BAB II DASAR TEORI 2.1 Pendahuluan Jaringan Asynchronous Transfer Mode (ATM) merupakan jaringan transfer di mana informasi dari berbagai jenis layanan seperti suara, video, dan data di ubah ke dalam bentuk paket-paket kecil berukuran tetap yaitu 53 byte yang disebut sel [1]. Secara teknis, jaringan ATM dianggap sebagai evolusi dari jaringan packet switching. Sama seperti packet switching, jaringan ATM mengintegrasikan fungsi switching dengan multiplexing yang sangat cocok untuk trafik yang bersifat bursty. Jaringan ATM dirancang sebagai jaringan multimedia berkecepatan tinggi. Karena dianggap sebagai jaringan yang memiliki banyak kelebihan, pada tahun 1998 ITU-T telah memilih jaringan ATM sebagai jaringan backbone untuk teknologi B-ISDN [2]. Kelebihan dari jaringan ATM di antaranya adalah sebagai berikut [3]: 1. Dapat menjamin transfer data yang handal dengan berbagai jenis layanan yang memiliki bit rate dan layanan jaringan yang berbeda (menyediakan Quality of Service atau QoS), serta mampu menangani trafik data yang bersifat bursty. 2. Memiliki fleksibilitas yang membuatnya mudah dikembangkan untuk layanan-layanan masa depan. 3. Pengurangan fungsionalitas jaringan, seperti pengiriman ulang paket dan pemeriksaan error. 5
4. Efisien dalam penggunaan resource yang tersedia. 5. Mengurangi biaya operasi, administrasi, dan pemeliharaan jaringan. 6. Menyediakan alokasi bandwidth yang dinamis. 2.2 Konsep Jaringan ATM Jaringan Asynchronous Transfer Mode (ATM) merupakan jaringan yang dirancang untuk mendukung integrasi dari layanan voice, video, dan data. Jaringan ATM mengubah informasi dari berbagai jenis layanan ke dalam bentuk paket-paket kecil berukuran tetap yaitu 53 byte yang disebut sel. Terhadap end user, ATM menyediakan kemampuan untuk mengirimkan trafik pada laju yang konstan maupun berubah-ubah. Jaringan ATM mengizinkan alokasi bandwidth sesuai Quality of Service (QoS) yang diminta oleh user. Terhadap penyedia jaringan, ATM memungkinkan untuk mengirimkan berbagai jenis trafik yang berbeda melalui jaringan yang sama [3]. Gambar 2.1 Sel ATM Sel ATM terdiri dari 48 byte payload dan 5 byte header seperti terlihat pada Gambar 2.1. Generic Flow Control (GFC) hanya ada dalam sel antara host dan jaringan, yaitu antarmuka User Network Interface (UNI). Sel ATM bisa berisi data pengguna atau trafik menajemen atau kontrol. Dua jenis trafik ini dikenali dari field payload type identifier. Bit Cell Loss Priority (CLP) menunjukkan prioritas dari sel. Bila CLP=1, sel tersebut akan menjadi subyek yang akan 6
dibuang oleh jaringan apakah karena terjadi kongesti pada jaringan atau terkena policy oleh admin jaringan. Bit header error control (HEC) berfungsi untuk memeriksa dan membetulkan error 1 bit. Sel header ATM ditunjukkan oleh Gambar 2.2 [3]. Gambar 2.2 Sel Header ATM Bagian Virtual Path Identifier (VPI) dan Virtual Channel Identifier (VCI) digunakan untuk identifikasi link transmisi. Secara umum, switch akan mengenali sel dari gabungan VPI/VCI dan menerjemahkan VCI/VPI masukan menjadi VCI/VPI baru saat meneruskan sel ke link keluaran [5]. 2.3 Protokol Jaringan ATM Model referensi ATM menggunakan model 3 dimensi seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.3. Model ini terdiri dari tiga bidang (plane) yang masing-masing memiliki fungsi tersendiri, yaitu [3]: 1. Bidang Pengguna Bidang ini memiliki fungsi untuk transfer informasi pengguna. Pada sisi pengirim bidang ini berfungsi untuk memaketkan informasi pengguna ke dalam sel dan mentransmisikan sel-sel tersebut melalui lapis fisik. Pada bagian penerima, bidang ini melakukan operasi yang sebaliknya. 7
2. Bidang Kontrol Bidang ini bertanggung jawab dalam membangun dan memutuskan koneksi antara sumber dan tujuan. Saat sebuah koneksi dibangun, bidang kontrol ini membangun pemetaan di antara switch-switch VPI/VCI datang dan VPI/VCI keluar. Pemetaan inilah yang berfungsi untuk merutekan sel ke tujuan. Saat koneksi diputuskan, bidang kontrol menghapus pemetaan yang terdapat pada switch-switch antara sumber dan tujuan. 3. Bidang Pengaturan Bidang ini bertanggung jawab untuk mengatur lapis-lapis individu pada protokol ATM dan membuat koordinasi antar lapis. Bidang ini terdiri dari bagian pengaturan lapis dan bagian pengaturan bidang. Bagian pengatur lapis bertanggung jawab untuk mengatur administrasi, pemeliharaan, dan konfigurasi masing-masing lapis. Sedangkan bidang pengaturan bidang bertanggung jawab untuk mengkoordinasikan semua bidang-bidang pada protokol ATM. Gambar 2.3 Arsitektur Protokol ATM 8
2.3.1 Lapis Fisik ATM Lapis fisik ATM memiliki 4 fungsi: Mengubah sel menjadi deretan bit, mengontrol transmisi dan penerimaan bit-bit yang melalui media fisik, menentukan batas-batas sel, dan memaketkan sel-sel ke dalam jenis frame yang sesuai dengan media fisiknya. Misalnya, sel-sel akan dipaketkan secara berbeda untuk media fisik SONET dengan DS-3 atau media lainnya. 2.3.2 Lapis ATM Lapis ATM merupakan lapis inti dari stack protokol ATM. Semua fungsifungsi penting dilakukan pada lapis ini. Lapis ini menggabungkan deretan sel dari beberapa pengguna ke dalam satu saluran dan memisahkannya pada antarmuka jaringan pengguna di tujuan. Pada node-node antara, dilakukan penerjemahan dari VPI/VCI dan juga proses switching sel. Lapis ini juga mengimplementasikan manajemen trafik dan kontrol hubungan. Termasuk didalamnya fungsi untuk memeriksa ketersediaan resource saat menerima permintaan hubungan dan memeriksa laju data yang diminta oleh pengguna saat terhubung dengan jaringan. Lapis ATM menerima 48 byte payload dari lapis di atasnya dan menambahkan 5 byte header sel sehingga menjadi sel berukuran 53 byte. Header sel selain berisi informasi VPI/VCI, juga berisi field lain seperti bit prioritas sel, field jenis payload dan field pemeriksa kesalahan header. Proses switching sel pada jaringan ATM dilakukan pada lapis ATM. Contoh dari sel switching pada protokol ATM yang terjadi saat dua buah perangkat berhubungan ditunjukkan oleh Gambar 2.4 [5]. Switch ATM hanya membutuhkan lapis fisik dan lapis ATM saat memindahkan sel. 9
Gambar 2.4 Switching Sel Pada Jaringan ATM 2.3.3 ATM Adaptation Layer (AAL) Lapis ATM Adaptation Layer (AAL) bertanggung jawab untuk menangani berbagai jenis data yang berbeda dan memetakan kebutuhan dari aplikasi-aplikasi terhadap layanan yang disediakan oleh lapis yang di bawahnya. Di bawah lapis AAL terdapat lapisan ATM. Lapis ini menerima paket-paket 48 byte dari lapis AAL, menambahkan 5 byte header dan mengirimkannya ke lapis di bawahnya Untuk mendukung berbagai aplikasi yang berbeda, Forum ATM menetapkan empat jenis AAL yaitu AAL1, AAL2, AAL3/4, dan AAL5 [3]. 2.4 Kategori Layanan ATM ATM memiliki beberapa kategori layanan, yaitu [2][3] : 1. Constant Bit Rate (CBR) CBR digunakan untuk aplikasi-aplikasi yang membutuhkan bandwidth yang konstan selama koneksi berlangsung. Aplikasi-aplikasi yang menggunakan layanan CBR adalah layanan suara, video, dan emulasi rangkaian. Kebutuhan bandwidth untuk CBR ini dicirikan hanya oleh 10
Peak Cell Rate (PCR). Hal ini disebabkan laju rata-rata dan laju sel puncak untuk koneksi CBR adalah sama. Karena masalah delay dan jitter pada aplikasi-aplikasi ini sangat penting, parameter CDV dan CTD digunakan. Demikian juga dengan masalah loss maka CLR juga digunakan dalam kategori ini. 2. Real-Time Variable Bit Rate (rt-vbr) Kategori layanan ini digunakan untuk aplikasi-aplikasi yang bersifat bursty dan membutuhkan pembatasan CTD dan CDV. Untuk trafik rt-vbr, kebutuhan bandwidth dispesifikasikan oleh SCR dan PCR. Karena aplikasi real-time juga sensitif terhadap loss, delay dan jitter, CLR, CTD, dan CDV dipakai untuk rt-vbr ini. Aplikasi-aplikasi yang memakai VBR adalah video terkompresi, suara, dan aplikasi real-time lainnya yang trafiknya bersifat bursty. 3. Non Real-Time Variable Bit Rate (nrt-vbr) Nrt-VBR ditujukan untuk aplikasi-aplikasi yang bersifat bursty, akan tetapi tidak sensitif terhadap delay dan jitter. Sama seperti rt-vbr, persyaratan bandwidth untuk kategori layanan ini dicirikan oleh PCR, SCR, dan MBS. Untuk aplikasi-aplikasi non real-time, CDV dan CLR tidak dispesifikasikan karena delay dan jitter tidak penting. Contoh aplikasi-aplikasinya adalah transfer video off-line, email multimedia dan transaksi perbankan. 4. Unspesified Bit Rate (UBR) UBR ditujukan untuk aplikasi-aplikasi yang umum, semua aplikasi yang memiliki toleransi terhadap delay, jitter, dan cell loss. Ini merupakan 11
alasan mengapa kategori ini tidak mempermasalahkan parameterparameter trafik. Koneksi UBR dicirikan oleh PCR meskipun pengaruhnya hanya sedikit karena jaringan tidak pernah menolak koneksi UBR karena ketidaktersediaan resource. Bila jaringan tidak sanggup melayani permintaan, maka beban kategori UBR ini akan di buang. Umumnya, kategori layanan ini digunakan untuk mengisi sisa kapasitas jaringan. Contoh aplikasi untuk kategori UBR adalah aplikasi transfer file sederhana dan email. 5. Available Bit Rate (ABR) ABR digunakan untuk aplikasi-aplikasi yang dapat menyesuaikan diri terhadap perubahan informasi umpan-balik dari jaringan yang berisi informasi tentang laju data yang dapat digunakan oleh pengguna untuk mengirimkan data. Kategori ini tidak terlalu sensitif terhadap delay, jitter, maupun cell loss. Laju data yang dikirim oleh sumber disesuaikan oleh jaringan dan mendapatkan bandwidth yang tersedia. ABR ini dicirikan oleh PCR dan MCR. Contoh dari aplikasi yang menggunakan ABR adalah transfer data dan email. 6. Guaranteed Frame Rate (GFR) Sama dengan ABR, GFR menggunakan bandwidth yang masih tersedia pada jaringan secara dinamis. Perbedaannya dengan ABR adalah GFR mempunyai mekanisme flow control. Kategori ini ditujukan untuk aplikasi-aplikasi non real-time. 12
2.5 Manajemen Trafik Pada Jaringan ATM Manajemen trafik merupakan suatu hal yang penting pada jaringan ATM. Manajemen trafik pada jaringan ATM memiliki fungsi [3] : 1. Untuk mengatasi kongesti pada jaringan sehingga kinerja jaringan yang baik dapat tercapai. 2. Untuk menghasilkan efisiensi dan optimasi penggunaan resource pada jaringan. Manajemen trafik pada jaringan ATM dilakukan dengan menyediakan Quality of Services (QoS) untuk berbagai jenis trafik yang berbeda. Dalam manajemen trafik ada beberapa parameter dan juga komponen -komponen yang menjadi kunci bagaimana agar penerapan manajemen trafik ini memberikan hasil yang baik terhadap kinerja jaringan ATM. 2.5.1 Quality of Service (QoS) Salah satu kelebihan dari jaringan ATM adalah kemampuannya menyediakan Quality of Service (QoS) yang dibutuhkan oleh suatu layanan. QoS menjamin bahwa suatu layanan akan mendapatkan resource jaringan yang dibutuhkannya. Ada beberapa parameter QoS pada jaringan ATM, yaitu : 1. Delay transfer sel maksimum/ Maximum Cell Transfer Delay (maxctd) MaxCTD merupakan delay yang dialami oleh sebuah sel mulai dari bit sel pertama yang dikirimkan oleh sumber sampai bit terakhir yang diterima pada tujuan. Delay pada jaringan ATM terdiri dari delay paketisasi, delay transmisi, delay switching, delay antrian, dan delay reassembly [12]. 13
2. Variasi delay sel puncak ke puncak / Peak to Peak Cell Delay Variation (P2P-CDV) P2P CDV merupakan perbedaan Max CTD dan Min CTD terjadi selama koneksi berlangsung. 3. Rasio sel hilang / Cell Loss Ratio (CLR) CLR merupakan persentasi sel hilang yang terjadi pada jaringan akibat dari error maupun kongesti sehingga sel tidak sampai ke tujuan. 4. Rasio sel error / Cell Error Ratio (CER) CER merupakan rasio jumlah sel yang dikirim mengalami error terhadap jumlah total sel yang dikirimkan. 5. Rasio kesalahan penyisipan sel / Cell Mis-insertion Ratio (CMR) CMR merupakan jumlah sel yang disisipkan pada tujuan yang salah per detik. 6. Rasio blok sel error / Severely Errored Cell Block Ratio (SECBR) SECBR merupakan rasio blok sel yang error terhadap total sel yang dikirimkan. Untuk penjelasan parameter P2P-CDV dan maxctd Forum ATM membuat sebuah model probabilitas kepadatan transfer sel seperti yang terdapat pada Gambar 2.5. Dari Gambar terlihat bahwa maxctd terdiri dari fixed delay dan P2P-CDV [6]. 14
Gambar 2.5. Model Probabilitas Kepadatan Delay Transfer Sel 2.5.2 Parameter Trafik ATM Pada jaringan ATM, banyak parameter-parameter yang digunakan untuk menentukan karakteristik dari koneksi yang dibutuhkan oleh sumber trafik tertentu. Adapun parameter-parameter tersebut adalah sebagai berikut [3]: 1. Laju sel puncak / Peak Cell Rate (PCR) PCR merupakan laju maksimum data yang bisa dikirimkan oleh pengguna jaringan. Nilai maksimum dari PCR ini tergantung dari saluran transmisi yang digunakan. 2. Laju sel yang dapat ditangani / Sustainable Cell Rate (SCR) SCR merupakan batas atas dari trafik rata-rata sel untuk sebuah koneksi ATM. Sebuah sumber ATM tidak dapat mengirimkan data dengan laju yang lebih besar dari SCR. 3. Ukuran maksimum burst / Maximum Burst Size (MBS) MBS merupakan jumlah sel yang dapat dikirimkan oleh sumber ATM pada laju PCR. 15
4. Toleransi terhadap burst / Burst Tolerance (BT) BT merupakan interval waktu setelah sumber ATM dapat kembali mengirimkan data pada laju PCR. 5. Laju sel minimum / Minimum Cell Rate (MCR) MCR merupakan laju sel minimum untuk sebuah koneksi. MCR didefinisikan untuk aplikasi-aplikasi prioritas rendah yang membutuhkan transfer yang handal. 6. Ukuran frame maksimum / Maximum Frame Size (MFS) MFS merupakan ukuran maksimum AAL PDU untuk kategori layanan Guaranted Frame Rate (GFR). 2.5.3 Connection Admission Control (CAC) Dalam menangani trafik, jaringan ATM menyediakan fungsi Connection Admission Control (CAC). CAC berfungsi untuk menentukan apakah sebuah permintaan sambungan akan diterima atau ditolak oleh jaringan dengan melihat terlebih dahulu sumber daya yang dimiliki oleh jaringan. Adapun langkah - langkah yang dilakukan oleh prosedur CAC adalah: 1. Memeriksa QoS yang diminta oleh sambungan baru. 2. Mencocokkan permintaan sambungan dengan seluruh sumber daya yang dimiliki oleh jaringan dan menentukan apakah QoS bisa dijamin tanpa mengganggu sambungan yang sudah ada. 3. Bila sumber daya yang dibutuhkan tersedia, maka sambungan baru akan diterima. 16
2.5.4 Usage Parameter Control (UPC) Usage Parameter Control (UPC) merupakan prosedur yang digunakan pada jaringan ATM untuk memonitor dan mengontrol trafik apakah setiap user menaati kontrak trafik yang sudah disepakati. Tujuannya adalah untuk melindungi keseluruhan sumber daya jaringan dari user yang melanggar kesepakatan kontrak trafik agar QoS dari seluruh koneksi yang lain tidak terganggu. Metode yang umum digunakan menentukan kesesuaian sel adalah metode Generic Cell Rate Algorithm (GCRA). Sedangkan algoritma yang banyak dipakai untuk mengontrol trafik pada ATM adalah algoritma leaky bucket [12]. UPC dapat melakukan cell passing, cell tagging, atau cell discarding. Cell tagging akan mengubah atribut sel CLP= 0 menjadi CLP= 1 yang akan memiliki prioritas rendah dan kemungkinan besar akan dibuang pada saat terjadi kongesti pada jaringan. Aksi cell passing akan meloloskan sel di antrian, sedangkan cell discarding akan membuang sel dari antrian [12]. 2.6 Kongesti Kongesti merupakan suatu keadaan dimana kinerja jaringan menurun akibat dari habisnya sumber daya jaringan baik bandwidth dari link maupun buffer memori. Kongesti terjadi apabila laju input lebih besar dari pada sumber daya jaringan yang tersedia. Dalam kondisi kongesti, buffer akan mengalami overflow, delay meningkat tajam, dan banyak sel yang hilang. Kongesti bisa disebabkan oleh trafik bursty dan trafik imbalance [5]. 17
Kongesti merupakan masalah yang melibatkan keseluruhan bagian dari jaringan. Kongesti juga merupakan masalah yang dinamis, sehingga solusi statis seperti menambah kapasitas buffer atau menggunakan link yang memiliki kecepatan lebih tinggi tidak akan menghilangkan masalah ini. Kurangnya kapasitas buffer dapat menyebabkan kongesti. Menambah kapasitas buffer dapat mengurangi kongesti pada tingkatan tertentu, tapi juga dapat memperburuk keadaan karena dapat memperbesar delay [7]. Oleh karena itu, kendali kongesti merupakan hal yang penting pada jaringan ATM. Kendali kongesti bertujuan untuk mendukung sejumlah parameter QoS dan kelas-kelas layanan ATM dan meminimalisasi kompleksitas jaringan dan meningkatkan utilisasi jaringan. Ada dua jenis kendali kongesti yaitu kendali kongesti preventif dan kendali kongesti reaktif. Kendali kongesti preventif mencegah kongesti terjadi pada jaringan. Pada jaringan ATM digunakan algoritma Connection Admission Control (CAC) untuk menentukan apakah sebuah koneksi dapat diterima atau harus ditolak. Setelah itu dilakukan mekanisme bandwidth enforcement untuk menjaga agar sumber tidak mengirim data melebihi yang sudah disepakati. Bandwidth enforcement ini menggunakan mekanisme Usage Parameter Control (UPC) [5]. Kendali kongesti reaktif mengontrol level kongesti yang boleh terjadi pada jaringan dengan mengirimkan umpan balik tentang keadaan jaringan kepada setiap perangkat yang terhubung ke jaringan. Kendali kongesti reaktif pada jaringan ATM berlaku untuk layanan ABR. 18