ANALISIS UNJUK KERJA METODE ANTRIAN PADA JARINGAN WAN MENGGUNAKAN SIMULATOR OPNET PERFORMANCE ANALYSIS of QUEUING METHODS in WAN using OPNET SIMULATOR

Transkripsi

1 ANALISIS UNJUK KERJA METODE ANTRIAN PADA JARINGAN WAN MENGGUNAKAN SIMULATOR OPNET PERFORMANCE ANALYSIS of QUEUING METHODS in WAN using OPNET SIMULATOR Tresna Soaduon Mulatua, Yan Maraden Departemen Teknik Elektro Universitas Indonesia, Depok, Jawa Barat ABSTRAK Jaringan bisa menjadi sibuk karena banyaknya antrian paket akibat dari bottleneck, dan dibutuhkan suatu metode untuk mengaturnya. Pembahasan tentang perancangan dan kinerja dari bermacam-macam metode antrian menggunakan perangkat lunak OPNET Modeler 14.5, antara lain First In First Out (FIFO), Priority Queue (PQ), Weighted Fair Queue (WFQ), Custom Queue (CQ), dan Modified Weighted Round Robin (MWRR) pada jaringan WAN. Rancangan dibuat 2 skenario rancangan pengujian yaitu : kondisi jaringan dengan beban 75% dan dengan kondisi jaringan beban 100% pada jalur WAN DS1. Analisa yang dilakukan, didapatkan hasil pada aplikasi FTP untuk skenario 75% dan100% beban metode yang mempunyai hasil response time untuk proses download dan upload terkecil adalah metode Custom Queue (CQ). Hasil delay mendekati standar ITU pada aplikasi video conference juga didapatkan saat menggunakan metode Custom Queue (CQ) pada kedua skenarionya dengan nilai 152 msec. Aplikasi VoIP mempunyai jitter terkecil pada skenario 75% dihasilkan saat menggunakan metode PQ, dan saat skenario 100% beban dihasilkan saat menggunakan metode WFQ, delay terkecil pada kedua skenario beban dihasilkan oleh metode WFQ dengan nilai 250 msec. Kata Kunci : Queue, WAN, OSPF, Opnet.

2 ABSTRACT Network can have a congestion state because so many packet in a queue line of bottleneck and need a method to arrange the traffic. This thesis analyzing about performance and implementation from many queue methods using OPNET Modeler 14.5 such as, First In First Out (FIFO), Priority Queue (PQ), Weighted Fair Queue (WFQ), Custom Queue (CQ), and Modified Weighted Round Robin (MWRR) in WAN network. The testing design for this thesis will be using 2 scenarios, which are : a condition with 75% background load and a condition with a heavier background load 100% in DS1 WAN link. The result from analyzing network, FTP application for 75% and 100 % network load, method that have the lowest delay for download response time and upload response time was custom queue (CQ) method. Result for the lowest delay for video conference application and the most closer to the ITU standard is also from custom queue method for both scenario with 152 msec. VoIP application for 75% network load have the most least jitter using priority queuing (PQ) method, and for 100% network load the most least jitter was using weighted fair queuing (WFQ) method. And the least delay for both scenarios was result by weighted fair queuing (WFQ) method at 250 msec. Keyword : Queue, WAN, OSPF, Opnet. 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Belakangan ini dunia jaringan berkembang sangat cepat, membuat aplikasi yang biasa dipakai dalam sehari hari juga mengalami perkembangan yang cepat. Paket data yang dikirim dalam jaringan semakin lama semakin besar dan banyak. Paket data yang dikirim sering kali membuat jalur data yang dipakai menjadi sibuk atau bahkan penuh. Aplikasi seperti VoIP (Voice over Internet Protokol), atau Video conference adalah salah satu contoh aplikasi yang sering membuat jalur data pada jaringan menjadi sibuk. Waktu atau response time menjadi salah satu kata kunci yang sangat penting untuk menilai baik atau tidaknya jaringan dalam mengatur paket paket yang lalu lalang[3]. Untuk mengatasi masalah tersebut maka dibuatlah suatu metode antrian untuk menentukan paket yang lewat agar tidak terjadi penumpukan pada sebuah jaringan atau sering disebut dengan metode queue (queue discipline). Pada kesempatan ini akan dicoba untuk membahas kelima metode antrian yang akan di bandingkan terhadap ketiga aplikasi yang digunakan seperti FTP, video conference, dan VoIP saat jaringan mempunyai keadaan beban 75% dan 100%.

3 1.2 Tujuan Penulisan Tujuan dari skrispi ini adalah untuk menunjukkan cara kerja dan peran penting dari metode antrian dalam mengatur paket paket data yang dihasilkan dari tiga aplikasi seperti FTP, video conference, dan VoIP dalam jaringan WAN menggunakan perangkat lunak OPNET Modeler Aplikasi yang akan digunakan lalu pada skripsi ini juga akan dilakukan perbandingan kelima metode antrian terhadap kondisi jaringan lalu lintas data yang mengalami keadaan congestion terbagi menjadi dua skenario. Kondisi pertama adalah beban jaringan sebesar 75% dan yang kedua adalah kondisi dengan beban jaringan 100%. Parameter yang digunakan untuk perbandingan antara lain seperti jitter, end to end delay, download response time, dan upload response time. 1.3 Batasan Masalah Dalam skripsi ini terdapat beberapa batasan masalah, yaitu : 1. Pengambilan data dilakukan pada jaringan kecil dengan menggunakan software simulasi OPNET Modeler Tujuan utama skripsi ini melihat apa yang terjadi dalam skenario dengan paket paket yang dikirimkan dalam keadaan bandwidth yang mencapai beban 75% dan 100%, dan setiap skenario diimplementasikan metode antrian yang berbeda. 3. Data diambil dari 3 aplikasi yaitu FTP,Video conference, dan VoIP dengan membaca grafik output setelah simulator dijalankan dan dengan parameter acuan yang telah ditentukan 2. TINJAUAN TEORITIS 2.1 Metode Antrian Banyak masalah yang dihadapi pada jaringan yang berhubungan dengan terbatasnya memory buffer dan bandwidth. Metode antrian memungkinkan untuk mengatur akses jumlah paket yang akan dikirimkan dalam jalur data, sehingga meminimalisir terjadinya congestion. Congestion pada lalu lintas data dapat terjadi ketika paket yang sampai pada output port lebih cepat daripada kemampuan port tersebut mentransmisikannya[3]. Congestion tersebut akan mengakibatkan delay, besarnya nilai waktu delay bisa sangat bervariasi mulai dari waktu router mengirimkan paket terakhir di output port sampai dengan tibanya paket tersebut di tujuan yang

4 tidak bisa prediksi secara nyata, ketika nilai delay tersebut mencapai batas maksimal waktu transmisi, maka paket tersebut bisa di drop oleh router karena buffer yang sudah mencapai batasnya[2][3][4]. Sangat penting untuk router agar mempunyai suatu metode untuk meminimalisir jumlah paket yang mengalami congestion di jaringan, karena congestion akan berdampak pada kuantitas paket atau throughput, meningkatkan waktu packet end to end delay, jitter, dan dapat berdampak pada meningkatnya paket yang dibuang oleh router karena sudah terlalu menumpuknya paket di memory buffer[1]. 2.2 First In First Out (FIFO) First in first out (FIFO) queuing adalah suatu metode antrian yang paling dasar dan paling banyak digunakan[4]. Dalam FIFO antrian semua paket dianggap sama satu derajat kedudukanya, paket yang datang tersebut dibariskan dalam satu barisan antrian. Paket yang datang tersebut diberikan servis berdasarkan urutan mereka tiba dalam antrian. FIFO queue sering disebut juga sebagai First-come, first-served (FCFS) queuing[3]. 2.3 Weighted Fair Queuing (WFQ) WFQ adalah metode yang diciptakan untuk mengatasi kerterbatasan dari Fair Queue (FQ). WFQ merupakan metode yang dibuat untuk memastikan high priority paket tidak akan mengambil bagian dari bandwidth yang yang telah ditentukan ketika paket tersebut telah melampaui batas alokasi bandwidth yang diberikan dan mengambil bagian dari bandwidth low priority paket. Dengan cara ini WFQ dapat mengatur antrian paket dengan panjang yang berbedabeda atau yang sering disebut dengan variable-length paket. Tetapi dengan adanya fitur ini dapat mengakibatkan proses perhitungan algoritma yang semakin rumit dan membebani kerja dari processor. 2.4 Custom Queuing (CQ) Custom Queuing bekerja dengan cara membuat suatu batasan tersendiri (reserved) bandwidth yang tersedia di suatu interface. Bandwidth tersebut dipasangkan dengan masing masing tipe traffic yang ada. Jika ada satu jenis traffic yang tidak menggunakan bandwidth

5 bagiannya maka jenis traffic data yang lain boleh menggunakannya. CQ dapat dikonfigurasi agar paket data yang sangat penting memiliki presentase jumlah bandwidth yang mencukupi dari total jumlah bandwidth interface, dengan juga memastikan jenis traffic paket data yang lain mendapatkan throughput yang baik. 2.5 Priority Queuing (PQ) Priority Queuing (PQ) adalah suatu jenis metode pengaturan paket yang cukup sederhana. Paket pertama-tama akan dibagi bagi menjadi beberapa kelas prioritas lalu paket paket tersebut akan dimasukan dalam antrian menurut baris kelas prioritas[1]. Setelah paket tersebut dibariskan menurut kelasnya masing masing, lalu paket tersebut akan diatur menurut FIFO queue. 2.6 Modified Weighted Round Robin (MWRR) Weighted Round Robin adalah dasar dari metode queue berbasis class yang didesain untuk mengatasi keterbatasan dari Fair Queue (FQ) dan Priority Queue (PQ). Dalam antrian metode antrian MWRR, paket pertama akan dikelompokkan berdasarkan beberapa kelas (contoh, realtime, interactive, dan file transfer) yang kemudian paket paket tersebut dimasukkan kedalam antrian yang telah ditentukan sesuai kelas masing masing. Setiap paket akan dilayani dengan metode round- robin order yang dimana setiap antrian yang kosong akan di skipped tidak termasuk dalam perhitungan. 3. METODE PENELITIAN Simulasi menggunakan software simulator OPNET MODELER 14.5, dimana terdapat beberapa skenario yang terbagi menjadi dua bagian dengan keperluan pengambilan data untuk menguji performa kualitas metode antrian yang paling baik untuk aplikasi FTP, video conference, VoIP pada jaringan 75% dan 100 % beban.

6 Proses Instalasi komponen jaringan Konfigurasi jaringan sesuai rancangan topologi Menjalankan aplikasi yang akan diuji Mengumpulkan hasil kelima metode antrian Analisa data dari setiap skenario Gambar 3.1 Alur pengambilan data Gambar 3.2 Topologi Jaringan Gambar 3.2 menunjukkan topologi sebuah jaringan yang terdiri dari 5 router, 1 switch, 5 workstation, dan 1 server. FTP_Client akan mencoba untuk mendownload data yang ada pada FTP_Server, Video_Client juga akan mengakses Video_Server yang ada pada sebelah kanan, begitu pula dengan VoIP_Client1 akan mencoba melakukan koneksi telepon dengan VoIP_Client2 yang ada pada sebelah kanan gambar.

7 3.1 Skenario dan Parameter Aplikasi Terdapat dua skenario yang akan dijalankan untuk melihat performa metode antrian bekerja dalam jaringan sesuai keadaan keadaan yang telah ditentukan. Setiap skenario akan dicoba dengan menggunakan lima metode antrian, Untuk setiap skenario, data yang akan diambil merupakan data yang dihasilkan oleh setiap client ketika data tersebut melalui jalur yang terhubung antara Router_Depok menuju Provider_core1. Setiap data yang dikirim akan dilihat data grafik dan statistik dari parameter setiap aplikasi dari simulasi yang telah dijalankan. Parameter yang akan di analisa antara lain: Tabel 3.4 Tabel parameter aplikasi Aplikasi Parameter FTP Download response time (sec) Upload response time (sec) Video Packet End-to-End Conference Delay (sec) VoIP Jitter (sec) Packet End-to-End Delay (sec) 3.2 Aplikasi FTP FTP merupakan aplikasi yang non real time (NRT), aplikasi jenis ini tidak bergantung atau tidak sensitif terhadap waktu. Traffic data yang dihasilkan dari aplikasi non real time dapat dimasukkan dalam jenis pelayanan best effort traffic. Artinya adalah jenis traffic dari aplikasi ini akan ditransmisikan dengan pelayan yang seadanya. Best effort mempunyai nilai integer terendah (0) dalam atribut Type of Service pada IP header sebagai penentu prioritas.

8 Tabel 3.1 Tabel pengaturan atribut aplikasi FTP Attribute Command Mix (Get/Total) Inter-Request Time (second) File Size (bytes) Symbolic Server Name Type of Service Value 50% Constant (60) Constant (10000) FTP Server Best Effort (0) Pada Tabel 3.2 dapat melihat atribut yang akan dikonfigurasi pada aplikasi FTP. FTP yang berjalan dalam setiap skenario akan menggunakan pengaturan yang sama. Setiap dari aplikasi FTP akan melakukan proses 50% download dan 50% upload data ke server setiap 60 second secara terus menerus sampai waktu simulasi habis, dan besarnya file size diproses adalah 10KB. 3.3 Aplikasi Video Conference Aplikasi video conference merupakan aplikasi yang real time. Aplikasi yang real time sangat bergantung dan sensitif terhadap waktu. Pengguna aplikasi real time akan merasa terganggu jika persyaratan batas waktu (delay) yang dilanggar. Pada aplikasi video conference akan dikonfigurasi sama untuk setiap skenario. Pada setiap skenario video conference akan menghasilkan tampilan dengan kualitas sebesar 10 frames/sec (fps). Kualitas video yang dihasilkan dengan besar 128 x 120 pixels. Jenis prioritas (Type of Service) dalam aplikasi ini akan menggunakan streaming multimedia. Prioritas untuk jenis ini jauh lebih baik dari best effort aplikasi FTP. Prioritas untuk video conference mempunyai nilai integer 128 dalam IP header sebagai nilai untuk penunjuk prioritas.

9 Tabel 3.2 Tabel pengaturan atribut aplikasi Video Attribute Frame Interrival Time Information Frame Size Information (bytes) Symbolic Destionation Name Type of Service Value 10 frame/sec 128x120 pixels Video Destination Streaming Multimedia (4) 3.4 Aplikasi VoIP Aplikasi VoIP juga merupakan jenis aplikasi yang real time. Jenis aplikasi ini bergantung pada waktu. Untuk menjaga kenyamanan pengguna, jaringan yang digunakan untuk aplikasi ini harus menjaga agar nilai jitter dan delay memenuhi standar QoS yang dibutuhkan. Tabel 3.3 Tabel pengaturan atribut aplikasi VoIP Attribute Value Encoder Scheme G.711 Voice Frame per Packet 10 Symbolic Destionation Name Voice Destination Type of Service Streaming Multimedia (4) Untuk aplikasi VoIP pada skripsi ini, digunakan skema codec G.711. Prioritas yang digunakan untuk aplikasi VoIP adalah yang tertinggi di skripsi ini. Pada atribut Type of Service, VoIP menggunakan prioritas dengan nilai integer 192 dalam IP header sebagai nilai untuk menentukan prioritas.

10 Nilai integer yang telah ditentukan pada aplikasi FTP, Video conference dan VoIP akan mempengaruhi pelayanan (prioritas) paket data yang dihasilkan dalam setiap antrian (queue) yang terjadi. Kelima metode antrian pada setiap skenario akan membaca bagian header IP paket untuk melihat Type of Service (ToS) dan memberikan pelayanan yang sesuai dengan tingkat prioritas mereka. Nilai integer 0 adalah yang terendah sedangkan 255 adalah yang tertinggi. 4. PEMBAHASAN 4.1 Analisa Aplikasi FTP Pada aplikasi FTP, akan dianalisa dua parameter penting untuk menentukan baik tidaknya metode antrian yang akan diimplementasikan dalam jaringan. Parameter tersebut adalah download response time dan upload response time. Perbandingan pada Gambar 4.1 menggambarkan hasil kelima metode antrian untuk parameter download response time pada aplikasi FTP. Response Time FTP Download Response Time Simula/on Time Gambar 4.1 Donwload response time FTP Aplikasi FTP untuk parameter download response time yang mempunyai waktu terlama dalam melakukan proses download dihasilkan oleh metode FIFO yang digambarkan oleh garis

11 berwarna biru, sedangkan untuk waktu tercepat download response time dihasilkan oleh metode CQ yang digambarkan dengan garis berwarna kuning. Gambar 4.1 dan Gambar 4.2 tidak mempunyai garis hasil dari metode PQ, karena seperti yang telah dibahas sebelumnya metode PQ untuk aplikasi FTP tidak mempunyai kesempatan dalam mengirimkan data, sehingga baik untuk parameter download response time ataupun upload response time tidak menghasilkan hasil sama sekali. Hasil pada aplikasi FTP untuk parameter upload response time yang mempunyai waktu terlama dalam melakukan proses upload dihasilkan oleh metode FIFO yang digambarkan oleh garis berwarna biru, sedangkan untuk waktu tercepat upload response time dihasilkan oleh metode CQ yang digambarkan dengan garis berwarna kuning. Gambar 4.2 memperlihatkan gambar grafik untuk parameter upload response time terhadap kelima metode antrian. Response Time FTP Upload Response Time Simula/on Time Gambar 4.2 Upload response time FTP 4.2 Analisa Aplikasi Video Conference Aplikasi video conference mempunyai hasil delay yang terbesar saat aplikasi berjalan pada jaringan dengan metode WFQ dan MWRR yang digambarkan dengan garis berwarna ungu dan merah.

12 Gambar 4.3 dapat dilihat hasil perbandingan aplikasi video conference terhadap lima metode antrian. Hasil delay terkecil dihasilkan saat jaringan menggunakan metode antrian CQ seperti yang digambarkan oleh garis berwarna kuning. Metode CQ menghasilkan nilai yang sama untuk kedua skenarionya, kedua skenario mempunyai delay total sebesar 0,15 second atau 150 msec. Kedua skenario yang dijalankan oleh metode CQ, hasil parameter packet end-to-end delay dari metode CQ mempunyai hasil yang memenuhi standard ITU sebesar 150 msec[12]. Video Conference Delay Delay Time Simula/on Time Gambar 4.3 Packet end to end delay video 4.3 Analisa Aplikasi VoIP Aplikasi VoIP pada parameter jitter dengan waktu terkecil pada skenario beban 75% dihasilkan oleh metode PQ seperti yang digambarkan pada Gambar 4.4 dengan garis warna hijau. Parameter jitter dengan nilai terkecil pada 100% beban jaringan dihasilkan oleh metode WFQ yang digambarkan garis merah. Parameter delay pada Gambar 4.5 yang terkecil pada aplikasi VoIP pada kedua skenario dihasilkan oleh metode antrian WFQ.

13 Delay TIme Simula/on Time Gambar 4.4 Jitter VoIP 6 VoIP Delay 5 Delay Time Simula/on Time Gambar 4.5 Packet end to end delay VoIP

14 Untuk hasil terbaik pada skenario 75% beban, metode yang mempunyai waktu parameter jitter terkecil adalah metode PQ dengan waktu delay 4,2 µs. Metode PQ dan FIFO tidak mempunyai data untuk parameter jitter untuk skenario 100% beban. Hal ini dapat disebabkan karena pada metode PQ mempunyai cara kerja yang terfokus pada satu barisan antrian sebelum berpindah ke barisan antrian lainya, sedangkan untuk metode FIFO dikarenakan metode FIFO bekerja dengan cara satu baris antrian yang terbagi dengan kedua aplikasi lainya dan aplikasi yang mempunyai throughput terbesar yaitu aplikasi Video memakai hampir semua kapasitas yang tersedia. Untuk parameter jitter hasil terbaik pada skenario 100% beban, metode yang mempunyai waktu terkecil adalah metode WFQ dengan rata-rata waktu jitter 5,6 µs. Metode WFQ mempunyai waktu yang cukup baik untuk jitter yang dihasilkan di kedua skenario ini yaitu 20 µs untuk skenario 75% dan 5,6 µs pada skenario 100% beban. 5. KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan Berdasaran pembahasan dan hasil analisis dari pembahasan sebelumnya, maka dapat ditarik kesimpulan, yaitu : 1. Aplikasi FTP mempunyai hasil yang baik saat jaringan dengan beban 75% dan beban 100% dengan menggunakan metode custom queue (CQ). Metode custom queue menghasilkan rentang waktu untuk download antara 0,5 second sampai 0,6 second pada skenario 75% dan 100 % beban. Upload diantara 0,5 sampai 0,7 second pada skenario 75% beban dan 0,5 sampai 0,6 second pada skenario 100% beban. 2. Aplikasi video conference dengan skenario jaringan 75% dan 100% beban, menghasilkan waktu terbaik dengan metode custom queue (CQ). Metode CQ mempunyai nilai untuk kedua skenario delay sebesar 0,15 second atau 150 msec. Hasil parameter packet end-toend delay dari metode CQ mempunyai hasil yang memenuhi standard ITU sebesar 150 msec[12]. 3. Pada skenario keadaan jaringan dengan beban 75%, metode PQ mempunyai waktu terkecil jitter yaitu sebesar 4,2 µs. Tetapi metode PQ tidak mempunyai nilai saat jaringan dengan beban 100%. Hasil terbaik untuk beban 100% dihasilkan oleh metode WFQ

15 dengan jitter sebesar 5,6 µs. Sedangkan untuk hasil packet end-to-end delay pada kelima metode tidak ada hasil yang memenuhi standar delay kurang dari 100 msec[12]. Hasil yang paling mendekati batas maksimum delay untuk kedua skenario juga dihasilkan oleh metode WFQ yaitu pada angka 250 msec. Tetapi hasil ini masih 150% lebih besar dari standar. 5.2 Saran Dalam penelitian selanjutnya dapat dilakukan dengan menggunakan metode antrian yang terdapat pada layer data link yaitu protokol seperti MPLS. Metode ini merupakan salah satu metode terbaru untuk memberikan prioritas pada paket data yang ada pada jaringan WAN. 6. KEPUSTAKAAN [1] Chuck Semeria, Juniper Networks 2001, Supporting Differentiated Service Classes: Queue Scheduling Disciplines. [2] Mitko Gospodinov, The Affects of Different Queuing Disciplines over FTP, Video and VoIP Performance. [3] OPNET user documentation, Analyzing and Troubleshooting Application Performance. [4] Victor.A, Clincy, Ajay.S, Kennesaw State University, IP Queuing Analysis. [5] OPNET user documentation, MPLS Model User Guide. [6] Karim.A, Bahauddin Zakariya University, Multan Pakistan, VoIP Performance Over Different Service Classes Under Various Scheduling Techniques. [7] Politeknik Telkom. Kualitas Layanan pada sistem Telekomunikasi. [8] Cisco System Learning (2004) Interconnecting Cisco Network Devices (Version 2.2) SanJose Cisco System Inc. [9] Kuncoro Wastuwibowo (2003). Jaringan MPLS Whitepaper veri 1.2 Telkom info. [10] Cisco System Learning (2006). Implementing Secure Converged Wide Area Network (Volume 1). San Jose Cisco System Inc. [11] Akhtar.S, Ahmed.E, Saha.A, Arefin.S, Performance Analysis of Integrated Service over Differentiated Service for Next Generation Internet. [12] Chen.Y, Farley.T, Ye Nong, QoS Requirements of Network Application Internet.