BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Transmission Control Protocol (TCP) dan User Datagram Protocol (UDP) merupakan dua buah transport layer yang paling banyak digunakan di internet saat ini. TCP menyediakan layanan reliable data transfer, setiap data yang dikirim oleh sender diberikan jaminan akan sampai pada receiver dalam urutan yang sesuai (ordered). Untuk menjamin sifatnya yang reliable, TCP akan mentrasmisikan ulang paket data yang hilang, hingga paket data tersebut dapat diterima oleh receiver. TCP juga menyediakan mekanisme congestion control untuk mencegah terjadinya congestion pada jaringan. TCP banyak digunakan oleh aplikasi yang menuntut reliable data transfer seperti aplikasi berbasis web dan aplikasi file transfer. Berbeda dengan TCP, UDP merupakan transport layer yang bersifat unreliable, setiap data yang dikirim oleh sender tidak dijamin akan sampai pada receiver. UDP tidak menyediakan mekanisme congestion control. Namun karena kedua sifat itulah UDP banyak dipakai oleh aplikasi yang bersifat real time seperti aplikasi VoIP. Aplikasi real time biasanya bersifat lost tolerance dan time-sensitive (Kurose dan Ross, 2013). Aplikasi real time lebih mementingkan timing guarantees dibanding reliable dan ordered data transfer. Aplikasi VoIP merupakan aplikasi Internet telephony. Aplikasi ini berkembang dengan pesat seiring dengan perkembangan teknologi jaringan internet. Selain lebih murah, aplikasi ini pula tidak dibatasi oleh letak geografi penggunanya. Aplikasi VoIP merupakan aplikasi real time yang sangat tergantung pada delay dan jitter, sehingga UDP merupakan pilihan terbaik oleh sebagian besar aplikasi ini untuk dijadikan sebagai transport layer. 1
2 Tidak adanya congestion control pada UDP menyebabkan peluang terjadinya congestion pada jaringan sangat besar. Selain itu UDP dengan mudahakan memonopoli bandwidth pada suatu link karena sending rate UDP tidak terkontrol oleh congestion control, seperti halnya pada TCP. Di lain pihak TCP menjadi tidak cocok dengan aplikasi yang membutuhkan end to end delay yang seminimal mungkin (Rakocevic, 2004). Beberapa tahun belakangan ini, para peneliti di bidang jaringan menawarkan beberapa transport layer baru, yang diharapkan mampu mengakomodasi kelebihan dan meminimalkan kekurangan dari TCP dan UDP. Beberapa transport layer tersebut sudah mendapatkan standarisasi dari Internet Enginering Task Force (IETF), salah satunya adalah Streaming Control Protocol (SCTP). SCTP didesain oleh IETF SIGRTRAN yaitu sebuah working group dari IETF yang bekerja di bidang transportasi paket berbasis sinyal PSTN (Public Switched Telephone Network) yang melalui jaringan IP. Sebagian besar mekanisme SCTP ditiru dari mekanisme TCP (Hurtig dan Brunstrom, 2011). SCTP adalah transport layer yang bersifat reliable dan memiliki congestion control seperti halnya TCP tapi unordered seperti halnya UDP. SCTP dilengkapi pula dengan kelebihan untuk mencegah link failure dengan adanya sifat multihoming dan multistreaming. SCTP relatif memiliki ketahanan terhadap serangan DOS seperti SYN attack (Stewart et al., 2007). Desain awal SCTP yang ditujukan untuk membawa signal telepon SS7 (Stewart et al., 2007) dalam jaringan IP, memunculkan beberapa penelitian yang mengangkat SCTP sebagai transport layer paket VoIP. Beberapa penelitian memfokuskan pada pertanyaan apakah SCTP dapat menggantikan UDP sebagai transport layer paket VoIP. Beberapa penelitian seperti Lim et al. (2007), Asodi et al. (2009), dan Gangurde et al. (2012) menunjukkan hasil yang mengejutkan. Beberapa penelitian tersebut menunjukkan bahwa tanpa adanya modifikasi pada SCTP, maka protokol ini memberikan perfoma yang tidak baik dengan delay yang
3 cukup tinggi dalam mentransportasikan paket VoIP. Penelitian Lim et al. (2007) harus melakukan modifikasi pada algoritma fast retransmit SCTP agar protokol ini dapat memberikan performa yang hampir menyamai UDP. Hurtig dan Brunstrom (2011) membeberkan beberapa masalah mengenai mengapa desain SCTP tidak cocok sebagai transport layer aplikasi berbasis time message. Menurut mereka permasalahan utamanya ada pada metode loss recovery yang tidak efektif, sehingga proses retransmisi packet loss menimbulkan end to end delay yang cukup besar. Beberapa tahun belakangan ini penelitian mengenai Explicit Congestion Notification (ECN) dan Active Queue Management (AQM) sangat populer di kalangan peneliti jaringan. Mekanisme ECN dan AQM bekerja sebagai mekanisme congestion avoidance. Berbeda dengan congestion control umumnya yang mekanismenya mengharuskan sender mengurangi congestion windownya setelah terjadinya congestion, mekanisme ECN dan AQM mampu mengirimkan feedback ke sender tentang peluang akan terjadinya congestion agar sender mengurangi congestion windownya sebelum congestion terjadi. Kemampuan ECN dan AQM yang mampu mendeteksi peluang terjadinya congestion dapat mengurangi drop packet rate sehingga mengurangi jitter dan delay (Reguera et al., 2008). Penggunaan Explicit Congestion Notification (ECN) dan Active Queue Management (AQM) pada penelitian Ye et al. (2003) dan Tahir et al. (2011) mampu meningkatkan performa SCTP. Namun pada kedua penelitian tersebut simulasi tidak dilakukan pada aliran paket VoIP. Penelitian Reguera et al. (2008) menganalisa efek penggunaan ECN dan AQM pada kualitas aliran paket VoIP di atas protokol UDP. Hasil penelitian tersebut menunjukkan peningkatan signifikan pada kualitas panggilan aplikasi VoIP. Penelitian Reguera et al. (2008) menggunakan protokol UDP sebagai transport layer aplikasi VoIP, namun sebagaimana disebutkan di atas, protokol UDP memiliki beberapa drawback pada internet. Penelitian ini akan melakukan analisa pengaruh mekanisme ECN dan AQM pada performa protokol SCTP sebagai transport layer aplikasi VoIP.
4 1.2 Rumusan masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan di atas, berikut ini beberapa permasalahan yang akan dikaji pada penelitian ini: 1. Bagaimana kualitas aliran VoIP di atas protokol SCTP jika SCTP menggunakan Explicit Congestion Notification (ECN) dan Active Queue Management (AQM) dibandingkan dengan kualitas VoIP di atas protokol SCTP tanpa Explicit Congestion Notification (ECN) dan Active Queue Management (AQM)? 2. Bagaimana kualitas aliran VoIP di atas protokol SCTP jika SCTP menggunakan Explicit Congestion Notification (ECN) dan Active Queue Management (AQM) dibandingkan dengan kualitas aliran VoIP di atas protocol TCP dan UDP yang tidak menggunakan ECN dan AQM? 1.3 Batasan Masalah Agar penelitian ini tetap sesuai dengan tujuan yang ingin dicapai maka batasan masalah dalam penelitian ini yaitu: 1. Analisa dilakukan dari model simulasi yang dibangun pada simulator NS-2. 2. Penelitian difokuskan pada pengaruh Explicit Congestion Notification (ECN) dan Active Queue Management (AQM) terhadapa performa protokol SCTP sebagai transport layer aplikasi VoIP. 3. Traffic VoIP dibangkitkan dengan menggunakan modul NS2VoIP++. 4. Analisa tidak mencakup perihal keamanan aplikasi VoIP di atas protokol SCTP dengan ECN dan AQM. 5. Analisa tidak mencakup perihal kualitas payload paket VoIP.
5 1.4 Tujuan Penelitian Penelitian ini memiliki beberapa tujuan yaitu: 1. Mengetahui bagaimana kualitas aliran VoIP di atas protokol SCTP jika SCTP menggunakan Explicit Congestion Notification (ECN) dan Active Queue Management (AQM) dibandingkan dengan kualitas VoIP di atas protokol SCTP tanpa Explicit Congestion Notification (ECN) dan Active Queue Management (AQM)? 2. Mengetahui bagaimana kualitas aliran VoIP di atas protokol SCTP jika SCTP menggunakan Explicit Congestion Notification (ECN) dan Active Queue Management (AQM) dibandingkan dengan kualitas aliran VoIP di atas protocol TCP dan UDP yang tidak menggunakan ECN dan AQM? 1.5 Manfaat/Kontribusi Penelitian ECN dan AQM telah digunakan pada Internet dan distandarisasi melalui RFC 3168, namun penerapannya untuk protokol baru seperti SCTP, masih dalam tahapan penelitian, bahkan dalam RFC SCTP sendiri (RFC 4960) mekanisme ECN belum dicantumkan (masih menjadi objek penelitian lebih lanjut). Hasil penelitian ini akan menunjukkan bagaimana pengaruh ECN dan AQM terhadap kualitas VoIP yang berjalan pada SCTP. Hasil penelitian ini bisa menjadi salah satu rekomendasi apakah mekanisme ECN dan AQM baik untuk diterapkan pada SCTP yang digunakan sebagai transport layer aplikasi VoIP atau tidak. 1.6 Metodologi Penelitian Tahap-tahap yang akan dilakukan dalam penelitian ini yaitu studi kepustakaan, pemodelan dan spesifikasi, implementasi, eksperimen, analisis, dan dokumentasi. Gambar 1.1 menunjukkan diagram alir proses penelitian.
6 1.6.1 Studi Kepustakaan Penelitian ini dilaksanakan dengan berpedoman pada studi literatur berupa buku teks, jurnal internasional, dan karya-karya ilmiah baik itu mengenai penggunaan protokol SCTP sebagai transport layer VoIP juga literatur-literatur lain mengenai penggunaan ECN dan AQM. Start STUDI KEPUSTAKAAN PEMODELAN DAN SPESIFIKASI : NS2VoIP++ SCTP dan ECN AQM(AVQ) Topologi simulasi Parameter pengukuran IMPLEMENTASI NETWORKS SIMULATOR (NS-2) Modifikasi NS2VoIP++ Modifikasi SCTP Impementasi ECN dan AVQ Implementasi simulasi EKSPERIMEN Menjalankan implementasi model simulasi pada Networks Simulator (NS-2) ANALISIS HASIL SIMULASI DOKUMENTASI End Gambar 1.1 Diagram Alir Proses Penelitian
7 1.6.2 Pemodelan dan Spesifikasi Pada tahap ini, pertama-tama akan dilakukan pemodelan pada protokol SCTP dengan tambahan penggunaan ECN dan AQM. Selanjutnya model tersebut akan dispesifikasi. Spesifikasi dari model ini adalah deskripsi detail dari desain model simulasi untuk diimplementasikan pada suatu sistem komputer. Pada tahap ini juga dimodelkan topologi jaringan yang akan disimulasikan. Model simulasi yang digunakan mengikuti model simulasi yang digunakan oleh Asodi et al. (2009). Gambar 1.2 menggambarkan topologi jaringan yang akan digunakan pada tahap eksperimen. Pada topologi tersebut, selain terdapat VoIP host, juga terdapat host FTP dan HTTP yang akan menciptakan aliran latar berupa aliran FTP dan HTTP. Kapasitas link yang menghubungkan host-host ke router 1 dan ke router 2, berkapasitas 0,3 Mbps dengan delay 30 ms. Link penghubung antara router 1 dan router 2 akan diubah-ubah untuk menggambarkan 4 buah karakteristik jaringan yang berbeda. Karakteristik pertama yaitu, high Latency high Bandwidth (hlhb), dengan delay 140 ms dan bandwidth sebesar 2 Mbps. Karakteristik kedua merupakan karakteristik yang paling sering terjadi pada jaringan, yaitu high Latency low Bandwidth (hllb). Delay dan bandwidth pada karakteristik kedua adalah 0,6 Mbps dan 140 ms. Karakteristik ketiga yaitu low latency high Bandwidth (llhb), memiliki delay 70 ms dan bandwidth sebesar 2 Mbps. Karakteristik keempat yaitu low Latency low Bandwidth (lllb), memiliki delay 70 ms dan bandwidth sebesar 0,6 Mbps. Mekanisme ECN pada SCTP akan dimodelkan sesuai dengan draft dari IETF mengenai ECN pada SCTP yang diterbitkan tahun 2011. Modul VoIPSource pada NS2VoIP++ digunakan untuk membangkitkan aliran paket VoIP. Algoritma AVQ akan digunakan sebagai mekanisme AQM yang akan diterapkan pada kedua router. Parameter kualitas yang akan diukur adalah nilai Mean Opinion Score (MOS), delay, jitter dan packet loss.
8 FTP/TCP Source 30 ms 0.3 Mb/s 25 ms 0.5 Mb/s FTP/TCP Sink Router 1 Router 2 30 ms Bottle Neck 30 ms 0.3 Mb/s 0.3 Mb/s HTTP Source 30 ms 0.3 Mb/s Network Characteristic Bandwith Delay hlhb 2 Mbps 140 ms 30 ms 0.3 Mb/s HTTP Sink hllb 0,6 Mbps 140 ms llhb 2 Mbps 70 ms... illb 0,6 Mbps 70 ms VoIP A VoIP B Gambar 1.2 Topologi Jaringan 1.6.3 Implementasi Model simulasi dan spesifikasinya kemudian diimplementasikan ke Network Simulator (NS-2) menggunakan bahasa OtCl dan C++. Modul NS2VoIP++ yang akan digunakan sebagai pembangkit aliran VoIP awalnya dirancang untuk berjalan pada protokol UDP, modifikasi pada modul NS2VoIP++ dan SCTP modul diperlukan agar kedua modul ini dapat berkomunikasi. Modul SCTP Agent yang terdapat pada NS2 2.34 belum mendukung mekanisme ECN. Oleh karena itu dilakukan penambahan mekanisme ECN yang telah dimodelkan ke modul SCTP. Implementasi kemudian dilanjutkan untuk membangun node dan link sesuai dengan topologi pada Gambar 1.2 menggunakan bahasa OtCl. Aliran paket HTTP akan dibangkitkan oleh modul pack mime HTTP yang telah tersedia pada simulator NS2. Pengukuran delay, jitter dan packet loss diimplementasikan menggunakan AWK script, sedangkan pengukuran nilai MOS ditangani oleh modul NS2VoIP++.
9 1.6.4 Eksperimen Pada tahap ini akan dilakukan eksperimen terhadap model simulasi yang telah dibangun pada Network Simulator (NS-2). Beberapa eksperimen tersebut adalah sebagai berikut: 1. Eksperimen pertama dilakukan untuk menguji kualitas VoIP di atas protokol SCTP yang menggunakan mekanisme ECN dan AQM. Pada eksperimen ini satu pasang aplikasi VoIP yang berjalan di atas SCTP dengan dukungan ECN dan AQM dijalankan bersamaan dengan latar aliran berupa aliran FTP/TCP dan aliran HTTP. Pengujian dilakukan untuk setiap skenario jaringan yang telah disebutkan. Setiap pengujian dilakukan selama 300 s dengan teknik independent replication. Pengukuran rata-rata delay dan jitter diiukur setiap 5 s. 2. Eksperimen kedua dilakukan untuk menguji kualitas VoIP di atas protokol SCTP yang tanpa menggunakan mekanisme ECN dan AQM. Pada eksperimen ini, perlakuan untuk aliran latar dan jumlah pengujian sama dengan eksperimen pertama. 3. Eksperimen ketiga dilakukan untuk menguji kualitas VoIP di atas protokol UDP dan TCP. Pada eksperimen ini, perlakuan untuk aliran latar dan jumlah pengujian sama dengan eksperimen pertama. 1.6.5 Analisis Pada tahap analisis akan dilakukan analisa kualitas aliran VoIP di atas protokol SCTP yang menggunakan ECN dan AQM. Analisis dilakukan berdasarkan nilai MOS, delay, jitter dan packet loss. Hasilnya kemudian dibandingkan dengan kualitas VoIP di atas protokol SCTP tanpa ECN dan AQM, kualitas VoIP di atas TCP dan kualitas VoIP di atas protokol UDP. Perbandingan dilakukan dengan menggunakan uji Wilcoxon Signed Rank (Wilcox, 2009).
10 1.6.6 Dokumentasi Pada tahap ini dilakukan dokumentasi terhadap keseluruhan proses penelitian, yang dimulai dari studi pustaka hingga hasil analisis eksperimen yang dilakukan. 1.7 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan dari penelitian ini disusun sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN Bab ini berisikan uraian mengenai latar belakang penelitian ini diangkat, perumusan masalah, batasan penelitian, manfaat penelitian, tujuan penelitian, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan. BAB II TINJAUAN PUSTAKA Bab ini membahas tentang beberapa penelitian sebelumnya mengenai protokol SCTP, ECN dan AQM. Bab ini juga membahas korelasi penelitian yang akan dilakukan dengan penelitian-penelitian tersebut. BAB III LANDASAN TEORI Bab ini berisi uraian mengenai teori protokol SCTP, mekanisme ECN, AQM dan teori-teori lain yang menjadi pendukung dalam penelitian ini. BAB IV ANALISIS RANCANGAN Bab ini menjelaskan bagaimana analisis system dan rancangan sistem yang akan dibangun untuk mendukung simulasi yang akan dilakukan. BAB V IMPLEMENTASI Bab ini menjelaskan bagaimana implementasi dalam bentuk bahasa OtCl dan C++ dari rancangan sistem ke dalam simulator ns2.
11 BAB VI METODE PENELITIAN Bab ini menguraikan bagaimana penelitian akan dilakukan, dimulai dari prosedur simulasi, jenis-jenis eksperimen dan pengambilan data hasil eksperimen. BAB VII HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini menguraikan hasil dari simulasi yang telah dilakukan, serta pembahasan mengenai hasil tersebut sebagai jawaban dari rumusan masalah yang telah dibuat sebelumnya. BAB VIII KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini menguraikan kesimpulan yang diperoleh dari data simulasi yang telah dilakukan dan saran untuk penelitian sejenis selanjutnya.