Sistem Terdistribusi TIK-604

Transkripsi

1 Sistem Terdistribusi TIK-604 Husni.trunojoyo.ac.id Jaringan Pertemuan 04: 20 Maret 207 Husni

2 Bahasan yang lewat: Hari ini Model-model arsitektural dari sistem terdistribusi Bahasan hari ini: Tipe-tipe jaringan (network) Prinsip penting Networking: Layering, Enkapsulasi, Routing dan kendali kemacetan (kongesti) Skalabilitas, Reliabilitas dan Toleransi kegagalan di Internet Pemberitahuan: 2 minggu menuju deadline Proyek 2

3 Prinsip Networking Tujuan Pembelajaran Mampu menjelaskan bagaimana komputer-komputer di Internet berkomunikasi Secara rinci, setelah kelas hari ini harus mampu: Menjelaskan tipe-tipe (berbeda) jaringan Mendeskripsikan prinsip-prinsip networking seperti layering, enkapsulasi dan packet-switching Mengetahui bagaimana paket-paket dirutekan dan bagaimana kemacetan dikendalikan Menguraikan konsep scalability, reliability dan faulttolerance di dalam Internet

4 Network dalam Sistem Terdistribusi Sistem terdistribusi hanyalah suatu koleksi komponen yang berkomunikasi untuk menyelesaikan suatu masalah. Mengapa programmer sistem terdistribusi harus memahami jaringan komputer? Persoalan networking sangat mempengaruhi kinerja, toleransi kegagalan dan keamanan sistem terdistribusi Mis. Gmail outage pada Sep, 200 Jubir Google mengatakan we had slightly underestimated the load which some recent changes placed on the request routers.. few of the request routers became overloaded causing a few more of them to also become overloaded, and within minutes nearly all of the request routers were overloaded.

5 Network dalam Sistem Terdistribusi Isu Networking Performance Scalability Reliability Security Mobility Quality-ofservice Ulasan pada Rancangan Sistem Terdistribusi Mempengaruhi latency dan data-transfer-rate dari pesan Ukuran Internet bertambah. Diperkirakan lalulintas lebih besar di masa depan. Deteksi error komunikasi & kerjakan error-checks pada application layer. Install firewall. Pasang modul otentikasi, privasi dan keamanan end-to-end. Perkiraan koneksi nyambung-putus untuk perangkat bergerak Internet adalah karya terbaik. Sulit memastikan jaminan QoS tepat 00%, misalnya untuk pesan multimedia.

6 Klasifikasi Jaringan Cara penting mengklasifikasi jaringan:. Berbasis ukuran Body Area Networks (BAN) Personal Area Networks (PAN) Local Area Networks (LAN) Wide Area Networks (WAN) 2. Berbasis teknologi Ethernet Networks Wireless Networks Cellular Networks

7 Klasifikasi Jaringan: BAN & PAN Body Area Networks (BAN): Perangkat membentuk unit wearable computing Beberapa Body Sensor Units (BSUs) berkomunikasi dengan Body Central Unit (BCU) Khas, networking low-cost dan low-energy. Personal Area Networks (PAN): PAN menghubungi berbagai perangkat digital yang dimiliki oleh seorang pengguna (mobile phone, tablet, camera) Networking Low-cost dan low-energy Mis. Bluetooth

8 Klasifikasi Jaringan: LAN Beberapa komputer dikoneksikan oleh satu medium komunikasi Mis. twisted copper wire, optical fiber Data-transfer-rate tinggi dan latency rendah LAN terdiri dari:. Segment Biasanya di dalam suatu departemen/lantai gedung Bandwidth dishare, tidak perlu routing. 2. Local Networks Melayani kampus/gedung kantor Banyak segmen dikoneksikan dengan switch/hub Khas, mewakili jaringan di dalam suatu organisasi

9 Klasifikasi Jaringan: WAN Biasanya meliputi area yang lebih luas (kota, negara,...) Terdiri dari banyak jaringan berbeda organisasi /institusi Lalu-lintas dirutekan dari satu organisasi ke lainnya Banyak Router Bandwidth dan delay Bervariasi Lebih buruk daripada LAN WAN paling besar = Internet

10 Rangkuman Jaringan (Berdasarkan Ukuran) Satu link Point-to-point Satu Segment Jaringan dari jaringan Satu jaringan

11 Tipe Jaringan Berdasarkan Teknologi Ethernet Networks Sebagian besar digunakan dalam Internet berkabel (wire) Wireless LANs Terutama dirancang untuk menyediakan akses nirkabel (wireless) ke Internet Rentang rendah (00 meter), bandwidth tinggi Cellular networks (2G/3G) Awalnya dirancang untuk membawa suara Rentang besar (beberapa km) Bandwidth rendah

12 Kinerja Berbagai Tipe Jaringan Network Contoh Rentang Bandwidth (Mbps) Wired LAN Ethernet -2 km 0 0,000 0 Latency (ms) Wired WAN Internet Sedunia Wireless PAN Bluetooth 0 30 m Wireless LAN WiFi km Cellular 2G GSM 00m 20 km Modern Cellular 3G 5 km

13 Prinsip Networking Protokol Jaringan Transmisi Paket Jaringan terbagi dalam banyak layer Physical layer Data-link layer Network layer dan routing Transport layer dan kendali kongesti

14 Protokol Jaringan Jika dua entitas ingin berkomunikasi pada suatu jaringan, diperlukan persetujuan yang telah didefinisikan Berapa bit harus digunakan untuk menandakan bit 0 atau bit? Bagaimana receiver mengetahui bit terakhir dalam pesan? Bagaimana receiver dapat mendeteksi jika pesan rusak? Protokol adalah himpunan aturan dan format well-known untuk digunakan selama komunikasi antar entitas Standarisasi himpunan protokol well-known ini mendukung komunikasi antar entitas heterogen

15 Transmisi Paket Messages dipecah ke dalam packet-paket Paket adalah satuan data yang ditransmisikan antara asal dan tujuan Paket dapat berubah-ubah panjangnya Ukuran maksimum paket dikenal sebagai Maximum Transmission Unit (MTU) MTU mencegah suatu host mengirimkan message terlalu panjang Setiap paket mempunyai dua field utama Header: berisi informasi meta mengenai paket Mis. Panjang paket, ID receiver Data Header Data

16 Layer Jaringan Software jaringan diatur ke dalam hirarki layer Protokol dalam satu layer mengerjakan satu fungsi khusus (tertentu) Layering merupakan rancangan scalable & modular bagi suatu software kompleks Fungsi khusus dalam software jaringan: Fungsi Mengirimkan bit-bit ke media transmisi Layer Physical Src Mengkoordinasi pengiriman antar host yang langsung terhubung (LAN) Merutekan paket melalui jaringan lanjutan (WAN) Data link Network Dest Menangani messages bukan paket antara proses sender dan receiver Transport Mesin Tujuan Memenuhi persyaratan komunikasi untuk aplikasi tertentu Application P P2 P3

17 Model Referensi OSI Model referensi Open Systems Interconnection (OSI) Model networking berlapis yang distandardkan oleh ISO Model ini mengidentifikasi 7 layer & fungsinya. Fungsionalitas Layer Contoh Protokol Memenuhi persyaratan komunikasi bagi aplikasi khusus Mengirimkan data dalam representasi jaringan yang tak bergantung dari representasi dalam komputer pengguna Mendukung reliability dan adaptasi, seperti deteksi kegagalan dan pemulihan otomatis Menangani message - bukan paket - antara proses sender dan receiver Application Presentation Session Transport HTTP, FTP CORBA data representation SIP TCP, UDP Merutekan paket melalui jaringan lanjutan Network IP, ATM Mengkoordinasikan pengiriman antar host yang secara langsung terhubung ke medium bersama Data-link Ethernet MAC Mengirimkan bit-bit ke medium transmisi Physical Ethernet

18 Enkapsulasi Paket Enkapsulasi adalah teknik membungkus dan membuka paket data dalam suatu arsitektur ber-layer. Source machine Application Layer Destination machine Application Layer Network Layer Network Layer Physical Layer Physical Layer

19 Layer akan dibahas hari ini.... Physical layer 2. Data-link layer 3. Network layer 4. Transport layer

20 Layer akan dibahas hari ini.... Physical layer 2. Data-link layer 3. Network layer 4. Transport layer

21 Physical Layer Protokol physical layer mengirimkan serangkaian bitbit ke suatu medium transmisi Mengubah bit-bit ke dalam sinyal yang dapat dikirimkan ke medium Medium Transmisi Twisted-pair (Ethernet cable) Fiber Optic Circuits Wireless channel Tipe sinyal yang dikirimkan Electrical signal Light signal Electro-magnetic signal Data-link layer protocol Bits A physical layer protocol Signal Transmission Medium

22 Layer akan dibahas hari ini.... Physical layer 2. Data-link layer 3. Network layer 4. Transport layer

23 Data-link Layer Protokol dalam data-link layer memastikan bahwa paket dihantarkan dari satu host ke lainnya dalam jaringan lokal Protokol data-link layer menyediakan dua fungsi utama: Bagaimana melakukan koordinasi antar transmitter (pemancar) sehingga paket diterima dengan sukses? Koordinasi Bagaimana mengidentifikasi host lain pada jaringan lokal? Pengalamatan di jaringan lokal

24 Koordinasi pada Data-link Layer Suatu paket tidak berhasil diterima di receiver jika sender mengirimkan data pada saat transmisi pengirim lain sedang aktif. Paket dikatakan mengalami tabrakan (collision) jika tidak berhasil diterima di penerima Tabrakan dihindari dengan merasakan medium sebelum transmisi

25 Pengalamatan pada Jaringan Lokal Setiap perangkap yang terkoneksi ke jaringan mempuyai suatu alamat unik bernama Medium Access Control (MAC) address MAC address panjangnya 6 byte Pendekatan: Mis. 2A:D4:AB:FD:EF:8D Data-link layer men-broadcast paket ke medium Receiver membaca header paket dan memeriksa apakah paket ditujukan kepadanya

26 Ilustrasi Kerja Switch

27 Layer akan dibahas hari ini.... Physical layer 2. Data-link layer 3. Network layer 4. Transport layer

28 Network Layer Protokol network layer mengerjakan peran routing Protokol network layer memastikan bahwa paket dirutekan dari mesin asal ke mesin tujuan Paket dapat melintasi LAN-LAN berbeda untuk mencapai tujuan Internet Protocol (IP): protokol network layer yang luas digunakan. IP Address biasanya digunakan untuk mengidentifikasi mesin. Destination Router Source

29 Router Perangkat yang meneruskan paket melintasi beberapa jaringan Router dikoneksikan ke dua atau lebih jaringan Setiap network interface dihubungkan ke LAN atau host Paket berjalan sampai network layer pada router Source machine Router Dest machine A Router Application Application LAN- Int- Int-2 Int-3 LAN-3 Transport Transport Network Network Network Data-link Data-link Data-link LAN-2 Physical Physical Physical

30 Algoritma Routing Paket harus dikirimkan dalam serangkaian hop (lompatan) melewati beberapa router Rangkaian hop yang ditempuh oleh suatu paket dikenal sebagai route Algoritma Routing bertanggungjawab menentukan rute pengiriman paket Tantangan perancangan algoritma routing di Internet: Kinerja: Lalu lintas di jaringan yang berbeda bervariasi Kegagalan router: Router di Internet mungkin gagal R2 S R R4 D R4

31 Algoritma Routing (lanj.) Algoritma routing mempunyai dua aktifitas. Menentukan next-hop yang akan ditempuh setiap paket Algoritmanya harus cepat dan efisien 2. Secara dinamis mengupdate informasi koneksi dan rute Menjaga pengetahuan jaringan dengan memantau router dan trafik Aktifitas tersebut terdistribusi di seluruh jaringan Keputusan routing dibuat berbasis hop-by-hop Informasi mengenai kemungkinan next-hop router disimpan di lokal Informasi diupdate secara berkala Salah satunya: Distance Vector Algorithm

32 Algoritma Distance Vector Distance Vector (DV) menggunakan algoritma teori graf untuk menemukan rute terbaik dalam jaringan Menggunakan algoritma jalur terpendek Bellman-Ford Dua aktifitas pada algoritma routing DV:. Penentuan next-hop terbaik pada setiap router 2. Secara dinamis mengupdate informasi koneksi pada semua router

33 Algoritma Distance Vector Penentuan Next-hop Setiap router memelihara table routing yang berisi: Destination: IP address tujuan paket Link: link keluar kemana paket akan diteruskan Cost: jarak (distance) antara router dan next-hop Mis. Biaya diperkirakan sebagai delay bagi paket untuk mencapai next-hop Router membaca tabel untuk menentukan next-hop terbaik Tabel routing pada router A To Link Cost Hosts or local networks Routers A B local 0 A B C D Links E 2 D

34 Tabel Routing dari Scenario Contoh A B E D C Routers Hosts or local networks Links Routings from A Routings from B Routings from C To Link Cost To Link Cost To Link Cost A B C D E local A B C D E local A B C D E 2 2 local Routings from D Routings from E To Link Cost To Link Cost A B C D E local A B C D E local 2 0

35 Algoritma Distance Vector Update Informasi Koneksi Koneksifitas diupdate melalui pertukaran tabel routing. Router Information Protocol (RIP) digunakan untuk mengirimkan pesan update. Kirim tabel routing ke router tetangga Secara berkala atau ketika tabel lokal berubah 2. Ketika tabel routing tetangga diterima: Kasus Jika tabel routing yang diterima Update tabel routing lokal Ada tujuan baru yang tidak ada dalam tabel routing lokal 2 Ada rute dengan biaya lebih baik ke tujuan dalam tabel routing lokal Update Cost & Link Update Cost 3 Ada informasi yang lebih baru Update Cost & Link

36 Pseudocode RIP Send: Setiap t detik atau ketika Tl berubah, kirim Tl pada setiap link keluar tidak-rusak Receive: Kapanpun tabel routing Tr diterima pada link n: for all rows Rr in Tr { if (Rr.link!= n) { Rr.cost = Rr.cost + ; // Update cost Rr.link = n; // Update next-hop if (Rr.destination is not in Tl) { add Rr to Tl; // tambahkan tujuan baru ke Tl Kasus } else for all rows Rl in Tl { if (Rr.destination = Rl.destination) { Kasus 2 // Rr.cost < Rl.cost : remote node punya rute lebih baik // Rl.link = n : Informasi lebih baru Kasus 3 if (Rr.cost < Rl.cost OR Rl.link = n) { Rl = Rr; } } } } } A D B E 2 5 C Routing table at router A To Link Cost A D Tl at A local 3 C 3 3 Tr A from B on link n= Routing table of router B To Link Cost A B local 0 C 2 0

37 Rangkuman: Routing Internet Setiap mesin di Internet diidentifikasi oleh suatu IP Address Mesin asal mengirimkan paket melalui jaringan lokalnya Router lanjutan (perantara) memeriksa paket, dan meneruskannya ke router next-hop terbaik Jika tujuan langsung terhubung ke jaringan lokal dari router, router meneruskan paket melalui jaringan lokal tersebut Router saling bertukar informasi untuk menjaga informasi yang up-to-date tentang jaringan. Source Destination

38 Layer akan dibahas hari ini.... Physical layer 2. Data-link layer 3. Network layer 4. Transport layer

39 Transport Layer Protokol transport layer menyediakan komunikasi end-to-end bagi aplikasi Merupakan layer paling rendah untuk pengananan message (bukan packet). Message ditujukan kepada port komunikasi yang melekat pada proses tersebut Transport layer me-multiplexes setiap paket yang diterima ke portnya Mesin Tujuan masing-masing. P P2 P3 Transport layer protocol Network layer protocol

40 Protokol Transport Layer Sederhana Protokol transport sederhana menyediakan layanan berikut. Layanan Multiplexing 2. Komunikasi connection-less: proses sender & receiver tidak memulai koneksi sebelum pengiriman message Setiap message dibungkus dalam paket (dikenal juga datagram) Message pada receiver dapat berbeda urutannya dengan saat dikirimkan oleh sender Mis. User Datagram Protocol (UDP) Source machine Destination machine P P P3 P P2 P3 UDP protocol UDP protocol

41 Transport Control Protocol (TCP) Protokol lapisan transport lanjut yang (biasanya) menyediakan layanan lebih dari multiplexing sederhana Transmission Control Protocol (TCP) adalah protokol yang digunakan secara luas dan menyediakan tiga layanan tambahan:. Komunikasi berorientasi koneksi 2. Keandalan (Reliability) 3. Kendali kemacetan (Congestion)

42 . Komunikasi Berorientasi Koneksi Sender dan receiver akan berjabat-tangan sebelum pengiriman message Jabat-tangan akan mensetup parameter koneksi & alokasi sumber daya pada tujuan (penerima) paket Penerima menerima pesan & menatanya sesuai in-order delivery Penerima membuffer paket sampai paket sebelumnya diterima Menyampaikan paket ke proses atau layer lanjutan sesuai urutan pengiriman oleh mengirim Mesin Asal Mesin Tujuan P P P3 P P2 P3 TCP protocol Akankah saya kirim? OK. Mulai kirim TCP protocol

43 2. Reliability Paket dapat hilang dalam jaringan karena buffer overflow pada router atau error transmisi Dalam TCP, penerima mengirimkan suatu ACK kepada pengirim Jika ACK tidak diterima oleh pengirim, pengirim akan menyimpulkan error paket, dan mengirim-ulang paket tersebut

44 3. Kendali Kemacetan Kapasitas jaringan dibatasi oleh link komunikasi individu dan router Ruang buffer dan link-bandwith yang terbatas. Apa yang terjadi jika pengirim (asal) mengirimkan paket pada rate lebih besar dari kapasitas jaringan? Paket di-drop pada router lanjutan. ACK tidak ada di pengirim Pengirim memancarkan ulang paket tersebut Akibat: lebih banyak paket di antrian router Jaringan kolaps (macet total)

45 3. Kendali Kemacetan (lanj.) Untuk menghindari kemacetan, diadopsi dua fungsi:. Deteksi kemacetan pada router: Jika router memperkirakan akan buffer overflow, harus ikut satu dari dua strategi: Drop paket di router. Pengirim akan mengatur ulang setelah mengalami kehilangan packet. Kirim suatu paket Explicit Congestion Notification (ECN) kepada pengirim. 2. Mengatur masukan pada pengirim: Jika TCP-sender memperkirakan macet (mis. Ia menerima paket ECN), maka pengirim mengurangi kecepatan pengirimannya.

46 Network dalam Sister Persoalan Networking Performance Scalability Reliability Ulasan pada rancangan Sistem Terdistribusi Mempengaruhi latency dan datatransfer-rate dari message. Ukuran Internet meningkat. Trafik lebih besar di masa depan Deteksi error komunikasi & pemeriksaan error pada application layer. Faktor-faktor Networking Bandwidth LAN, trafik LAN, routing delay Kendali kemacetan, waktu pencarian tabel routing Paket di-drop di router, tabrakan paket Security Install firewall. Pasang modul otentikasi, privasi & keamanan end-to-end. Konfigurasi salah dari router & gateway Mobility Quality-ofservice Perkirakan koneksi terputus-putus untuk perangkat mobile. Internet upaya terbaik. Sulit untuk memastikan jaminan QoS yang ketat, mis. Untuk pesan multimedia. Kegagalan rute, bandwitch kecil dari LAN nirkabel Router delay, kemacetan, kegagalan rute, trafik LAN.

47 Pertemuan Berikutnya... Mempelajari komunikasi antar proses (Interprocess Communication) dalam sistem terdistribusi Mencoba IPC melalui Socket API dan Remote Invocations (permintaan jarak jauh) Menganalisa konsep dan middleware yang mendukung komunikasi berorientasi pesan (Message-oriented Communication)

48 Referensi ting-times-queue-jumping/