ANALISIS QUALITY OF SERVICE (QoS) PADA SIMULASI JARINGAN MULTIPROTOCOL LABEL SWITCHING VIRTUAL PRIVATE NETWORK (MPLS VPN)

Transkripsi

1 JETri, Volume 3, Nomor 2, Februari 2004, Halaman 33 48, ISSN ANALISIS QUALITY OF SERVICE (QoS) PADA SIMULASI JARINGAN MULTIPROTOCOL LABEL SWITCHING VIRTUAL PRIVATE NETWORK (MPLS VPN) Yuli Kurnia Ningsih, Tjandra Susila & Rizky Febrian Ismet* Dosen-Dosen Jurusan Teknik Elektro-FTI, Universitas Trisakti Abstract MPLS technology is a new data communication technology that changes the routing process to switching process using label. There s many application that the basics is used MPLS, and one of them is VPN. Using MPLS, VPN will have many benefits like the scalability and security. This paper describes the Quality of Service (QoS) in simulation Virtual Private Network used Multi Protocol Label Switching. Some parameters that used to increased the Quality of Service is Round Trip Time (RTT) or latency, delay jitter and packet loss. Keywords: QoS, packets, ound trip time, delay,packet loss 1. Pendahuluan Saat ini teknologi khususnya pada komunikasi data terus berkembang pesat. Teknologi komunikasi data yang banyak digunakan oleh service provider salah satunya adalah teknologi MultiProtocol Label Switching (MPLS). Berbeda dengan teknologi pendahulunya TCP/IP maka pada MPLS metode pengiriman datanya dilakukan dengan metode switching. Konsep jaringan MPLS ini menggunakan switching node yang biasa disebut Label Switching Router (LSR) dengan melekatkan suatu label dalam setiap packet yang datang, dan menggunakan label tersebut untuk menentukan ke arah mana seharusnya packet tersebut dikirimkan. Jaringan yang berbasiskan MPLS menggunakan label-label yang berisi informasi dalam mengirimkan packet tersebut, dimana label label tersebut diletakkan di dalam packet oleh router yang berada paling ujung dari suatu jarinan yang disebut sebagai Label Edge Router (LER). LER bertugas melakukan analisa dan pengelompokkan packet yang dilakukan hanya satu kali sebelum packet memasuki jaringan. * Alumni Jurusan Teknik Elektro FTI, Universitas Trisakti

2 JETri, Tahun Volume 3, Nomor 2, Februari 2004, Halaman 33-48, ISSN Router pertama yang menerima packet pada jaringan MPLS (ingress) akan mengirim packet ke Forwarding Equivalence Class (FEC) yaitu kumpulan packet-packet yang akan diteruskan (forward) dengan mendapat perlakuan yang sama dan jalur yang sama, ketika packet tersebut memasuki jaringan MPLS. Packet yang berada pada FEC akan diberikan angka berisi 32 bit yang disebut dengan label. Router ingress memberikan label sebelum packet tersebut dikirim, sehingga ketika packet tersebut berada pada router berikutnya (hop), router tersebut hanya akan melihat label yang terdapat pada packet. Label yang terdapat pada packet akan berfungsi sebagai index yang berada pada tabel yang dimiliki masing masing router, dimana tabel tersebut akan berisi informasi hop berikutnya. Ketika packet yang sudah mempunyai label diterima router berikutnya/hop berikutnya, label tersebut akan diganti dengan label lain (label lokal) yang terdapat pada router tersebut dan packet tersebut akan dikirim menggunakan label baru yang diberikan oleh router tersebut bedasarkan informasi routing dari router tersebut, proses ini disebut sebagai swap (Alwayn, 2003: 34). Router terakhir pada jaringan MPLS disebut egress akan melepaskan label pada packet. Multi Protocol Label Switching Virtual Private Network (MPLS VPN) merupakan MPLS yang menggunakan aplikasi Virtual Private Network (VPN) melalui Virtual Routing and Forwarding (VRF) sehingga mengoptimalkan kerja routing dan akan mendapatkan scalability yang lebih luas tanpa banyak mengeluarkan cost (nn, 2001: 55). Perangkat Jaringan pada MPLS VPN (gambar 1. pada halaman berikut ini) terdiri dari: 1. Custumer Edge (CE) router merupakan router yang berada pada daerah customer tetapi berada di bawah kendali service provider. 2. Perangkat pada service provider dimana perangkat pelanggan tersambungkan disebut provider edge (PE) router 3. Perangkat pada service provider yang hanya berfungsi untuk mengirimkan data antar service provider backbone dan tidak terdapat sambungan pelanggan padanya disebut Provider (P) router, berada pada inti jaringan 34

3 Yuli Kurnia Ningsih, Tjandra Susila & Rizky Febrian Ismet, Analisis Qulity Of Service (QoS) Pada Gambar 1. Perangkat Jaringan pada MPLS VPN 2. Quality of Service Quality of Service menunjukkan kemampuan sebuah jaringan untuk menyediakan layanan yang lebih baik lagi bagi layanan trafik yang melewatinya. QoS merupakan sebuah system arsitektur end to end dan bukan merupakan sebuah feature yang dimiliki oleh jaringan. Quality of Service suatu network merujuk ke tingkat kecepatan dan keandalan penyampaian berbagai jenis beban data di dalam suatu komunikasi. Terdapat beberapa parameter QoS, yaitu: 1. Delay, merupakan tundaan waktu ketika sebuah data menempuh jarak dari asal ke tujuan. 2. Round Trip Time atau Latency, adalah waktu yang dibutuhkan data untuk menempuh jarak dari asal ke tujuan. 3. Jitter, variasi dalam latency atau RTT. 4. Packet Loss, adalah jumlah paket yang hilang. Dimana masing masing parameter tersebut digunakan untuk melihat kualitas jaringan dari berbagai macam trafik, seperti: a.trafik VoIP b. Trafik Business Critical atau Intranet c.trafik Best Effort atau internet. Dimana masing-masing trafik tersebut mempunyai tingkat sensitivitas yang berbeda beda, seperti yang terdapat pada table 1. pada halaman berikut ini: 35

4 JETri, Tahun Volume 3, Nomor 2, Februari 2004, Halaman 33-48, ISSN Tabel 1. Tabel Sensitivitas Berbagai Jenis Trafik Trafik RTT Delay P. Loss Jitter Availibility Interractive Application: VolP, Video Streaming Critical Application Public Application: www, , ftp 3. Mekanisme Pengukuran Quality of Service Terdapat beberapa mekanisme yang dijalankan sebuah jaringan dalam pengaturan Qualitas of Service (QoS), yaitu: 1. Classification dan Marking 2. Queueing 3. Traffic Policing dan Shaping 4. Weighted Random Early Detection (WRED) 3.1. Classification dan Marking Classification merupakan proses mengidentifikasikan packet ke dalam kelas atau grup. Dimana pengidentifikasian tersebut bedasarkan kriteria-kriteria seperti port number untuk menentukan dari tipe aplikasi, IP address untuk menentukan bedasarkan alamat IP (Purbo, 2002:55). Ketika packet tersebut telah teridentifikasi maka jaringan akan memberi tanda (marking) ke setiap packet tersebut. Seluruh packet tersebut akan diberi tanda menggunakan tiga bit IP Precedence dan ditempatkan pada Type of Service (ToS) byte pada IP Header, sehingga seluruh elemen jaringan akan memperlakukan packet tersebut sesuai dengan IP precedence dari packet tersebut. Dengan menggunakan IP Precedence maka jaringan MPLS dapat mengkhususkan layanan sebuah paket sesuai dengan Class of Service 36

5 Yuli Kurnia Ningsih, Tjandra Susila & Rizky Febrian Ismet, Analisis Qulity Of Service (QoS) Pada (CoS). Adapun susunan IP precedence dapat dilihat pada gambar 2. pada halaman berikut ini: Gambar 2. Susunan IP Precedence Dalam label MPLS, IP Precedence menggunakan 3 bit label sehingga ada delapan nilai prioritas paket dalam jaringan MPLS, dengan nilai terbesar akan mendapat prioritas pertama. Nilai IP precedence sesuai dengan standar IEEE terdapat pada tabel 2: Nilai IP Precedence (dalam bit) Tabel 2. Nilai IP Precedence Jenis layanan 0 (000) Best Effort 1 (001) Layanan paket bukan dari jaringan IP 2 (010) Background 3 (011) Business critical 4 (100) Kontrol beban 5 (101) Layanan voice dengan waktu Keterlambatan kurang 100 ms 6 (110) Layanan video dengan waktu Keterlambatan kurang 10 ms 7 (111) Kontrol Jaringan 37

6 JETri, Tahun Volume 3, Nomor 2, Februari 2004, Halaman 33-48, ISSN Queueing Dimana dalam pengaturan QoS, queueing berperan sangat penting. Terdapat beberapa teknik queueing yang digunakan dalam jaringan, beberapa diantaranya adalah Class Base Weight Fair Queueing (CBWFQ) dan Low Latency Queueing (LLQ). a. Class Base Weight Fair Queueing (CBWFQ), CBWFQ menentukan alokasi bandwidth kelas-kelas tersebut menurut IP Precedence dari antrian tersebut. Untuk trafik VoIP alokasi bandwidth harus bedasarkan rumus: Bandwidth per call = (payload + IP/UDP/RTP + L2) x 8 x pps b. Low Latency Queueing (LLQ), merupakan fitur yang memberikan prioritas oleh jaringan untuk mendahulukan salah satu trafik Traffic Policing dan Shaping Arti policing and shaping disini adalah provider memberikan batas bandwidth pada customer. Dimana umumnya besar bandwidth yang diberikan oleh customer bervariasi tergantung pada customer. Besar bandwidth yang umum ditawarkan pada customer adalah bps, 128 Kbps, 25, 512 Kbps Weighted Random Early Detection (WRED) WRED, merupakan fitur untuk mengurangi kongesti pada antrian dengan cara men-drop packet berdasarkan IP Precedence, sehingga jaringan customer untuk sementara akan mengirim packet lebih sedikit ke jaringan service provider. 4. Simulasi Quality of Service Pada Jaringan MPLS VPN Pada simulasi ini digunakan 3 buah IP address yaitu IP Address antar PE, PE-CE, CE-lokal. IP Adress antar PE harus bersifat private begitu juga pada PE-CE, sedangkan CE-lokal digunakan IP publik. Gambar 3. pada halaman berikut ini menunjukan skema IP Address yang digunakan pada simulasi QoS dengan penggunaan class-based pada jaringan service provider yang berbasiskan MultiProtocol Label Switching (MPLS) dengan menggunakan aplikasi Virtual Private Network (VPN). 38

7 Yuli Kurnia Ningsih, Tjandra Susila & Rizky Febrian Ismet, Analisis Qulity Of Service (QoS) Pada Gambar 3. Skema IP Address Pada simulasi ini diasumsikan hanya Customer A Jakarta yang berkomunikasi dengan Customer A Bandung. Dalam merancang simulasi ini dibagi menjadi beberapa tahapan, yaitu: 1. Melakukan konfigurasi jaringan backbone, pada jaringan backbone hal yang paling mendasar adalah pemilihan routing protocol yang akan berfungsi merouting seluruh aktifitas jaringan didalam backbone, untuk itu digunakan routing protocol Open Shortest Path First (OSPF). Alasan pemilihan OSPF sebagai routing protocol didalam jaringan backbone dikarenakan OSPF mempunyai keunggulan didalam menentukan path sebuah packet. Didalam penentuan path, OSPF menggunakan algoritma djikstra sehingga pemilihan path bedasarkan cost terkecil. Pemilihan OSPF juga dikerenakan kondisi jaringan yang tidak begitu besar dan routing protocol OSPF dapat digunakan pada seluruh jenis router 2. Melakukan konfigurasi MPLS, untuk mengkonfigurasikan MPLS, pada cisco router diharuskan mengaktifkan metode switching CEF (Cisco Express Forwarding) kemudian mengaktifkan MPLS dengan protocol LDP (n.n, 2003:135). 39

8 JETri, Tahun Volume 3, Nomor 2, Februari 2004, Halaman 33-48, ISSN Pembentukan aplikasi Virtual Private Network (VPN) pada customer dengan membuat tabel VRF dimana didalamnya terdapat RD dan RT, lalu juga mengkonfigurasi MP-BGP. Untuk mendapatkan nilai ukuran QoS dari simulasi ini, maka digunakan fitur SA Agent. sehingga untuk CE Customer A Jakarta ditetapkan sebagai sender dengan tujuan CE Customer A Bandung sebagai responder. Disini terdapat tiga bentuk simulasi menggunakan SA Agent dimana masing masing simulasi tersebut digunakan untuk membedakan packet yang berasal dari VoIP, data intranet, dan data internet. Pada packet VoIP ditentukan bedasarkan port yang dituju yaitu dan untuk data intranet menggunakan port 3000 sedangkan untuk data internet menggunakan port Packet yang akan dikirim adalah sebanyak 100 dengan interval 50 ms dimana lama satu cycle selama 10 detik. Untuk mendapatkan prioritas pada saat kongesti maka ditentukan besar Type of Service (ToS). Berikut cuplikan konfigurasi yang dijalankan pada router untuk melakukan monitoring pada CE Customer A Jakarta: rtr responder rtr 10 type jitter dest-ipaddr dest-port source-ipaddr num-packets 50 interval 100 tos 160 owner class_voip frequency 10 rtr schedule 10 life forever start-time now rtr 20 type jitter dest-ipaddr dest-port 3000 source-ipaddr num-packets 50 interval 100 tos 96 owner class_bc frequency 10 rtr schedule 20 life forever start-time now rtr 30 40

9 Yuli Kurnia Ningsih, Tjandra Susila & Rizky Febrian Ismet, Analisis Qulity Of Service (QoS) Pada type jitter dest-ipaddr dest-port 3001 source-ipaddr num-packets 50 interval 100 owner class_be frequency 10 rtr schedule 30 life forever start-time now Hasil dari simulasi dapat dilihat pada tabel 3. berikut, dimana kondisi tersebut mengidentifikasikan variasi dari bandwidth. Tabel 3. Tabulasi Hasil Simulasi Jaringan Kondisi VoIP (33 Kbps) BC (24 Kbps) BE (8 Kbps) 1 3 Kbps 3 Kbps 3 Kbps 2 3 Kbps 3 3 Kbps 4 3 Kbps 5 3 Kbps 6 3 Kbps 7 3 Kbps 8 3 Kbps 9 33 Kbps Kbps = 25 % 12 Kbps = 50 % = 25 % = 25 % 3 Kbps = SAA 18 Kbps = 75 % 21 Kbps = 87,5 % = 25% = 25% 3 Kbps 4 Kbps =50 % 4 Kbps =50 % =75 % =75 % =75 % = 75 % 4 Kbps = 50 % = 75 % Trafik RTT AVG (ms) Delay AVG (ms) P. Loss (packet) Min +SD Max +SD Min -SD Jitter (ms) Max -SD Min +DS Max +DS Min -DS VoIP BC BE VoIP BC BE VoIP BC BE VoIP BC BE VoIP BC BE VoIP BC BE Max -DS VoIP BC BE VoIP BC BE VoIP BC BE VoIP BC BE

10 JETri, Tahun Volume 3, Nomor 2, Februari 2004, Halaman 33-48, ISSN Kondisi VoIP (33 Kbps) Kbps Kbps Kbps Kbps Kbps Kbps Kbps BC (24 Kbps) 12 Kbps = 50 % 18 Kbps = 75 % 21 Kbps = 87,5 % 21 Kbps = 87,5 % 21 Kbps = 87,5% 24 Kbps = 100 % 28 Kbps > 100 % BE (8 Kbps) 4 Kbps = 50 % 3 Kbps = SAA 3 Kbps = SAA 4 Kbps = 50 % = 75 % 8 Kbps = 100 % 3 Kbps Trafik RTT AVG (ms) Delay AVG (ms) P. Loss (packet) Min +SD Max +SD Min -SD Jitter (ms) Max -SD Min +DS Max +DS Min -DS VoIP BC BE VoIP BC BE Max -DS VoIP BC BE VoIP BC BE VoIP BC BE VoIP BC BE VoIP BC BE Analisis Hasil Simulasi 5.1. Round Trip Time (ms) Ketika tidak ada trafik yang masuk kedalam jaringan atau hanya bandwidth yang berasal dari probe SAA seperti yang terjadi pada kondisi 1, RTT Avg pada trafik VoIP, BC dan BE adalah 3 ms, 3 ms, dan 3 ms, terlihat pada gambar 4. pada halaman berikut ini. Pada Kondisi 2, 3, 4, 5, dan 6, dimana kondisi tersebut menandakan variasi dari bandwidth, kualitas RTT dari jaringan tidak begitu terpengaruh secara signifikan, walaupun RTT dari Bussiness Critical (BC) terjadi pada kondisi 9 sampai dengan kondisi 17. Trafik dari VoIP dibangkitkan sehingga bandwidth-nya naik menjadi 33 Kbps, setiap kondisi nilai RTT atau latency VoIP selau lebih baik atau selalu yang diprioritaskan oleh jaringan. Walaupun kapasitas bandwidth untuk Customer A telah melampaui batas yaitu lebih dari 64 Kbps, nilai RTT VoIP tetap lebih baik. 42

11 ms Yuli Kurnia Ningsih, Tjandra Susila & Rizky Febrian Ismet, Analisis Qulity Of Service (QoS) Pada VoIP BC BE VoIP BC BE Gambar 4. Grafik Round Trip Time (RTT) Untuk trafik Bussiness Critical dan Best Effort, terlihat bahwa semakin besar bandwidth yang diberikan untuk trafik tersebut seperti untuk BC nilai RTT akan lebih baik walaupun bandwidth dari BE kecil. Sehingga dari pengukuran RTT ini disimpulkan bahwa untuk RTT pada trafik VoIP mengalami perubahan pada kondisi 7 dan kondisi 8 dimana kondisi ini belum masuk bandwidth VoIP secara real, sebesar 5 ms. Sedangkan ketikan bandwidth real dari VoIP masuk kedalam jaringan maka terjadi perubahan penurunan kecepatan rata rata lebih dari 10 ms. 43

12 JETri, Tahun Volume 3, Nomor 2, Februari 2004, Halaman 33-48, ISSN Untuk Business Critical pada kondisi awal atau pemakaian bandwidth tidak begitu besar penurunan kecepatan rata sebesar 1-5 ms, sedangkan pada penggunaan bandwidth yang hampir penuh, terjadi penurunan kecepatan dengan rata rata sebesar 10 ms, kecuali pada kondisi 16 dan 17 dimana bandwidth business critical penuh penurunan kecepatan menjadi sebesar rata rata 50 ms. Dengan demikian pada trafik Best Effort, pemakaian bandwidth yang tidak begitu besar penurunan kecepatan rata rata sebesar 1 5 ms, sedangkan pada pemakaian bandwidth hampir penuh seperti pada kondisi penurunan kecepatan rata rata sebesar ms. Sedangkan untuk bandwidth yang penuh penurunan kecepatan terjadi sampai dengan 1,5 s Delay (ms) Delay pada kondisi 1 sampai dengan kondisi 6 mempunyai nilai tetap, seperti terlihat pada gambar 5. pada halaman berikut ini perubahan baru terjadi ketika pemakaian bandwidth yang mencapai lebih dari 50 % seperti pada BC dan BE. Sama dengan analisis RTT hal ini dikarenakan pemakaian bandwidth yang cukup besar dari BC dan BE. Sehingga waktu delay akan semakin tinggi ketika bandwidth mencapai lebih dari 50 % seperti terlihat pada gambar 5. Berdasarkan pengukuran delay, hasil yang didapat hampir sama dengan yang terdapat pada round trip time (RTT), dimana untuk trafik VoIP perubahan terjadi rata-rata sebesar 1 ms 5 ms pada pemakaian bandwidth yang tidak besar. Sedankan pada pemakaian bandwidth yang hampir penuh seperti pada kondisi 11 sampai 15, rata-rata berubah ms. Dan untuk trafik yang penuh (kondisi 16 dan 17) perubahan terjadi sekitar ms. Untuk trafik Business Critical, pada kondisi awal atau pemakaian bandwidth yang tidak begitu besar rata rata terjadi perubahan sebesar 2 15 ms. Pada pemakaian bandwidth yang hampir penuh rata rata terjadi perubahan sebesar ms. Ketika pemakaian bandwidth dari keseluruhan trafik penuh ataupun melebihi kapasitas maka perubahan delay pada trafik Business Critical rata rata sebesar ms. 44

13 ms Yuli Kurnia Ningsih, Tjandra Susila & Rizky Febrian Ismet, Analisis Qulity Of Service (QoS) Pada VoIP BC BE VoIP BC BE Gambar 5. Grafik Delay Pada trafik Best Effort, kondisi awal terjadi perubahan sebesar 1 25 ms, sedangkan kondisi pemakaian bandwidth yang hampir penuh (kondisi 11 kondisi 15) rata rata terjadi perubahan delay sebesar ms. Untuk pemakaian bandwidth yang lebar seperti pada kondisi 16 dan 17 membuat delay trafik Best Effort bertambah rata rata 100 ms 1,5 s. 45

14 Packet JETri, Tahun Volume 3, Nomor 2, Februari 2004, Halaman 33-48, ISSN Packet Loss Dikarenakan kondisi pemakaian bandwidth dari jaringan belum mencapai maksimal maka pada kondisi 1 sampai dengan kondisi 8, packet loss dari masing masing trafik tidak ada, seperti terlihat pada gambar 7. Packet Loss baru terlihat ketika bandwidth jaringan mencapai batas maksimum atau 100 % lebih seperti pada kondisi 16 dan kondisi VoIP BC BE VoIP BC BE Gambar 6. Grafik Packet Loss

15 Yuli Kurnia Ningsih, Tjandra Susila & Rizky Febrian Ismet, Analisis Qulity Of Service (QoS) Pada Berdasarkan pengukuran packet loss jaringan, pada trafik VoIP tidak terjadi packet yang hilang. Sedangkan pada trafik Business Critical perubahan terjadi ketika kondisi pemakaian bandwidth penuh (kondisi 16 dan 17) dimana rata rata packet yang didrop sebesar 4 10 packet. Dan pada trafik Best Effort, tidak terjadi packet yang hilang pada seluruh kondi 6. Kesimpulan Dari hasil analisis pada simulasi pengukuran Quality of Service pada jaringan berbasiskan MultiProtocol Label Switching (MPLS) Virtual Private Network (VPN) dapat diambil beberapa kesimpulan: 1. Terlihat bahwa peranan dari bandwidth sangat mempengaruhi Quality of Service (QoS) dari trafik. Oleh Karena itu untuk mendapatkan QoS yang baik, diperlukan pengaturan pemakaian bandwidth serta pengaturan dari antrian packet. 2. Prioritas pelayanan oleh jaringan juga perlu diatur, urutan VoIP harus lebih diprioritaskan, setelah itu trafik Bussiness Critical (BC) dan trafik Best Effort (BE). 3. Karena VoIP lebih diprioritaskan maka pada trafik VoIP terjadi penurunan kecepatan dan delay yang lebih rendah bila dibandingkan dengan trafik Bussiness Critical (BC) maupun trafik Best Effort (BE). Selain itu juga tidak terjadi packet yang hilang. 4. Trafik yang memiliki tingkat sensitifitas lebih tinggi akan mempunyai ukuran QoS yang lebih baik. Hal ini terlihat pada trafik Bussiness Critical (BC) yang mempunyai tingkat lebih sensitive dari pada trafik Best Effort (BE) selalu mempunyai ukuran QoS yang lebih baik. 5. Jaringan yang telah terbebani lebih dari 50 % alokasi total seluruh bandwidth yang telah tersedia akan mengakibatkan pengaruh yang cukup signifikan terhadap RTT dan delay. 6. Pemakaian jaringan hingga melebihi total bandwidth akan mengakibatkan terjadinya packet loss, hal ini disebabkan adanya policy dari provider untuk men-drop packet yang melebihi dari SLA antara customer dengan provider. Daftar Pustaka 1. Alwayn, Vivick, Advanced MPLS Design and Implementation USA: Cisco Press. 2. n.n Cisco System, Inc, Implementing Cisco MPLS Volume 1 and 2 Student Guide. USA. 47

16 JETri, Tahun Volume 3, Nomor 2, Februari 2004, Halaman 33-48, ISSN n.n Cisco System,Inc The Cisco Certified Network Associate Curriculum v.3. USA. 4. Purbo Onno W,et al TCP/IP: Standar, Desain dan Implementasi. Jakarta: PT Elex Media Komputindo. 48