timing), kecepatan transmisi bit
•
•
29
Transport
3
26
Mencakup 3 lapisan terbawah:
Physical (Fisik): interkoneksi secara fisik
Datalink: transmisi data handal dan bebas
kesalahan
Network: relay dan routing untuk skala jaringan
Rasional: jaringan services publik (standard)
Implementasi protokol untuk jaringan data publik
(mis. protokol X.25): menyediakan sarana untuk
transportasi data (bisnis komunikasi data, VAS).
Public service (public data networks) : digunakan
oleh umum (berbagai pihak)
Regulasi : di atur oleh pemerintah atau perjanjian
penyedia layananan (secara global)
•
4
Network Controlng
Switch
and routes information
units
Network
3
Network
Host
Fasilkom UI v-1.1
Presentation
End-to-End Controlng
Public Services
25
•
6
Provides service facilities
5 to the application
Session
Tiki (SBY)
Armada POS
27
Provides appropriate service
application
7 for Application
30
Link set-up : awal nomor frame, test dll.
Akses kontrol pemakaian link (giliran).
Fasilkom UI v-1.1
5
Network
Transport
Pengiriman paket data dalam network atau antar
network
Fungsi:
Forwarding paket dengan menentukan rute paket
(jaringan menjadi besar, interkoneksi jaringan)
Potensi jumlah node sangat besar => masalah
addressing untuk jaringan yang berkembang dan
besar
Pengaturan arus paket dalam jaringan dan
distribusi load
Fasilitas Internetworking: gabungan dari berbagai
jaringan.
31
Fasilkom UI v-1.1
Internet Architecture (1)
Transfer data dari end-to-end (host-to-host)
Fungsi:
Abstraksi model “communication channel” antar
proses/aplikasi yang berada di host.
Menyediakan “service” transfer message antar
proses aplikasi.
Menjamin koneksi yang handal (mis. error control)
untuk transmisi data ujung ke ujung.
•
Mengatur arus (flow control) pengiriman dan
penerimaan paket.
32
FTP
HTTP
NV
80
Tingkat bawah
Variasi dukungan untuk berbagai protokol
jaringan (bentuk dan jenis koneksi): Net1, Net 2.
Gabungan h/w dan s/w (device drivers), mis.
Ethernet, frame relay etc.
Tingkat menengah
Protokol tunggal: Internet protocol (IP).
Tingkat atas
Dua protokol utama: TCP (Transmission Control
Protocol) dan UDP (User Datagram Protocol).
Tingkat Aplikasi: berbagai ragam protokol
aplikasi.
RTP
4444
UDP
TCP
6
17
IP
NET1
33
NET2
…
NETn
Fasilkom UI v-1.1
Summary
34
Fasilkom UI v-1.1
Summary (… layering)
Struktur dan model jaringan => arsitektur
jaringan
Kita dapat membangun jaringan berdasarkan
model jaringan secara berlapis => dekomposisi
fungsi dan services.
Realisasi jaringan dalam bentuk sekumpulan
protokol (stack) yang saling bekerja sama
(protocol graph).
Karakteristik dasar protokol: multiplexing dan
encapsulation.
35
Fasilkom UI v-1.1
Internet Architecture (2)
Protokol dikembangkan: Internet Engineering Task Force
(IETF) ( http://www.ietf.org )
Model TCP/IP
TCP = Transmission Control Protocol
IP = Internet Protocol
20,21
Melakukan buffer dan kontrol kesalahan terhadap
paket yang dikirimkan pada tingkat “host”
Fasilkom UI v-1.1
Struktur bertingkat (layering)
Berguna sebagai model: spesifikasi jelas
(fungsional dan interface)
Tapi menambaha overhead (mis. waktu dan
proses)
Implementasi “layering” => faktor kemudahan
dan performance
Batasan antar layer sering tidak diikuti
Fungsional dan efisiensi implementasi menjadi
faktor penentu (realisasi software & hardware)
36
Fasilkom UI v-1.1
6
Additional Slides (if we have time)
Sinyal dijital
Lingkup: transmisi sinyal dijital (pulsa), sesuai dengan
kecepatan clock => Hz, MHz (1 juta Hz).
Umumnya 1 MHz clock mampu mengirikan sinyal atau bit
sebesar 1 Mbps (juta bit per detik).
Bandwidth
Jumlah bit yang dapat dikirimkan per satuan waktu, mis
bps, Kbps, Mbps, Gbps dst.
Notasi dan besaran mengikuti konvensi Hz (clock),
misalkan 1 KHz = 1000 Hz, jadi 1 Mbps = 10^6 bps (1
Kbps = 10^3 bps) (bandingkan dengan ukuran data,
satuan bits, KB dan MB?).
Makin besar bandwidth makin kecil pulsa dijital => teknik
sender/receiver makin rumit (cost lebih mahal).
37
Fasilkom UI v-1.1
7