Big Picture: where are we? Jaringan Komputer (IKI-20240) Physically Connected Hosts. Agenda

Transkripsi

1 Big Picture: where are we? Physically Connecting Hosts Direct Networks (Lecture 3) Direct Link Network Jaringan Komputer (IKI-20240) Johny Moningka Fakultas Ilmu Komputer Universitas Indonesia Semester 2003/2004 Versi: Fasilkom UI v-1.2 Agenda Masalah: Bagaimana melakukan koneksi fisik Host => Bagaimana mengirimkan bits melalui koneksi fisik!! Bab 2: Jaringan Komputer Hubungan Langsung (Direct Link Networks) H/W Building Blocks Encoding Framing Error Detection Reliable Transmission Protokol Medium Access Control (MAC) Pelajari Reference: Bab 2 (Hal. 64 s/d 110) Physically Connected Hosts Jaringan terbentuk hubungan langsung antar hosts/nodes Secara fisik kedua node tersebut dihubungkan oleh links => media (kabel, fiber dll). Bagaimana informasi (message) disampaikan secara fisik => transfer bits! Informasi host dalam bentuk bits (data). Struktur host => transmisi bits (komponen I/O devices). Pemilihan jenis media => kecepatan dan koneksi I/O 3 Fasilkom UI v Fasilkom UI v-1.2 Hardware Building Blocks Network Adapter: Host Computer Jaringan sederhana dibangun oleh dua komponen utama yakni: node dan link Node => host/komputer (umum); Link => media (kabel, fiber dll) Kemampuan hardware Node: Memori => kapasitas penampungan (buffer), kecepatan akses/transfer memori. Network Adapter: Interface antara memori dan network link, device driver mengontrol network adapter. Mengatur pengiriman/penerimaan bit ke link, secara fisik. CPU chip register file bus interface USB controller mousekeyboard ALU graphics adapter monitor I/O bridge I/O bus disk controller disk main memory Network Adapter 5 Fasilkom UI v Fasilkom UI v-1.2 1

2 Example: Network Media Twisted Pair: Coaxial Cable: Fiber Optics Transmitter L.E.D Plastic Covering Copper, 1mm think, twisted to avoid antenna effect Braided outer conductor Insulator Copper core Used by cable companies: high BW, good noise immunity Air Laser Diode Receiver Photodiode light source Total internal reflection Silica Light: fiber, light source, light detector 7 Fasilkom UI v-1.2 Network Basics: Links 0110 bits signal links 0110 Link made of some physical media wire, fiber, air with a transmitter (tx) on one end konversi simbol dijital (binary) ke sinyal analog/dijital dan kirim sinyal melalui link. and a receiver (rx) on the other capture sinyal analog/dijital dan konversikan kembalikan ke bentuk simbol dijital (binary) tx+rx called a transceiver 8 Fasilkom UI v-1.2 Example: Dial-up Links Links & Signal Sinyal Sinyal => gelombang elektromagnetis (EM) yang merambat pada berbagai media fisik. Property gel. EM adalah frekwensi (Hz, setara dengan periode gel. atau panjang gel. atau wavelength) Ingat (Fisika): Panjang Gelombang = Kecepatan / Frekwensi Kecepatan konstan gelombang EM utk suatu media, mis di uadara 3.0 x 10^8 m/det. f (Hz) The dial-up modem allows connections through the phone network Radio Microwave Infrared UV Coax Satellite X ray Fiber optics Gamma ray AM FM Terrestrial microwave 9 Fasilkom UI v TV Fasilkom UI v-1.2 Media: Cable Local Links Contoh: kabel tembaga (copper) dan fiber yang digunakan untuk koneksi lokal (LANs) Jenis Bandwidth Jarak Cat 5 Twisted Pair Mbps 100 m Thin Net Coax Mbps 200 m Thick Net Coax Mbps 500 m Multimode fiber 100 Mbps 2 km Single-mode fibel Mbps 40 km Example: Telco. carriers Sirkit Sewa (Leased Lines) DS3 STS1 24 x E Mbps 28 x DS1 51,840 Mbps E0, sering setara dengan 1 kanal digital voice channel, STS1, basis dasar jaringan telekomunikasi (antar sentral) => OC-N (Optical Carrier) STS3 = 3 x STS1, 11 Fasilkom UI v Fasilkom UI v-1.2 2

3 Example: Common Carrier Links Link yang menggunakan network bersama (service provider) Service POTS (telepon) ISDN ADSL CATV Bandwidth 28,8 Kbps 56 Kbps Kbps 16 Kbps 9 Mbps Mbps ADSL, menggunakan kabel telepon (Telkom) ISDN, hanya ditawarkan pada bussiness district CATV, bagian dari jaringan cable TV (Indovision) Umumnya perlu peralatan: Modem 13 Fasilkom UI v-1.2 Example: Wireless Links Perkembangan pesat => teknologi dan skala ekonomi Transmisi nirkabel: Satelit, low orbit (Teledesic: 288 satelit melingkupi seluruh bumi) Standar radio (IEEE , WiFi): 2.4 GHz radio, 11 Mbps, 7Km Infrared (IR) link, 1 Mbps, 10 m Bluetooth: 2.45 GHz, 1 Mbps, 10 m Masalah (tanpa media guide): atenuasi besar, noise, security (open space), interferensi. 14 Fasilkom UI v-1.2 Encoding (1/3) Encoding: Non-Return to Zero (NRZ) (2/3) 0 low signal; 1 high signal Deteksi sinyal (bit) jika terdapat string bit 1 (atau 0) yang panjang => Receiver sulit mendeteksi (sampling tegangan). Adaptor men-drive sinyal pada link. Problem: Bagaimana menumpangkan bit 0 dan 1, supaya dapat dideteksi pada sisi receiver. Encoding: konversi bit data ke dalam sinyal supaya dapat dikirimkan 15 Fasilkom UI v Fasilkom UI v-1.2 Example: Manchester Encoding (3/3) Each bit contains a transition 0 low-to-high transition 1 high-to-low transition Setiap bit: terdapah perubahan tegangan (transisi) => tanda (clock) Digunakan: 10 Mbps Ethernet Bits NRZ Clock Manchester Framing (1/5) Encoding: menerjemahkan bit data ke dalam sinyal supaya dapat dikirimkan Framing: membuat batas pada urutan bit (strings) dalam satu kesatuan unit (blok, paket) Terbentuk kelompok bit dalam unit frame Tanda awal dan akhir sebuah frame. Kegunaan frame: Sinkronisasi (awal, akhir transmisi 1 blok data). Kontrol (recovery): deteksi kesalahan dan retransmisi pada satu frame (blok data) NRZI 17 Fasilkom UI v Fasilkom UI v-1.2 3

4 Framing (2/5) Framing: Bit Oriented (3/5) Setiap frame mulai dengan pola (sequence) bit yang unik sebagai tanda (flag): Misalkan: = Blok data (kumpulan bits) dipertukarkan dalam satu unit => frames Problem: Bagaimana mengetahui akhir dan awal dari frame? Problem: Bagaimana jika data berisi pola bit flag tsb? 19 Fasilkom UI v Fasilkom UI v-1.2 HDLC: Bit Stuffing (4/5) Bit Stuffing Example (5/5) Contoh Protokol Data Link: High Level Data Link Control (standard OS) Bermula dari standard IBM: SDLC (Synchronous DL Control). Bit Stuffing: flag: Sender:Sisipkan bit 0, pada setiap lima bit 1 yang berurut. Receiver: Jika melihat lima bit 1 berurut, lakukan decision berdasarkan dua bit sesudahnya: Jika bit berikutnya 0 (pasti stuffed bit), remove bit 0 tsb. Jika bit berikutnya 1, lihat lagi bit sesudahnya Jika 0 berarti akhir dari frame (flag: ) Jika 1 berarti error, buang frame tsb (receiver meneriman invalid bit: ) Data: Sender: flag Receiver: flag 21 Fasilkom UI v Fasilkom UI v-1.2 Error Detection: Focus Encoding data bit ke sinyal Framing bit data dalam bentuk unit blok data transfer Error Detection Bit yang telah di-encode dalam bentuk sinyal dan dikirimkan dalam blok/frame Kemungkinan terdapat kesalahan dalam transmisi (hardware): network interface, noise, koneksi, dll Bagaimana menjamin frame yang diterima receiver tidak terdapat error? Mampu mendeteksi adanya kesalahan Mekanisme memperbaiki kesalahan Error Detection (1/5) Mekanisme umum => sulit memperbaiki bit yang error Lebih mudah mendeteksi adanya kesalahan dalam satu frame (blok bit pada frame tsb) Problem: Bagaimana receiver mengetahui terdapat bit yang salah dalam frame? Contoh: Kirim dua frame yang sama => receiver membandingkan (XOR)? Jika sama tidak ada kesalahan Redundant bits sebanyak besar frame tsb. Overhead? 100% Reliability? 23 Fasilkom UI v Fasilkom UI v-1.2 4

5 Redundant Bits (2/5) Ide Dasar: Sender tambahkan redundant bits, berdasarkan data dalam frame. Receiver: analisa/bandingkan redundant bits dan data frame => deteksi kesalahan. Usahakan: Jumlah redundant atau extra bits sangat minimal (overhead untuk transmisi satu frame) tapi kemampuan deteksi sangat besar (mis % jenis error dapat dideteksi) Proses deteksi kesalah frame harus sederhana; supaya cepat => implementasi pada tingkat hardware Algoritma (proses): parity, checksum (addition), CRC (Cyclic Redundancy Check) dll. 25 Fasilkom UI v-1.2 Example: Single Parity Check (3/5) Pengirim: Data: b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 Menggunakan even parity : Data: terdapat 3 bit 1 (ganjil) => tambahkan bit 1, jumlah bit 1 menjadi genap. Kirim: Data & Parity = Penerima: Proses (algoritma) even parity: Hitung jumlah bit 1 => x Jika x = genap disimpulkan tidak ada error Jika x = ganjil, terjadi error Terima: Data & Parity = Error? Single parity: mampu mendeteksi satu bit error 26 Fasilkom UI v-1.2 Two-dimensional parity: Frame (4/5) Coverager Error Detection (5/5) Teknik untuk deteksi kesalahan dalam satu frame. Frame: Blok karakter (bytes) single bit paritas untuk setiap byte (karakter) paritas byte: paritas vertikal untuk seluruh byte dalam frame. Kemampuan deteksi: 1, 2, 3, bit errors. Contoh: paritas genap (even parity) Parity bits Data Parity byte Fasilkom UI v One error Three errors Two errors Tanda panah menunjukkan bit paritas, mampu mendeteksi bit yang error Four errors Fasilkom UI v-1.2 Cyclic Redundancy Check (CRC) Reliable Transmission (1/3) Teori: finite field arithmetic (binary valued arit.) String bit direpesentasikan dalam persamaan tingkat tinggi (polynomial) => M(x) 0110 = x^3 + x^2 + x^1 + x^ M(x) = x^2 + x^1 Terdapat: string generator polynomial yang unik dan standard (G(x)), sama utk. sender/receiver CRC: G(x) = X^2 + x^0 = 101 Hitung CRC code dari sisa hasil bagi: M(x) / G(x) => P(x): x^1 + x^0 = 2 bit sisa hasil bagi (CRC code) 101 / Fasilkom UI v-1.2 Problem: Bagaimana menjamin frame diterima, walaupun terdapat kemungkinan error atau hilang saat transmisi di jaringan? Saat ini kita telah mempelajari: Receiver mampu mendeteksi kesalahan dari frame yang diterima. Pilihan untuk receiver: Memperbaiki kesalahan pada frame => sulit dan overhead h/w & s/w besar Membuang (discard) frame tersebut dan request Kirimkan sebagai message: T(x) = M(x) << 2 bit + P(x) sender untuk mengirimkan kembali frame tsb xx = 0110 xx => T(x) 30 Fasilkom UI v-1.2 5

6 Reliable Transmission (2/3) Sender: menjamin diterima dengan baik Kemungkinan frame dibuang oleh receiver Terdapat mekanisme untuk memberikan informasi ke sender => frame OK atau Error Jika OK, kirim frame berikutnya Jika Error, retransmisi frame yang error tsb. Mekanisme Dasar: Receiver wajib mengirim control frame OK, sebagai tanda ke sender. Sender menerima frame: ACK (Acknowledgements), berarti receiver telah menerima frame dengan baik (no error). 31 Fasilkom UI v-1.2 Reliable Transmission (3/3) Bagaimana jika sender tidak menerima frame control ACK? Sender harus mempunyai timer (timeout) selama menunggu ACK Jika timer expired => retransmisi frame Catatan: jadi setiap timer expired, sender otomatis melakukan retransmisi frame => jenis protokol ARQ (Automatic Repeat Request) Menggunakan tanda ACK (receiver) Menggunakan timer untuk automatic retransmission (sender). 32 Fasilkom UI v-1.2 Protocol Stop & Wait (1/3) Simplest reliable protocol: Stop and Wait Sender: Kirim SEBUAH frame Start timer, Stop and Wait pengiriman frame, sampai frame ACK diterima dari Receiver Retransmit frame yang sama, jika terjadi time-out atau menerima Not-ACK dari Receiver. Kontinyu transmisi frame berikutnya, jika menerima ACK. Receiver: Menerima frame Deteksi kesalahan pada frame tsb. Kirim ACK atau Not-ACK berdasarkan hasil algoritma deteksi kesalahan Protocol Stop & Wait (2/3) Bagaimana Receiver mengetahui terjadi duplikasi frame (mis. retransmisi jika ACK hilang)? Solusi: Informasi untuk identifikasi nomor frame Gunakan nomor urut frame yang dikirim oleh sender dan receiver menerima sesuai nomor urut frame Performance Lambat, tidak dapat mengirim lebih dari satu frame (No pipeline effect) Masalah: Satu frame per RTT, throughput tidak terpengaruh oleh besarnya bandwidth Utilisasi link (throughput) sangat rendah 33 Fasilkom UI v Fasilkom UI v-1.2 6