Pendahuluan - elista:.

Transmisi Jaringan Komputer
Blok Dasar Pembangun Jaringan
• Suatu jaringan, secara prinsip, terdiri dari node dan link (yg
menghubungkan node-node)
• Node: PC, server, special purpose hardware
– Terminologi Internet
• hosts, end-systems: PC dan server menjalankan aplikasi jaringan
• routers (switches): menyimpan dan meneruskan paket melalui
jaringan
• Link: optical fiber, coaxial cable, twisted pair copper, radio,
dll.
– Point-to-point
• Host dihubungkan secara langsung
– Multiple access (LAN, dll)
• Host menggunakan bersama (share)
media transmisi
Karakteristik Jaringan Komputer
• Secara tradisional jaringan dioptimasikan untuk
layanan spesifik
– Jaringan telepon
– television/radio broadcast network
– user terminals special purpose devices
• Jaringan komputer modern lebih umum:
– Terminal adalah general purpose PCs/workstations
– Jaringan mampu membawa segala jenis data
– Mendukung macam-macam aplikasi berbeda
Karakteristik Jaringan Komputer
• Isue:
– Bagaimana jaringan komputer menyediakan konektivitas
– Bagaimana penggunaan bersama (sharing) sumberdaya
secara efisien dicapai
– Bagaimana aplikasi “berbicara” satu dg yg lain
– Bagaimana kinerja jaringan mempengaruhi sistem
 Persyaratan direfleksikan dlm arsitektur jaringan
Membangun Jaringan Yg Lebih Besar
• Jar yg besar tdk dp dibangun hanya berbasis konektivitas pointto-point
Menggunakan router (switch) utk interkoneksi host satu dg yg lain
Node dikoneksikan bersama melalui
switch membentuk jaringan
Jar. dikoneksikan via gateway router
membentuk entitas yg lebih besar
Network Edge vs Core Network pada Internet
• user dihubungkan ke core network
lewat access network
• Tdk ada user dihubungkan
langsung ke core network
• Link speed relatif rendah:
Teknologi akses: dial up (modem over
twisted pair), XDSL, Cable modem
• Link speed tinggi:
SDH/SONET over fiber
• Mencakup fungsionalitas billing,
managemen traffic utk tiap access
• Topologi tree
• Fungsionalitas sederhana
(forward packet)
• Topologi mesh
Internet
• Terdiri dari jutaan host (end
system) dihubungkan oleh link dan
router
• Host mempertukarkan message
dg menggunakan protocol, yg
menawarkan, mis.
– Transfer handal
– Integritas urutan paket
• Router meneruskan data
– Berdasarkan service best effort
– Tdk ada jaminan thd kehilangan
atau ketepatan waktu
• “Networks of networks”
– Loosely hierarchical
– Akses Internet disediakan oleh
ISP (Internet Service Provider)
Multiplexing
• Multiplexing
– Mekanisme untuk mencapai resource sharing, yaitu, sharing link
bandwidth
• Problem:
– Bagaimana link bandwidth digunakan bersama (shared) diantara n
pengirim berbeda
• Pendekatan pertama: partisi bandwidth secara tegas utk semua
– FDM dan TDM
Frequency Division Multiplexing (FDM)
• FDM
– Teknik multiplexing paling tua
– digunakan mis. pada sistem circuit switched analog
– Porsi tetap (frequency band) dari link bandwidth dialokasikan
utk tiap kanal
• FDM multiplexer adalah lossless
– input: n 1-kanal koneksi physical
– output: 1 n-kanal koneksi physical
Time Division Multiplexing (TDM)
• TDM
– Digunakan pd sistem circuit switched digital dan sistem transmisi
digital
– Informasi dibawa pada link ditransfer dlm frame dg panjang tetap
– Porsi tetap (time slot) utk tiap frame dialokasikan utk tiap kanal
• TDM multiplexer adalah lossless
– input: n 1-kanal koneksi physical
– output: 1 n-kanal koneksi physical
Statistical Multiplexing
• FDM dan TDM tidak efisien
– Jika pengirim tdk punya data utk transmit, bandwidth yg dialokasikan
utk pengirim tdk dp digunakan oleh user lain  statistical multiplexing
• Pada statistical multiplexing
•
– Unit transmisi dasar disebut paket
– Physical link digunakan bersama (shared) secara TDM tetapi secara ondemand (per tiap paket)
– Paket yg tiba bersamaan di-buffer (berebut)
– Sbg hasil, paket-paket dari sejumlah (multiple) pengirim saling
disisipkan pada output
Ruang buffer terbatas, krnnya buffer overflow dimungkinkan (congestion)
Statistical Multiplexing
• Statistical multiplexer (biasanya) lossy
– input: n koneksi physical dg link speeds Ri (i = 1,…,n)
– output: 1 koneksi physical dg link speed C  R1+ ... + Rn
• Namun, probabilitas loss dp dikurangi dg memperbesar buffer
– Dimungkinkan utk melakukan dimensioning ukuran buffer shg
memberikan probabilita loss yg diinginkan dicapai (dibawah bbrp
asumsi mengenai trafik)
• Statistical multiplexer dan QoS (Quality of Service)
– Menentukan paket mana utk transmit dari buffer disebut scheduling
• FIFO: paket-paket dilayani berdasarkan urutan kedatangan
• Round robin: tiap koneksi (class) mempunyai antrian sendiri dan dilayani
secara siklis sesuai bobot tertentu
• Masih banyak yg lainnya…
– Dengan menggunakan mekanisme scheduling berbeda, bbrp koneksi
dp diberikan perlakukan prioritas (mis., weighted round-robin) 
QoS enabled networks
Klasifikasi Jaringan
Communication
Network
Switched
Communication
Network
Circuit-Switched
Communication
Network
Broadcast
Communication
Network
Packet-Switched
Communication
Network
Datagram
Network
Virtual Circuit
Network
Klasifikasi Jaringan
• Jaringan telekomunikasi dapat diklasifikasikan berdasarkan
bagaimana sinyal ditransmisikan dan diterima
– broadcast
– Switched
• Jaringan broadcast
– sinyal yg ditransmisikan oleh satu peralatan end-user secara
otomatis didengar oleh semua peralatan end-user lainnya
• Switched networks
– sinyal harus dirutekan melalui node jaringan atau di-switch ke
rute yg diinginkan
• Hybrid
– Tipe jaringan telekomunikasi ini merupakan gabungan dari
broadcast dan switched network
– misalnya: segment Ethernet (broadcast) dihubungkan dengan
Router
Broadcast vs Switched Networks
Klasifikasi Jaringan
• Jaringan juga dapat diklasifikasikan berdasarkan cakupan
geografisnya:
– Local Area Network (LAN) :
• dibatasi beberapa Km, kantor atau kampus
– Metropolitan Area Network (MAN)
• puluhan Km, kota
– Wide Area Network (WAN)
• ratusan - ribuan Km
– Terrestrial radio networks
– Wireless communications
– Satellite networks - internasional
Klasifikasi Jaringan Lainnya
• Centralized vs Distributed (control regime)
• Publik vs privat (kepemilikan)
• Voice, data dan video (tipe informasi)
• Analog, digital, radio, satelit (teknik transmisi)
• Mesh (mata jala), bus, ring, star, tree (topologi)
• Broadband atau narrowband (data rate dan kecepatan
respon)
• Single media (mis. Telepon) atau multimedia (mis. Broadband
ISDN)
Circuit Switching
•
•
Circuit fisik dibangun diantara titik-titik
ujung yang berkomunikasi (lintasan/resources
‘dedicated’ selama durasi percakapan)
Setelah dibangun sinyal data bidirectional
dapat mengalir secara kontinyu
Transfer informasi sbg aliran kontinyu
(continuous stream)
Kualitas lintasan ‘dedicated’ dijamin selama
durasi panggilan
Tiga phase dalam life-cycle suatu koneksi:
•
Sebelum transfer informasi
•
Selama transfer informasi
•
•
Jika circuit tidak tersedia: “sinyal sibuk”
Contoh: Jaringan telepon, ISDN
•
•
•
– pembangunan circuit
– transfer data
– penutupan circuit
– Delay (utk set up koneksi)  relatif besar
– Tdk ada overhead
– Tdk ada delay tambahan (extra)
Circuit Switching
Jaringan Telepon
Tiap panggilan telp di alokasikan
64kb/s. Shg, sal trunk 2.5Gb/s dp
memuat sekitar 39.000 panggilan
Tujuan
“Callee”
Sumber
“Caller”
Central
Office
“C.O.”
Central
Office
“C.O.”
Trunk
Exchange
Node Circuit Switching
• Node (switch) pada circuit switching
Circuit Switching:
Multiplexing/Demultiplexing
• Waktu dibagi dalam frame, dan frame dibagi dalam slot
• Posisi slot relatif di dalam frame menentukan kepercakapan
mana data tersebut dimiliki
• Perlu sinkronisasi antara pengirim dan penerima
• Jika percakapan tidak digunakan kapasitas circuit lost
Circuit Switching: Timing-1
Circuit Switching: Timing-2
Asumsi
- Jumlah Hop = M
- Delay pemrosesan per Hop = P
- Delay propagasi link = L
- Kecepatan transmisi = W bit/det
- Ukuran paket = B bit
TOTAL DELAY = total propagasi +
total transmisi + total prosesing
TOTAL DELAY = 4ML + B/W + (M-1)P
Packet Switching
A
Sumber
R2
R1
R3
B
Tujuan
R4
• Data dikirim dalam format deretan bit disebut paket
• Paket mempunyai struktur berikut:
– Header dan trailer memuat informasi kontrol (mis. Address tujuan,
check sum)
• Tiap paket diteruskan melalui jaringan dari node ke node
sepanjang lintasan (routing)
• Pada tiap node paket diterima, disimpan sementara dan diteruskan
ke node berikutnya (store-and-forward network)
• Kapasitas tidak dialokasikan utk paket-paket
Packet Switching : Node Switching
Packet Switching
Model Router Sederhana
“4” Link 1, ingress
Choose
Egress
Link 1, egress
Link 2, ingress
Choose
Egress
Link 2, egress
Link 3, ingress
Choose
Egress
Link 3, egress
Link 4, ingress
Choose
Egress
Link 4, egress
Link 2
Link 1
R1“4”
Link 3
Link 4
Packet Switching:
Multiplexing/Demultiplexing
• Data dari sembarang percakapan dapat ditransmisikan kapan
saja
• Satu percakapan dapat menggunakan keseluruhan kapasitas
link (jika hanya sendiri)
• Bagaimana utk memberi tahu mereka saling terpisah?
– Menggunakan meta data (header) yg menunjukan data (ID,
sumber, tujuan, dll)
Packet Switching (Statistical
Multiplexing)
Paket untuk
satu output
1
Data
Hdr
2
Data
Hdr
R
R
X(t)
R
N
Data
Hdr
Packet
buffer
Panjang
Antrian
X(t)
Link rate, R
Dropped packets
B
Waktu
• Karena buffer “menyerap” temporer burst, maka link output
tidak perlu beroperasi pada rate NxR
• Tetapi buffer mempunyai kapasitas terbatas B, maka
kehilangan paket mungkin terjadi
Statistical Multiplexing
rate
A
x
A
x
B
x
waktu
rate
B
x
waktu
Statistical Multiplexing Gain
rate
A+B
2x
C < 2x
A
B
waktu
STATISTICAL MULTIPLEXING GAIN = 2x/C
• Catatan: Gain dapat ditentukan untuk probabilitas loss
tertentu. Dalam contoh in x dan C dipilih sehingga tidak ada
loss
C
Packet Switching
A
B
R2
Source
R1
Destination
R3
R4
Host A
TRANSP1
TRANSP2
R1
“Store-and-Forward” at each Router
PROP1
R2
TRANSP3
PROP2
TRANSP4
R3
Host B
PROP3
PROP4
Minimum end to end latency   (TRANSPi  PROPi )
i
PROP : delay propagasi
TRANSP : waktu transmisi
Packet Switching
Mengapa tidak kirim keseluruhan message dlm satu paket?
M/R
M/R
Host A
Host A
R1
R1
R2
R2
R3
R3
Host B
Latency   ( PROPi  M / Ri )
i
Host B
Latency  M / Rmin   PROPi
i
Memecah message kedlm paket-paket memungkinkan transmisi
parallel melalui semua link, mengurangi end to end latency. Juga
mencegah suatu link diduduki/“hogged” terlalu lam oleh satu
message.
Packet Switching
Delay Antrian / Queueing Delay
Krn egress link tidak selalu bebas jika suatu paket tiba, maka munfkin
diantrikan dlm suatu buffer. Jika network sibuk, packet-paket
meungkin harus menunggu cukup lama
Host A
TRANSP1
Q2
TRANSP2
R1
PROP1
TRANSP3
R2
PROP2
TRANSP4
R3
Host B
Bagaimana kita
menentukan
queueing delay?
PROP3
PROP4
Actual end to end latency   (TRANSPi  PROPi  Qi )
i
Antrian dan Delay Antrian
• Utk memahami performansi packet switched
network, kita dp bayangkan sbg satu serie antrian
diinterkoneksikan dg link-link
• Utk laju dan panjang link tertentu, satu-satunya
variable adalah delay antrian
Antrian dan Delay Antrian
Cross traffic
menyebabkan kongesti dan
delay antrian variabel
Antrian pada suatu Router
Model of FIFO router queue
A(t), l
m
D(t)
Q(t)
A(t ) : The arrival process. The number of arrivals in interval [0, t ].
l : The average rate of new arrivals in packets/second.
D(t ) : The departure process. The number of departures in interval [0, t ].
1 : The average time to service each packet.
m
Q(t ): The number of packets in the queue at time t .
Suatu Antrian M/M/1
Model of FIFO router queue
A(t), l
m
D(t)
• Jika A(t) adalah suatu Poisson process dg laju l, dan waktu
utk melayani tiap paket terdistribusi exponential dg laju µ,
maka:
1
l
Average delay, d 
; and so from Little's Result: L  l d 
m l
m l
Packet Switching: Formula Little
L = l.d
Dimana:
• L = jumlah pelanggan rata-rata dalam antrian
• l = rate kedatangan pelanggan, dalam pelanggan/det.
• d = waktu rata-rata satu pelanggan menunggu dalam antrian
Packet Switching Datagram
(Connectionless)
• Connectionless:
– Tdk ada set-up koneksi
– Tdk ada reservasi resource
• Transfer Informasi dg
menggunakan paket diskrit
– Panjang bervariasi
– Address global (dari tujuan)
• Sebelum transfer informasi
– Tdk ada delays
• Selama transfer informasi
– Overhead (byte header)
– Delay pemrosesan paket
– Delay antrian (karena paket
berkompetisi memperebutkan
shared resources)
– routers “store-and-forward”
Datagram Packet Switching: Timing-1
Datagram Packet Switching : Timing-2
Asumsi
- Jumlah Hop = M
- Delay pemrosesan per Hop = P
- Delay propagasi link = L
- Delay transmisi paket = T
- Ukuran message = N paket
TOTAL DELAY = total propagasi + total
transmisi + total store-and-forward + total
prosesing
TOTAL DELAY = ML + NT + (M-1)T + (M-1)P
Datagram Packet Switching: Routing
Virtual Circuit Packet Switching
• Hybrid dari circuit switching dan packet switching
• Data message ditransmisikan dalam bentuk paket-paket
dengan ukuran maksimum tertentu
• Semua paket-paket dari suatu aliran paket melalui lintasan
(yg sudah dibangun) yg sama
• Jaminan dalam urutan pengiriman paket
• Paket-paket dari VC yang berbeda dapat saling disisipkan
• Contoh: X.25, Frame Relay, ATM
Virtual Circuit Packet Switching: Phase
• Komunikasi dg VC packet switching berlangsung dalam 3
phase (bandingkan persamaan dan perbedaannya dg circuit
switching):
– pembangunan VC
– transfer data
– penutupan VC
• Header paket tidak perlu memuat informasi penuh dari
alamat tujuan
Virtual Circuit Packet Switching:
Timing-1
Virtual Circuit Packet Switching :
Timing-2
Asumsi
- Jumlah Hop = M
- Delay pemrosesan per Hop = P
- Delay propagasi link = L
- Delay transmisi paket = T
- Ukuran message = N paket
TOTAL DELAY = total propagasi
+ total transmisi + total storeand-forward + total prosesing
TOTAL DELAY = 4ML + NT +
(M-1)T + 4(M-1)Ppp
Virtual Circuit Packet Switching :
Routing
Virtual Circuit Packet Switching :
Routing
5
link .. vci .. link .. vci ..
link .. vci .. link .. vci ..
link .. vci .. link .. vci ..
link 1 vci 5 link 2 vci 9
link .. vci .. link .. vci ..
9
8
7
link .. vci .. link .. vci ..
link .. vci .. link .. vci ..
link 3 vci 9 link 5 vci 7
link .. vci .. link .. vci ..
link .. vci .. link .. vci ..
link .. vci .. link .. vci ..
link .. vci .. link .. vci ..
link .. vci .. link .. vci ..
link 1 vci 7 link 3 vci 8
link .. vci .. link .. vci ..
Ukuran Performansi : Bandwidth (1)
• Bandwidth = throughput
– Jumlah bit yg dp ditransmisikan melalui jaringan dlm
suatu waktu yg diberikan
– unit: bits per second (bps), mis. 10 Mbps (MB =
megabytes = 8 Mb)
• Link bandwidth dan end-to-end bandwidth
– bandwidth dari physical link memp harga yg deterministik
mis. 155 Mbps
– link bandwidths terus menerus meningkat: link
bandwidths pd backbone
• 1980-an: 2 Mbps, 1990-an: 155 Mbps, 2000: 1 Gbps
– Bandwidth end-to-end yg diterima aplikasi tergantung pd
• Trafik lain pd jaringan (congestion)
• Batasan aplikasi (CPU speed dari komputer)
• protocol overhead
Ukuran Performansi : Latency (2)
• Latency = delay
– Berapa lama dibutuhkan message utk travel dari satu ujung (end)
ke end lainnya dari jaringan
– Diukur dlm unit waktu, mis., latency melintasi US adalah 24 ms
– RTT (round trip time): waktu yg diperlukan suatu message utk
mencapai tujuannya dan kembali ke pengirim
• Komponen: delay propagasi, delay transmisi, delay antrian
(queuing)
– Kecepatan cahaya: 2.3 x 108 m/s pd kabel, 2.0 x 108 m/s pd fiber
• Aplikasi dp dibatasi oleh bandwidth atau latency
– Telnet sessions dibatasi latency tetapi transfer FTP yg besar
dibatasi bw
Delay x Bandwidth Product
• Perkalian RTT dan bandwidth menentukan
– Jumlah informasi yg ditransmisikan user sebelum feed-back dari
tujuan dp diterima
• Pd broadband wide-area-networks (WAN) hasil perkalian ini dp
sangat besar
– Pengirim dp membuat overload penerima
– Jika pengirim tdk “mengisi penuh pipa”, utilisasi jaringan akan
rendah
• Contoh:
– Misalkan
• jarak 1500 km
• Laju (rate) transmisi C = 100 Mbps
– Propagasi delay dua arah adalah
• 2*1500/300,000 s = 0.01 s
– Maka, hasil perkalian RTT dan C adalah
• 0.01*100,000,000 bits
= 1,000,000 bits = 1 Mbit