Simulasi Pengukuran Quality Of Service Pada Integrasi

IES 2003 – Politeknik Elektronika Negeri Surabaya - ITS
Simulasi Pengukuran Quality Of Service
Pada Integrasi Internet Protocol Dan Asynchronous Transfer Mode
Dengan Multiprotocol Label Switching (MPLS)
Sigit Haryadi * , Hardi Nusantara Dan Ahsanul Hadi Priyo Cahyana *
*Departemen Teknik Elektro – Institut Teknologi Bandung
e-mail : [email protected]
Abstrak
1. Pendahuluan
Multiprotocol Label Switching (MPLS) digunakan
untuk mengurangi proses yang terjadi dalam suatu
router ketika mengirimkan suatu layanan paket data.
Konsep teknologi MPLS ini menggunakan switching
node yang disebut sebagai Label Switching Router
(LRS) dengan melekatkan suatu label dalam setiap
paket data yang datang, dan menggunakan label
tersebut untuk menentukan ke arah mana seharusnya
paket data sebuah tersebut dikirimkan. Teknologi
MPLS memiliki tujuan membawa teknologi IP yang
memiliki sistem connectionless ke dalam sebuah
teknologi IP yang memiliki sistem connection oriented
dengan memanfaatkan teknik switching yang ada dalam
teknologi ATM. Dengan kemampuan tersebut MPLS
merupakan cara yang efektif untuk menggabungkan
teknologi IP dan teknologi ATM ke dalam sebuah
jaringan backbone.Pada makalah ini dilaporkan suatu
simulasi pengukuran terhadap Quality of Service (QoS)
yang bertujuan untuk mengetahui bagaimana
sebenarnya layanan teknik MPLS ini ketika
mengirimkan suatu trafik layanan paket. Pengukuran
tersebut dilakukan terhadap tiga parameter utama QoS
yang ada dalam sebuah jaringan yaitu bandwidth,
service rate, dan waktu delay pengiriman paket. Dari
simulasi pengukuran QoS dalam jaringan MPLS,
didapatkan bahwa waktu delay pengiriman paket dalam
jaringan MPLS relatif kecil sehingga jaringan MPLS
ini cocok untuk diterapkan bagi layanan paket data
yang real time.
1.1. Latar Belakang Masalah
Teknologi Multiprotocol Label Switching (MPLS).
MPLS merupakan suatu teknik untuk mengintegrasikan
teknologi Internet Protocol (IP) dengan Asynchronous
Transfer Mode (ATM) dalam jaringan backbone yang
sama. Jaringan baru ini memiliki beberapa hal penting
diantaranya :
• MPLS mengurangi banyaknya proses pengolahan
yang terjadi di IP routers, serta memperbaiki
kinerja pengiriman suatu paket data.
• MPLS juga bisa menyediakan Quality of Service
(QoS) dalam jaringan backbone, dan menghitung
parameter QoS menggunakan teknik Differentiated
services (Diffserv) sehingga setiap layanan paket
yang dikirimkan akan mendapat perlakuan yang
berbeda sesuai dengan skala prioritasnya.
Konsep jaringan MPLS ini menggunakan switching
node yang biasa disebut Label Switching Router (LRS)
dengan melekatkan suatu label dalam setiap paket data
yang datang, dan menggunakan label tersebut untuk
menentukan ke arah mana seharusnya paket data
tersebut dikirimkan. Jaringan ini terdiri dari titik-titik
LSR dan bukan merupakan jaringan IP ataupun jaringan
ATM, tetapi merupakan jaringan baru dan berbeda.
Dalam makalah ini ini akan ditampilkan hasil
simulasi perhitungan parameter QoS dalam jaringan
MPLS, sehingga perkiraan dan perlakuan terhadap
paket yang dikirimkan dapat dianalisa.
Kata Kunci : Internet Protocol , Asynchronous
Transfer Mode , Multiprotocol Label Switching ,
Quality of Service.
1.2. Tujuan Pembahasan
Secara garis besar tujuan makalah ini ialah untuk
menganalisa kualitas layanan teknik MPLS ketika
mengirimkan paket dalam jaringannya.
1
IES 2003 – Politeknik Elektronika Negeri Surabaya - ITS
1.3. Batasan Masalah
Masalah yang akan dibahas dalam makalah ini
mencakup bagaimana cara kerja dan analisa QoS yang
terdapat dalam teknik MPLS ini.
Struktur jaringan MPLS terdiri dari edge Label
Switching Routers atau edge LSRs yang mengelilingi
sebuah core Label Switching Routers (LSRs). Adapun
elemen-elemen dasar penyusun jaringan MPLS ialah :
2.Arsitektur Jaringan MPLS
Multiprotocol Label Switching (MPLS) merupakan
sebuah teknik yang menggabungkan kemampuan
manajemen switching yang ada dalam teknologi ATM
dengan fleksibilitas network layer yang dimiliki
teknologi IP. Konsep utama MPLS ialah teknik
peletakan “label” dalam setiap paket yang dikirim
melalui jaringan ini. MPLS bekerja dengan cara
melabeli paket-paket data dengan label, untuk
menentukan rute dan prioritas pengiriman paket
tersebut. Label tersebut akan memuat informasi penting
yang berhubungan dengan informasi routing suatu
paket, diantaranya berisi tujuan paket serta prioritas
paket mana yang harus dikirimkan terlebih dahulu.
Teknik ini biasa disebut dengan label switching.
Dengan informasi label switching yang didapat dari
routing network layer, setiap paket hanya dianalisa
sekali di dalam router di mana paket tersebut masuk ke
dalam jaringan untuk pertama kali. Router tersebut
berada di tepi dan dalam jaringan MPLS yang biasa
disebut dengan Label Switching Router (LSR). Ide
dasar teknik MPLS ini ialah mengurangi teknik
pencarian rute dalam setiap router yang dilewati setiap
paket, sehingga sebuah jaringan dapat dioperasikan
dengan efisien dan jalannya pengiriman paket menjadi
lebih cepat.
Kunci pengambilan keputusan pengiriman suatu
paket oleh router ditentukan oleh semua sumber
informasi yang dapat dikerjakan oleh sebuah label
switching dengan melihat nilai suatu label yang
panjangnya tertentu. Tabel ini biasa disebut Label
Forwarding Information Base (LFIB). Sebuah label
akan digunakan sebagai sebuah indeks suatu node dan
akan digunakan untuk memutuskan tujuan selanjutnya,
dengan pergantian label di dalam node tersebut. Label
lama digantikan oleh label baru, dan paket akan
dikirimkan ke tujuan selanjutnya. Karenanya sebuah
label switching akan membuat pekerjaan router dan
switch menjadi lebih mudah dalam menentukan
pengiriman
suatu
paket.
MPLS
ini
akan
memperlakukan switch-switch sebagai suatu peer-peer,
dan mengontrol feature yang secara normal hanya dapat
berjalan di jaringan ATM. Dalam jaringan MPLS sekali
suatu paket telah dibubuhi “label”, maka tidak perlu
lagi terdapat analisa header yang dilakukan oleh router,
karena semua pengiriman paket telah dikendalikan oleh
label yang ditambahkan tersebut.
a.Edge Label Switching Routers (ELSR)
Edge Label Switching Routers ini terletak pada
perbatasan jaringan MPLS, dan berfungsi untuk
mengaplikasikan label ke dalam paket-paket yang
masuk ke dalam jaringan MPLS. Sebuah MPLS Edge
Router akan menganalisa header IP dan akan
menentukan label yang tepat untuk dienkapsulasi ke
dalam paket tersebut ketika sebuah paket IP masuk ke
dalam jaringan MPLS. Dan ketika paket yang berlabel
meninggalkan jaringan MPLS, maka Edge Router yang
lain akan menghilangkan label tersebut. Label Switches.
Perangkat Label Switches ini berfungsi untuk
menswitch paket-paket ataupun sel-sel yang telah
dilabeli berdasarkan label tersebut. Label Switches ini
juga mendukung Layer 3 routing ataupun Layer 2
switching untuk ditambahkan dalam label switching.
Operasi dalam label switches memiliki persamaan
dengan teknik switching yang biasa dikerjakan dalam
ATM.
b.Label Distribution Protocol
Label Distribution Protocol (LDP) merupakan suatu
prosedur yang digunakan untuk menginformasikan
ikatan label yang telah dibuat dari satu LSR ke LSR
lainnya dalam satu jaringan MPLS. Dalam arsitektur
jaringan MPLS, sebuah LSR yang merupakan tujuan
atau hop selanjutnya akan mengirimkan informasi
tentang ikatan sebuah label ke LSR yang sebelumnya
mengirimkan pesan untuk mengikat label tersebut bagi
rute paketnya. Teknik ini biasa disebut distribusi label
downstream on demand.
3.Pengukuran Quality of Service Dalam Jaringan
MPLS
3.1.Konsep pengukuran QoS dalam jaringan MPLS
Pengukuran berbasis pada komponen rute dalam hal
ini LSP yang dilewati oleh paket tersebut sehingga
trafik paket tersebut dalam jaringan MPLS dapat
ditentukan. Pengukuran QoS dalam jaringan MPLS
akan sangat sulit apabila data jaringan MPLS tidak
diketahui. Hal ini dikarenakan jaringan akses dalam
MPLS merupakan jaringan IP dengan sistem
connectionless, sedang QoS merupakan bagian dari
sistem connection oriented. Pengukuran QoS dalam
jaringan MPLS dilakukan dengan cara menjaga agar
setiap paket yang dikirim dalam jaringan selalu berada
dalam jalur rute atau LSPnya. Untuk itu router dalam
2
IES 2003 – Politeknik Elektronika Negeri Surabaya - ITS
diketahui pula bandwidth jaringan akses yang
merupakan tujuan dari paket tersebut setelah dilewatkan
dalam jaringan MPLS sebagai sebuah bandwidth egress
edge LSR.
MPLS selalu dilengkapi dengan sistem agar bisa
memonitor trafik dari setiap paket. Sistem monitoring
dalam router MPLS berupa feature yang disediakan
oleh Cisco IOS berupa IP Precedence, CAR, WRED,
ataupun WFQ.
Proses pengukuran yang terjadi dalam Edge Label
Switching Router , dimulai dengan paket masuk yang
diklasifikasikan dengan Commited Access Rate (ACR).
Kemudian paket dideteksi kongestinya dengan
Weighted Random Early Detection (WRED), jika
melebihi batas WRED maka paket akan dibuang. Lalu
dilakukan perhitungan parameter QoS dengan Weighted
fair Queuing (WFQ) .Terakhir dilanjutkan ke Label
Switching Router (LSR).
Ada tiga parameter utama QoS yang dapat diukur
dalam jaringan MPLS. Ketiga parameter tersebut ialah
bandwidth,service rate, dan waktu delay. Pengukuran
parameter QoS tersebut dapat ditentukan sebelum
sebuah paket dikirim dalam jaringan MPLS.
Pengukuran ketiga komponen QoS MPLS tersebut
bertujuan agar sebuah service provider itu bisa
mendistribusikan kemampuan yang dimiliki oleh
jaringannya dengan jumlah rute yang ingin
dibangunnya. Adapun tiga parameter utama QoS dalam
jaringan MPLS ialah sebagai berikut .
3.1.2. Service Rate
Service rate merupakan rate atau kecepatan
pengiriman paket yang masuk ke dalam jaringan.
Service rate juga diukur dalam edge LSR sebuah LSP
jaringan MPLS dan dipergunakan untuk mengetahui
berapa kecepatan pengiriman paket dalam sebuah LSP
MPLS. Tujuan pengukuran service rate ialah untuk
mendukung feature WRED sehingga apabila kongesti
terjadi dalam jaringan MPLS service rate dapat
diturunkan, sampai semua paket yang dikirimkan
sampai di alamat tujuannya. Proses pengukuran service
rate memperhatikan nilai feature IP Precedence, untuk
mengetahui besarnya weighted atau beban paket yang
dikirimkan dalam sebuah LSP berdasar nilai IP
Precedence yang dimiliki oleh setiap paket yang
dikirimkan.
Besarnya nilai IP Precedence sesuai dengan nilai
feature IP Precedence yang telah ditetapkan dengan
model IEEE 8021.
3.1.3. Waktu Delay
Waktu delay merupakan waktu yang diperlukan
sebuah paket yang ditransmisikan melalui jaringan
MPLS dari sebuah ingress edge LSR ke egress edge
LSR. Waktu delay merupakan bagian dari feature WFQ
untuk menentukan waktu pengiriman paket dalam
sebuah LSP. Dengan adanya waktu delay maka sebuah
paket yang masuk ke dalam sebuah LSP dapat
diperkirakan waktu tiba ditujuannya. Pengukuran waktu
delay sangat diperlukan agar sebuah service provider
dapat mengatur pengiriman paket disesuaikan dengan
delay paket tersebut untuk sampai ke alamat tujuannya,
sehingga paket yang dikirimkan dapat disesuaikan
dengan kemampuan service rate yang dimiliki setiap
LSP jaringan MPLS. Untuk mengukur waktu delay
pengiriman sebuah paket, besarya nilai IP Precedence
paket yang dikirimkan sangat diperlukan. Karena
dengan mengetahui nilai IP Precedence akan diketahui
pula nilai minimum discard threshold paket yang
dikirimkan tersebut.
Pengukuran waktu delay pengiriman paket dalam
sebuah LSP sangat ditentukan oleh nilai minimum
discard threshold paket dan maksimum discard
threshold serta service rate LSP itu sendiri. Nilai
minimum discard threshold paket ditentukan oleh nilai
IP Precedence setiap paket yang dikirimkan disesuaikan
dengan standar WRED yang digunakan.
Dengan mengetahui besarnya bandwidth, service
rate, dan waktu delay pengiriman paket dalam LSP
3.1.1.Bandwidth
Dalam jaringan MPLS penentuan besarnya
bandwidth untuk setiap rute bagi sebuah paket sangat
diperlukan. Hal ini dikarenakan dalam MPLS setiap
jaringan akses harus memiliki akses bandwidth yang
pasti untuk setiap trafik yang akan dijalankannya.
Dalam MPLS akses bandwidth ini akan ditentukan oleh
feature CAR yang akan menandai setiap paket yang
datang ke jaringan MPLS dengan label yang
disesuaikan dengan feature IP Precedence yang akan
menentukan prioritas paket tersebut dikirimkan ke
dalam jaringan. Hal ini akan sangat berhubungan
dengan alokasi bandwidth bagi setiap rute MPLS atau
LSP. Jika sebuah LSP memiliki bandwidth yang kecil,
maka LSP akan memiliki prioritas pertama untuk
mengirimkan paket yang ada dalam LSPnya,
disesuaikan dengan nilai IP Precedencenya.
Pengukuran bandwidth dalam setiap LSP MPLS
akan sangat memperhatikan besarnya bandwidth yang
ada dalam jaringan akses yang mengirimkan sebuah
paket, dengan jaringan akses yang menerima paket
tersebut. Pengukuran bandwidth dilakukan dalam edge
LSR di mana paket tersebut masuk ke dalam jaringan.
Untuk mengukur bandwidth proporsional dalam
jaringan MPLS, harus diketahui dahulu bandwidth
jaringan akses yang merupakan sumber dari paket yang
akan dikirimkan dalam jaringan MPLS dan dimasukkan
sebagai bandwidth ingress edge LSR, dan harus
3
IES 2003 – Politeknik Elektronika Negeri Surabaya - ITS
Simulasi sebenarnya dapat dilakukan dengan
sederhana , karena bobot kesulitan ada pada
pemahaman konsep MPLS. Salah satu program yang
mudah dipelajari dan dapat digunakan adalah
Microsoft Visual basic dengan versi yang sesuai dengan
Windows nya.
Agar bisa lebih meyakinkan hasilnya , tentunya
harus dilakukan puluhan kali simulasi dengan berbagai
kondisi jaringan yang berbeda. Dalam makalah ini
dicoba salah satu kondisi sebagai berikut : Topologi
meshed , jumlah LSR = 6 , jumlah LSP = 6 . Packet rate
masukan pada tiap LSR sengaja dibuat bervariasi mulai
1 Mbps (= bandwidth ingress edge LSR 1)sampai
dengan 6 Mbps (= bandwidth ingress edge LSR ).
Pemilihan kondisi jaringan seperti di atas , sengaja
dibuat sedemikian rupa , sehingga hasil pengukurannya
akan lebih mencerminkan situasi yang umum terjadi
(tipical). Kondisi lain yang lebih khusus , dan jarang
terjadi bias dianalisa pada kesempatan lain.
maka kemampuan QoS jaringan MPLS dalam
mengirimkan suatu paket dapat dianalisa sehingga
proses pengiriman paket dapat diperkirakan terlebih
dahulu. Pengukuran parameter QoS dalam jaringan
MPLS diperlukan sehingga paket yang dikirimkan
dalam setiap LSP dapat ditentukan disesuaikan dengan
besarnya nilai bandwidth dan service rate setiap LSP
yang sangat menentukan waktu delay pengiriman
sebuah paket dalam LSP. Untuk mengetahui besarnya
bandwidth, service rate, dan waktu delay pengiriman
sebuah paket dalam LSP jaringan MPLS harus dibuat
suatu program simulasi.
3.2.Simulasi dan Hasil Pengukuran
Hasil pengukuran adalah :
1 Mb/s
edge LSR 2
edge LSR 1
2 Mb/s
Bandwith
LSP
(Mpbs)
Service
Rate LSP
(Mbps)
LSP 1
LSP 2
LSP 3
LSP 4
LSP 5
LSP 6
0.0952381
0.2857143
0.5714286
0.9523811
1.4285712
0.2857143
0.0025063
0.0225564
0.0902256
0.2506266
0.5639098
0.0225564
LSP 1
LSP 6
3 Mb/s
LSP 2
6 Mb/s
edge LSR 6
Nomor
LSP
edge LSR 3
LSP 5
LSP 3
Delay
paket
LSP
(mdetik)
1603.492
178.1658
44.54145
16.03492
7.126633
178.1658
LSP 4
4.Kesimpulan dan Saran
5 Mb/s
edge LSR 5 edge LSR 4
4 Mb/s
4.1. Kesimpulan
Dari hasil simulasi pengukuran QoS terhadap
jaringan MPLS didapatkan kesimpulan :
1. Bertambahnya jumlah LSP yang dimiliki oleh
jaringan
MPLS
mengakibatkan
turunnya
bandwidth setiap LSP dalam jaringan MPLS
tersebut. Hal ini dikarenakan adanya pembagian
bandwidth yang proporsional dalam sebuah
jaringan MPLS.
2. Turunnya
bandwidth
setiap
LSP
akibat
bertambahnya
jumlah
LSP
akan
sangat
berpengaruh pada turunnya service rate setiap LSP
yang mengakibatkan waktu delay pengiriman paket
akan bertambah.
3. Kenaikan waktu delay juga dipengaruhi juga oleh
jenis paket yang dikirimkan. Semakin besar nilai IP
Precedence suatu paket akan semakin bertambah
Gambar 1. Topologi Jaringan Pada Simulasi
Pengukuran MPLS Makalah ini
4
IES 2003 – Politeknik Elektronika Negeri Surabaya - ITS
waktu delay pengiriman paket tersebut dalam
setiap LSP. Karenanya LSP yang memiliki service
rate kecil akan cocok untuk mengirimkan paket
yang memiliki prioritas pengiriman yang rendah
(nilai IP Precedence kecil).
4.2. Saran Pengembangan
Agar teknik MPLS ini dapat berkembang lebih baik
lagi, saran saran yang perlu dilakukan :
1. Teknologi MPLS akan lebih efektif diterapkan
dalam broadband network.
2. Standarisasi teknologi MPLS di Indonesia,
sehingga keseragaman penggunaan teknologi
MPLS untuk jaringan backbone bagi setiap service
provider dapat tercapai.
3. Sistem operasi untuk setiap router jaringan MPLS
hendaknya lebih diperluas sehingga sistem operasi
lain seperti Linux dapat diterapkan dengan mudah
dalam router jaringan ini.
Daftar Pustaka
1.
2.
3.
4.
5.
Blight, DC . , Liu,GG, Policy Based Network
Architecture For End to End QoS , 1999
Held, Gilbert, Voice and Daya Networking,
McGraw-Hill, 2000
Rosen, E., Viswanathan, A., and Callon, R.,
Multiprotocol Label Switching Architecture,
April 1999
Rosen, E., Rekhter, Y., Tappan, D.,
Farinacci, D., Fedorkow, G., Li, T., and
Conta, A., MPLS Label Stack Encoding,
September 1999
The Cisco System Documentation, “ Quality
of Service Solutions Configuration Guide”,
page at http://www.cisco.com, 2003
5