Implementasi 802.XX. Standar IEEE 802.3: Ethernet

Transkripsi

1 Implementasi 802.XX IEEE telah menghasilkan beberapa standarisasi mengenai LAN. Standarisasi ini dikenal dengan IEEE 802. Beberapa standar memiliki perbedaan pada physical layer dan sublayer MAC namun kompatibel pada layer data link secara keseluruhannya. Standar tersebut dibagi lagi menjadi lebih spesifik, seperti misalnya standar yang memberikan pengenalan bagi sekumpulan standar dan mendefenisikan primitif antarmuka-nya, standar yang menjelaskan mengenai bagian atas dari layer data link yang menggunakan protokol LLC, standar sampai yang menerangkan tiga buah standar LAN, yaitu CSMA/CD, token bus, dan token ring. Setiap standar meliputi layer physical dan protokol sublayer MAC. Standar IEEE 802.3: Ethernet Standar ini ditujukan bagi LAN 1-persistent CSMA/CD. CSMA/CD merupakan mekanisme mentransmisikan data sekaligus mekanisme apabila terjadi tabrakan. Yang dilakukan oleh CSMA/CD adalah mendeteksi kabel jaringan ketika workstation akan mentransmisikan data. Bila kabel sibuk, transmisi akan ditunda hingga kabel itu menjadi bebas. Jika dua workstation pada saat yang bersamaan Jaringan Komputer Week 5 Danny Kriestanto, S.Kom., M.Eng. Page 40

2 mengirimkan data pada kabel yang sedang bebas, tabrakan akan terjadi. Semua transmisi tersebut kemudian dihentikan, menunggu waktu secara acak, dan mengulangi seluruh prosesnya lagi. Istilah Ethernet dimulai dengan sistem ALOHA yang dibangun untuk memungkinkan komunikasi radio antara mesin-mesin yang berada di kepulauan Hawaii. Xerox membangun system CSMA/CD 2,94 Mbps untuk menghubungkan lebih dari 100 workstation pribadi dengan kabel sepanjang 1 km. Sistem inilah yang disebut sebagai Ethernet. Ethernet Xerox ini sukses besar, sehingga Xerox, DEC, Intel menciptakan Ethernet 10 Mbps. Standar inilah yang menjadi standar Pada protokol CSMA/CD tidak digunakan penjadwalan untuk waktu pengiriman paket data dan satu workstation tidak dapat diprediksi kapan akan melakukan transmisi. Teknik yang awalnya disebut ALOHA ini diterapkan pada radio paket, dimana: - Workstation langsung mengirimkan data - Workstation tersebut mendengar dalam kurun waktu tertentu (2 kali waktu pengiriman data antara workstation yang terjauh ditambah dengan penambahan waktu yang sudah fix) - Jika workstation tidak mendengar ACK, maka paket akan dikirim ulang Ada dua karakteristik penting pada teknik CSMA, yakni propagation delay (pd) dan frame transmission time (ftm). Dengan ketentuan: - Jika pd > ftm, dibutuhkan waktu yang lama bagi sebuah workstation untuk mengetahui adanya frame yang dikirim. Jika jarak cukup jauh, mungkin workstation lain akan mengirimkan frame sehingga akan terjadi collision (tabrakan). - Jika pd < ftm, ketika sebuah workstation mengirim frame, workstation yang lain akan segera mengetahuinya sehingga workstation tersebut tidak akan mengirimkan datanya. Ada tiga algoritma dasar untuk CSMA, yaitu: 1. nonpersistent CSMA - Jika medium idle, transmit. Selain itu, lanjutkan ke langkah berikut. - Jika medium sibuk, tunggu dalam interval waktu tertentu (retransmission delay) dan ulangi langkah di atas persistent protocol - Jika medium idle, transmit. Selain itu, lanjutkan ke langkah berikut. - Jika medium sibuk, lanjutkan listen hingga jalur dinyatakan idle, kemudian kirim. 3. p-persistent protocol Jaringan Komputer Week 5 Danny Kriestanto, S.Kom., M.Eng. Page 41

3 - Jika medium idle, transmit dengan probabilitas (p) dan delay satu unit waktu (max propagation delay) dengan probabilitas (1-p). - Jika medium sibuk, lanjutkan untuk listen sampai jalur idle lalu ulangi langkah sebelumnya. - Jika transmisi terhambat satu unit waktu, ulangi langkah pertama. CSMA/CD memiliki algoritma dasar seperti yang dijabarkan berikut. 1. Jika medium idle, transmit. Selain itu, lanjutkan ke langkah Jika medium sibuk, lanjutkan untuk listen sampai jalur idle dan transmit langsung. 3. Jika collision terjadi selama pengiriman, transmit jamming signal untuk meyakinkan bahwa semua workstation tahu bahwa telah terjadi collision dan menghentikan transmisi. 4. Setelah pengiriman jamming signal, tunggu hingga satuan waktu tertentu secara random, kemudian coba kirim ulang. Ulangi langkah 1. Masalah Ethernet berkaitan dengan ether (kabel), jadi Ethernet berkaitan erat dengan pengkabelan pada jaringan LAN. Jadi pada bagian ini akan dibahas lagi mengenai pengkabelan, terutama sejarah historisnya. Kabel 10Base5 yang lebih sering disebut sebagai Thicknet (Thick Ethernet) adalah tipe kabel yang pertama kali digunakan. Koneksi ke kabel umumnya menggunakan vampire tap, karena sebuah pin dimasukkan ke dalam inti kabel coaxial. Notasi 10Base5 berarti kabel ini memiliki kemampuan transmisi hingga 10 Mbps, jarak setiap segmennya dapat mencapai 500 meter, dan menggunakan tipe transmisi baseband. Jenis kabel kedua adalah 10Base2 atau Thinnet (Thin Ethernet). Jenis ini dapat dibengkokkan dengan mudah. Untuk membentuk sambungan T, koneksi kabel ini dibuat dengan menggunakan konektor BNC standar industry, tidak menggunakan vampire tap. Thinnet lebih murah dan lebih mudah dipasang, tapi jangkauannya hanya dapat mencapai kira-kira 200 meter dan dapat menangani 30 mesin pada tiap segmennya. Yang menjadi masalah pada kabel coaxial adalah pendeteksian kabel yang putus, tap yang buruk, atau konektor yang longgar karena sulit dideteksi. Namun ada cara yang dapat digunakan yaitu dengan Jaringan Komputer Week 5 Danny Kriestanto, S.Kom., M.Eng. Page 42

4 mengirimkan pulsa (gelombang) ke dalam kabel. Apabila pulsa tersebut membentur sesuatu, pulsa tersebut akan bergema kembali ke pengirim. Dari gema tersebut dapat diketahui posisi awal gema tersebut terjadi. Teknik ini disebut time domain reflectometry. 10Base-T merupakan salah satu tipe kabel twisted pair yang saat ini digunakan. Berdasarkan namanya, 10Base-T berarti kemampuan transmisinya dapat mencapai 10 Mbps, dengan tipe transmisi baseband. Huruf T berarti twisted pair dan semua tipe kabel twisted pair hanya dapat mencapai 100 meter setiap segmennya. Pada 10Base-T digunakan hub, switch, atau router sebagai penghubung. Oleh karena itu tidak terdapat percabangan kabel seperti pada kabel coaxial. 10Base-T populer karena kemudahan dalam pemeliharaannya. Versi 10Base-T yang lebih cepat adalah 100Base-T atau lebih dikenal dengan nama Fast Ethernet. Tipe kabel yang lain adalah 10Base-F, yang menggunakan fiber optic. Alternatif ini cukup mahal baik perangkat, proses pemasangan, maupun perawatannya. Akan tetapi kabel ini memiliki ketahanan yang baik terhadap noise dan menjadi pilihan untuk menjangkau lokasi yang jauh. Pada dibutuhkan cara agar penerima dapat menentukan bagian awal, akhir, dan bagian tengah dari data dari masing-masing bit tanpa menggunakan referensi waktu eksternal. Pendekatan ini dikenal dengan Manchester Encoding dan Differential Manchester. Pada Manchester Encoding satu bit dibagi menjadi dua buah interval yang sama. Bit 1 dikirim dengan menyetel tinggi tegangan pada interval pertama dan menyetel rendah pada interval kedua. Sedangkan bit 0 dikirim dengan menyetel rendah interval pertama dan menyetel tinggi interval kedua. Differential Manchester merupakan variasi dari pengkodean Manchester. Bit 1 diindikasikan oleh tidak adanya transisi pada awal interval, sedangkan bit 0 ditandai adanya transisi pada awal interval. Kekurangan Manchester adalah membutuhkan ukuran pita dua kali lebih lebar daripada encoding biner biasa. Semua sistem menggunakan pengkodean Manchester sedangkan Differential Manchester digunakan pada sistem Jaringan Komputer Week 5 Danny Kriestanto, S.Kom., M.Eng. Page 43

5 Dengan semakin banyaknya workstation yang dipasangkan pada 802.3, semakin besar pula beban jaringan yang harus ditanggung. Akibatnya, lama-kelamaan jaringan akan mengalami kejenuhan. Salah satu cara untuk mengatasinya adalah dengan meningkatkan kecepatan dari 10 Mbps menjadi 100 Mbps. Solusi ini dapat menjadi sangat mahal apabila seluruh kartu jaringan 10 Mbps diganti dengan 100 Mbps. Cara lain untuk menyelesaikan persoalan ini adalah dengan menggunakan switch pada LAN. Dengan demikian setiap kartu 10 Mbps terhubung secara langsung dengan switch. Awalnya, kecepatan 10 Mbps sepertinya telah cukup untuk menanggung beban kerja yang berat, namun lama-kelamaan 10 Mbps dirasakan kurang karena transmisi data yang dilakukan telah berkembang sehingga lebih sering memenuhi jalur transmisi yang ada. Untuk meningkatkan kecepatan, beberapa kelompok industri mengajukan dua macam LAN berbasis ring yakni FDDI (Fiber Distributed Data Interface) dan Fibre Channel. Namun implementasi keduanya terlalu kompleks, selain itu keduanya umumnya diimplementasikan sebagai jaringan backbone, dan tidak pada desktop. Untuk mengisi jurang besar yang berada di antara 10 Mbps dan jaringan fiber optic, ditemukan alternatif dengan kecepatan di atas 10 Mbps dengan tetap menggunakan standar 802.3, namun lebih cepat. IEEE memutuskan ini karena tiga alasan, yakni: - Harus kompatibel dengan jaringan 10 Mbps - Kemungkinan penggunaan protokol baru dapat menyebabkan masalah baru - Keinginan untuk menyelesaikan masalah sebelum adanya perubahan teknologi Hasil komite IEE kemudian meluncurkan 802.3u yang merupakan pengembangan dari Standar 802.3u inilah yang sering disebut sebagai Fast Ethernet. Ethernet dan Fast Ethernet juga menggunakan format frame yang sama. Untuk memudahkan migrasi dari 10 Mbps ke 100 Mbps, standar 100Base-T memasukkan pendeteksian kecepatan secara otomatis sebagai bagian dari fungsi AutoNegotiation atau Nway. Fungsi ini memungkinkan sebuah NIC dapat otomatis berkomunikasi pada mode operasi yang tersedia baik 10 Mbps maupun 100 Mbps. AutoNegotiation dapat digunakan pada adapter Ethernet 10/100 Mbps. Berikut skema 100Base-T menurut spesifikasi IEEE 802.3u. Jaringan Komputer Week 5 Danny Kriestanto, S.Kom., M.Eng. Page 44

6 100Base-T 100Base-X 100Base-TX 100Base-FX 100Base-FX Category 5 UTP STP Optical Fiber Category 3 or Category 5 UTP Secara teori kabel twisted pair kategori 3 dapat mencapai maksimum 100 meter setiap segmennya. Akan tetapi kabel ini tidak mampu menahan beban sinyal sebesar 200 megabaud (100 Mbps dengan pengkodean Manchester) untuk jarak 100 meter, jarak maksimum kabel twisted pair. Sedangkan pada kategori 5 jarak 100 meter dapat dicapai dengan mudah, dan fiber optic dapat mencapai jarak yang lebih jauh. Kemampuan kabel kategori 3 tergantung dari beban yang dibawanya. Kategori Kabel UTP Category 1 Category 2 Category 3 Category 4 Category 5 Category 6 Keterangan Voice transmission of traditional telephone For data up to 4 Mbps, 4 pairs full-duplex For data up to 10 Mbps, 4 pairs full-duplex For data up to 16 Mbps, 4 pairs full-duplex For data up to 100 Mbps, 4 pairs full-duplex For data up to 1000 Mbps, 4 pairs full-duplex Fast Ethernet ditetapkan oleh IEEE dalam 2 kelompok: Fast Ethernet Alliance (100Base-T) Implementasi Fast Ethernet dengan menggunakan kabel UTP dan STP. Layer MAC kompatibel dengan layer MAC IEEE VG-AnyLAN Spesifikasi IEEE untuk implementasi 100 Mbps Token Ring dan Ethernet dengan 4 pasang UTP. Layer MAC tidak kompatibel dengan IEEE dikembangkan oleh Hewlett-Packard. Jaringan Komputer Week 5 Danny Kriestanto, S.Kom., M.Eng. Page 45

7 Gigabit Ethernet mulai diperbincangkan pada tahun 1995 dan disahkan oleh IEEE pada tahun 1998 dengan nama 802.3z. Tujuan dari komite 802.3z pada dasarnya sama dengan yang dilakukan oleh komite 802.3u yakni menciptakan Ethernet yang 10 kali lebih cepat namun kompatibel dengan standar Ethernet yang lain. Gigabit Ethernet mendukung dua mode operasi, yaitu full-duplex dan half-duplex. Yang lebih sering digunakan adalah mode full-duplex. Mode ini digunakan ketika ada switch yang terkoneksi dengan workstation atau switch yang lain karena switch melakukan buffer terhadap frame yang datang. Pada mode full-duplex tidak mungkin terjadi collision. Oleh karena collision tidak mungkin terjadi, maka protokol CSMA/CD tidak digunakan. Mode half-duplex terjadi ketika workstation terhubung dengan hub, bukan dengan switch. Mode half-duplex terjadi pada hub karena hub tidak melakukan buffering terhadap frame yang datang. Pada mode ini collision mungkin terjadi sehingga protokol CSMA/CD dibutuhkan. Untuk mendapatkan radius pengiriman data yang lebih baik, komite 802.3z memberi 2 fitur tambahan pada gigabit Ethernet. Kedua fitur ini mampu meningkatkan jarak jangkauan gigabit Ethernet dari 25 meter menjadi 200 meter. Kedua fitur tersebut adalah: - Carrier extension, yang secara esensial memberitahu perangkat keras untuk menambahkan lapisan setelah frame data hingga mencapai 512 byte. Oleh karena hal ini dilakukan oleh perangkat keras, perubahan pada perangkat lunak tidak dibutuhkan. - Frame bursting, memungkinkan pengirim untuk mentransmisikan gabungan beberapa frame sekaligus dalam satu kali transmisi. Jika total burst kurang dari 512 byte, perangkat keras akan menambahkannya lagi. Fitur ini lebih efisien dibandingkan carrier extension. Gigabit Ethernet mendukung baik kabel twisted pair maupun fiber optic seperti yang ditunjukkan oleh tabel berikut. Gigabit Ethernet tergolong masih mahal dalam penerapannya. Meski hub dan switch tergolong murah, namun NIC untuk gigabit Ethernet masih tergolong mahal. Dari semua kombinasi penggunaan kabel pada tabel, alternatif yang murah digunakan adalah 1000Base-T yakni dengan menggunakan 4 pasang kabel UTP. Penggunaan ini juga disebut sebagai poor man s gigabit Ethernet. Jaringan Komputer Week 5 Danny Kriestanto, S.Kom., M.Eng. Page 46

8 Oleh karena penggunaan pengkodean Manchester dinilai terlalu boros karena untuk transmisi 1 Gbps dibutuhkan sinyal sebesar 2 Gbaud, digunakan pengkodean 8B/10B. Disebut 8B/10B karena 8 bit byte dikodekan pada fiber sebagai 10 bit. Hingga saat ini IEEE telah mengakui 10-gigabit Ethernet dan pada tahun 2002 menetapkannya menjadi standar 802.3ae. Standar IEEE 802.4: Token Bus Pada sebuah workstation menggunakan MAC yang bersifat probabilistik, oleh karena itu sebuah workstation ada kalanya membutuhkan waktu yang sangat lama agar dapat mentransmisikan frame. Selain itu, frame tidak memiliki prioritas, sehingga penggunaan tidak cocok untuk sistem real-time dimana sistem yang penting tidak boleh ditahan untuk menunggu frame-frame yang tidak penting. Standar IEEE menerangkan sebuah sistem yang disebut Token Bus. Secara fisik, token bus merupakan implementasi topologi bus atau tree di mana semua workstation dihubungkan. Secara logika, workstation dihubungkan secara ring, di mana setiap workstation mengetahui workstation yang berada di samping kiri dan kanan -nya. Bila ring diinisiasi, maka workstation yang memiliki nomor paling tinggi yang memiliki kesempatan pertama untuk mengirim. Setelah selesai, workstation tersebut akan memberikan giliran kepada tetangganya dengan mengirim frame kontrol khusus yang diberi nama token. Token akan mengelilingi ring logika tersebut dimana pemegang token-lah yang berhak untuk melakukan transmisi. Karena pada satu saat hanya satu workstation yang memiliki token, maka tidak akan terjadi tabrakan. Standar sangat rumit dengan layer physical yang sama sekali tidak kompatibel dengan Standar IEEE 802.5: Token Ring Jaringan ring telah lama ada dan digunakan baik untuk jaringan LAN maupun WAN. Ring pada kenyataannya adalah kumpulan link point-to-point yang membentuk lingkaran. IEEE memasukkan standar token ring sebagai dengan beberapa alasan, yaitu karena ring telah terbukti di lapangan dan dapat diterapkan pada kabel coaxial, twisted pair, maupun fiber optic. Alasan kedua adalah karena rekayasa ring hampir seluruhnya digital, sedangkan memiliki komponen analog penting untuk mendeteksi tabrakan. Ring juga adil dam memiliki batas atas dan akses kanal yang baik. Jaringan Komputer Week 5 Danny Kriestanto, S.Kom., M.Eng. Page 47

9 Di dalam ring terdapat pola bit khusus, dinamakan token yang bersirkulasi mengelilingi ring pada saat jaringan idle. Ketika sebuah workstastion mengirimkan frame, workstation tersebut harus mengambil token tersebut dan memindahkannya dari ring sebelum melakukan transmisi. Hal ini dapat dilakukan dengan menginversi bit tunggal pada token 3 byte dan mengubahnya menjadi 3 byte pertama frame data normal. Satu masalah dalam jaringan ring adalah bila kabel terputus maka ring akan mati. Masalah ini dapat diatasi dengan pusat kabel. Secara logika masih berupa ring, secara fisik, setiap workstation terhubung dengan pusat kabel dengan setidaknya dua buah kabel twisted pair. model ini disebut dengan ring berbentuk bintang. Pada standar tidak menggunakan pusat kabel namun pada penerapannya pusat kabel banyak digunakan untuk meningkatkan reliabilitas dan kemudahan perawatan. Perbandingan 802.3, 802.4, dan Pada dasarnya ketiga LAN tersebut memakai teknologi dan memiliki unjuk kerja yang sama. Penggunaan tipe topologi ini adakalanya tidak menjadi hal yang patut diperdebatkan. Standar merupakan standar yang paling luas digunakan dan penggunaan protokolnya sangat sederhana. Workstation baru dapat segera dipasang tanpa harus mematikan sistem terlebih dahulu. Standar ini menggunakan kabel pasif dan delay pada lalu-lintas yang tidak padat dapat dikatakan nol karena workstation dapat segera mengirimkan frame tanpa menunggu token. Kekurangannya, mempunyai komponen analog yang sangat menentukan. Sebuah workstation harus dapat mengetahui sinyal lemah dari workstation lain, bahkan ketika dirinya sendiri sedang melakukan transmisi. Disamping itu, pendeteksi tabrakan semuanya bersifat analog memiliki sifat non-deterministik, yang sering kali tidak cocok untuk pekerjaan real-time. Yang dimaksud dengan non-deterministik adalah tidak dapat membedakan frame yang penting dan yang tidak sehingga frame yang penting tidak dapat dikirimkan terlebih dahulu. Standar ini juga tidak mengenal prioritas. Standar menggunakan peralatan televisi kabel yang memiliki reliabilitas yang tinggi lebih deterministic dibandingkan dan dapat menangani frame-frame yang pendek. Token bus juga mendukung prioritas dan pada lalu lintas yang padat standar ini memiliki throughput dan efisiensi yang baik. Selain itu, kabel broadband mendukung kanal dalam jumlah yang banyak, tidak hanya untuk data namun juga untuk suara dan televisi. Kekurangannya, sistem broadband banyak menggunakan rekayasa Jaringan Komputer Week 5 Danny Kriestanto, S.Kom., M.Eng. Page 48

10 analog dan melibatkan modem serta amplifier berpita lebar. Protokolnya sangat rumit dan memiliki delay yang panjang pada keadaan beban rendah. Implementasinya sangat tidak cocok untuk fiber optic dan hanya dipakai oleh sedikit pengguna. Standar memakai koneksi point-to-point sehingga rekayasanya cukup mudah dan dapat berbentuk sepenuhnya digital. Ring dapat dibentuk dengan menggunakan carrier yang sederhana hingga fiber optic. Pemakaian pusat kabel membuat token ring satu-satunya LAN yang dapat mendeteksi dan menghilangkan kegagalan kabel secara otomatis. Sama seperti token bus, token ring juga menggunakan prioritas. Transmisi frame pendek pun dapat dilakukan oleh token bus. Selain itu, throughput dan efisiensi pada beban tingginya sangat baik. Kekurangannya yang sangat berpengaruh adalah adanya fungsi monitor tersentralisasi, yang menyebabkan adanya komponen kritis. Selain itu, sama seperti halnya token bus, pada beban rendah sekalipun selalu terjadi delay karena pengirim harus menunggu token. Jaringan Komputer Week 5 Danny Kriestanto, S.Kom., M.Eng. Page 49