Simulasi Pengukuran Quality Of Service Pada Integrasi Internet Protocol Dan Asynchronous Transfer Mode Dengan Multiprotocol Label Switching (MPLS) Sigit Haryadi *, Hardi Nusantara Dan Ahsanul Hadi Priyo Cahyana * *Departemen Teknik Elektro Institut Teknologi Bandung e-mail : sigit@telecom.ee.itb.ac.id Abstrak Multiprotocol Label Switching (MPLS) digunakan untuk mengurangi proses yang terjadi dalam suatu router ketika mengirimkan suatu layanan paket data. Konsep teknologi MPLS ini menggunakan switching node yang disebut sebagai Label Switching Router (LRS) dengan melekatkan suatu label dalam setiap paket data yang datang, dan menggunakan label tersebut untuk menentukan ke arah mana seharusnya paket data sebuah tersebut dikirimkan. Teknologi MPLS memiliki tujuan membawa teknologi IP yang memiliki sistem connectionless ke dalam sebuah teknologi IP yang memiliki sistem connection oriented dengan memanfaatkan teknik switching yang ada dalam teknologi ATM. Dengan kemampuan tersebut MPLS merupakan cara yang efektif untuk menggabungkan teknologi IP dan teknologi ATM ke dalam sebuah jaringan backbone.pada makalah ini dilaporkan suatu simulasi pengukuran terhadap Quality of Service (QoS) yang bertujuan untuk mengetahui bagaimana sebenarnya layanan teknik MPLS ini ketika mengirimkan suatu trafik layanan paket. Pengukuran tersebut dilakukan terhadap tiga parameter utama QoS yang ada dalam sebuah jaringan yaitu bandwidth, service rate, dan waktu delay pengiriman paket. Dari simulasi pengukuran QoS dalam jaringan MPLS, didapatkan bahwa waktu delay pengiriman paket dalam jaringan MPLS relatif kecil sehingga jaringan MPLS ini cocok untuk diterapkan bagi layanan paket data yang real time. Kata Kunci : Internet Protocol, Asynchronous Transfer Mode, Multiprotocol Label Switching, Quality of Service. 1. Pendahuluan 1.1. Latar Belakang Masalah Teknologi Multiprotocol Label Switching (MPLS). MPLS merupakan suatu teknik untuk mengintegrasikan teknologi Internet Protocol (IP) dengan Asynchronous Transfer Mode (ATM) dalam jaringan backbone yang sama. Jaringan baru ini memiliki beberapa hal penting diantaranya : MPLS mengurangi banyaknya proses pengolahan yang terjadi di IP routers, serta memperbaiki kinerja pengiriman suatu paket data. MPLS juga bisa menyediakan Quality of Service (QoS) dalam jaringan backbone, dan menghitung parameter QoS menggunakan teknik Differentiated services (Diffserv) sehingga setiap layanan paket yang dikirimkan akan mendapat perlakuan yang berbeda sesuai dengan skala prioritasnya. Konsep jaringan MPLS ini menggunakan switching node yang biasa disebut Label Switching Router (LRS) dengan melekatkan suatu label dalam setiap paket data yang datang, dan menggunakan label tersebut untuk menentukan ke arah mana seharusnya paket data tersebut dikirimkan. Jaringan ini terdiri dari titik-titik LSR dan bukan merupakan jaringan IP ataupun jaringan ATM, tetapi merupakan jaringan baru dan berbeda. Dalam makalah ini ini akan ditampilkan hasil simulasi perhitungan parameter QoS dalam jaringan MPLS, sehingga perkiraan dan perlakuan terhadap paket yang dikirimkan dapat dianalisa. 1.2. Tujuan Pembahasan Secara garis besar tujuan makalah ini ialah untuk menganalisa kualitas layanan teknik MPLS ketika mengirimkan paket dalam jaringannya. 1
1.3. Batasan Masalah Masalah yang akan dibahas dalam makalah ini mencakup bagaimana cara kerja dan analisa QoS yang terdapat dalam teknik MPLS ini. 2.Arsitektur Jaringan MPLS Multiprotocol Label Switching (MPLS) merupakan sebuah teknik yang menggabungkan kemampuan manajemen switching yang ada dalam teknologi ATM dengan fleksibilitas network layer yang dimiliki teknologi IP. Konsep utama MPLS ialah teknik peletakan label dalam setiap paket yang dikirim melalui jaringan ini. MPLS bekerja dengan cara melabeli paket-paket data dengan label, untuk menentukan rute dan prioritas pengiriman paket tersebut. Label tersebut akan memuat informasi penting yang berhubungan dengan informasi routing suatu paket, diantaranya berisi tujuan paket serta prioritas paket mana yang harus dikirimkan terlebih dahulu. Teknik ini biasa disebut dengan label switching. Dengan informasi label switching yang didapat dari routing network layer, setiap paket hanya dianalisa sekali di dalam router di mana paket tersebut masuk ke dalam jaringan untuk pertama kali. Router tersebut berada di tepi dan dalam jaringan MPLS yang biasa disebut dengan Label Switching Router (LSR). Ide dasar teknik MPLS ini ialah mengurangi teknik pencarian rute dalam setiap router yang dilewati setiap paket, sehingga sebuah jaringan dapat dioperasikan dengan efisien dan jalannya pengiriman paket menjadi lebih cepat. Kunci pengambilan keputusan pengiriman suatu paket oleh router ditentukan oleh semua sumber informasi yang dapat dikerjakan oleh sebuah label switching dengan melihat nilai suatu label yang panjangnya tertentu. Tabel ini biasa disebut Label Forwarding Information Base (LFIB). Sebuah label akan digunakan sebagai sebuah indeks suatu node dan akan digunakan untuk memutuskan tujuan selanjutnya, dengan pergantian label di dalam node tersebut. Label lama digantikan oleh label baru, dan paket akan dikirimkan ke tujuan selanjutnya. Karenanya sebuah label switching akan membuat pekerjaan router dan switch menjadi lebih mudah dalam menentukan pengiriman suatu paket. MPLS ini akan memperlakukan switch-switch sebagai suatu peer-peer, dan mengontrol feature yang secara normal hanya dapat berjalan di jaringan ATM. Dalam jaringan MPLS sekali suatu paket telah dibubuhi label, maka tidak perlu lagi terdapat analisa header yang dilakukan oleh router, karena semua pengiriman paket telah dikendalikan oleh label yang ditambahkan tersebut. Struktur jaringan MPLS terdiri dari edge Label Switching Routers atau edge LSRs yang mengelilingi sebuah core Label Switching Routers (LSRs). Adapun elemen-elemen dasar penyusun jaringan MPLS ialah : a.edge Label Switching Routers (ELSR) Edge Label Switching Routers ini terletak pada perbatasan jaringan MPLS, dan berfungsi untuk mengaplikasikan label ke dalam paket-paket yang masuk ke dalam jaringan MPLS. Sebuah MPLS Edge Router akan menganalisa header IP dan akan menentukan label yang tepat untuk dienkapsulasi ke dalam paket tersebut ketika sebuah paket IP masuk ke dalam jaringan MPLS. Dan ketika paket yang berlabel meninggalkan jaringan MPLS, maka Edge Router yang lain akan menghilangkan label tersebut. Label Switches. Perangkat Label Switches ini berfungsi untuk menswitch paket-paket ataupun sel-sel yang telah dilabeli berdasarkan label tersebut. Label Switches ini juga mendukung Layer 3 routing ataupun Layer 2 switching untuk ditambahkan dalam label switching. Operasi dalam label switches memiliki persamaan dengan teknik switching yang biasa dikerjakan dalam ATM. b.label Distribution Protocol Label Distribution Protocol (LDP) merupakan suatu prosedur yang digunakan untuk menginformasikan ikatan label yang telah dibuat dari satu LSR ke LSR lainnya dalam satu jaringan MPLS. Dalam arsitektur jaringan MPLS, sebuah LSR yang merupakan tujuan atau hop selanjutnya akan mengirimkan informasi tentang ikatan sebuah label ke LSR yang sebelumnya mengirimkan pesan untuk mengikat label tersebut bagi rute paketnya. Teknik ini biasa disebut distribusi label downstream on demand. 3.Pengukuran Quality of Service Dalam Jaringan MPLS 3.1.Konsep pengukuran QoS dalam jaringan MPLS Pengukuran berbasis pada komponen rute dalam hal ini yang dilewati oleh paket tersebut sehingga trafik paket tersebut dalam jaringan MPLS dapat ditentukan. Pengukuran QoS dalam jaringan MPLS akan sangat sulit apabila data jaringan MPLS tidak diketahui. Hal ini dikarenakan jaringan akses dalam MPLS merupakan jaringan IP dengan sistem connectionless, sedang QoS merupakan bagian dari sistem connection oriented. Pengukuran QoS dalam jaringan MPLS dilakukan dengan cara menjaga agar setiap paket yang dikirim dalam jaringan selalu berada dalam jalur rute atau nya. Untuk itu router dalam 2
MPLS selalu dilengkapi dengan sistem agar bisa memonitor trafik dari setiap paket. Sistem monitoring dalam router MPLS berupa feature yang disediakan oleh Cisco IOS berupa IP Precedence, CAR, WRED, ataupun WFQ. Proses pengukuran yang terjadi dalam Edge Label Switching Router, dimulai dengan paket masuk yang diklasifikasikan dengan Commited Access Rate (ACR). Kemudian paket dideteksi kongestinya dengan Weighted Random Early Detection (WRED), jika melebihi batas WRED maka paket akan dibuang. Lalu dilakukan perhitungan parameter QoS dengan Weighted fair Queuing (WFQ).Terakhir dilanjutkan ke Label Switching Router (LSR). Ada tiga parameter utama QoS yang dapat diukur dalam jaringan MPLS. Ketiga parameter tersebut ialah bandwidth,service rate, dan waktu delay. Pengukuran parameter QoS tersebut dapat ditentukan sebelum sebuah paket dikirim dalam jaringan MPLS. Pengukuran ketiga komponen QoS MPLS tersebut bertujuan agar sebuah service provider itu bisa mendistribusikan kemampuan yang dimiliki oleh jaringannya dengan jumlah rute yang ingin dibangunnya. Adapun tiga parameter utama QoS dalam jaringan MPLS ialah sebagai berikut. 3.1.1.Bandwidth Dalam jaringan MPLS penentuan besarnya bandwidth untuk setiap rute bagi sebuah paket sangat diperlukan. Hal ini dikarenakan dalam MPLS setiap jaringan akses harus memiliki akses bandwidth yang pasti untuk setiap trafik yang akan dijalankannya. Dalam MPLS akses bandwidth ini akan ditentukan oleh feature CAR yang akan menandai setiap paket yang datang ke jaringan MPLS dengan label yang disesuaikan dengan feature IP Precedence yang akan menentukan prioritas paket tersebut dikirimkan ke dalam jaringan. Hal ini akan sangat berhubungan dengan alokasi bandwidth bagi setiap rute MPLS atau. Jika sebuah memiliki bandwidth yang kecil, maka akan memiliki prioritas pertama untuk mengirimkan paket yang ada dalam nya, disesuaikan dengan nilai IP Precedencenya. Pengukuran bandwidth dalam setiap MPLS akan sangat memperhatikan besarnya bandwidth yang ada dalam jaringan akses yang mengirimkan sebuah paket, dengan jaringan akses yang menerima paket tersebut. Pengukuran bandwidth dilakukan dalam edge LSR di mana paket tersebut masuk ke dalam jaringan. Untuk mengukur bandwidth proporsional dalam jaringan MPLS, harus diketahui dahulu bandwidth jaringan akses yang merupakan sumber dari paket yang akan dikirimkan dalam jaringan MPLS dan dimasukkan sebagai bandwidth ingress edge LSR, dan harus diketahui pula bandwidth jaringan akses yang merupakan tujuan dari paket tersebut setelah dilewatkan dalam jaringan MPLS sebagai sebuah bandwidth egress edge LSR. 3.1.2. Service Rate Service rate merupakan rate atau kecepatan pengiriman paket yang masuk ke dalam jaringan. Service rate juga diukur dalam edge LSR sebuah jaringan MPLS dan dipergunakan untuk mengetahui berapa kecepatan pengiriman paket dalam sebuah MPLS. Tujuan pengukuran service rate ialah untuk mendukung feature WRED sehingga apabila kongesti terjadi dalam jaringan MPLS service rate dapat diturunkan, sampai semua paket yang dikirimkan sampai di alamat tujuannya. Proses pengukuran service rate memperhatikan nilai feature IP Precedence, untuk mengetahui besarnya weighted atau beban paket yang dikirimkan dalam sebuah berdasar nilai IP Precedence yang dimiliki oleh setiap paket yang dikirimkan. Besarnya nilai IP Precedence sesuai dengan nilai feature IP Precedence yang telah ditetapkan dengan model IEEE 8021. 3.1.3. Waktu Delay Waktu delay merupakan waktu yang diperlukan sebuah paket yang ditransmisikan melalui jaringan MPLS dari sebuah ingress edge LSR ke egress edge LSR. Waktu delay merupakan bagian dari feature WFQ untuk menentukan waktu pengiriman paket dalam sebuah. Dengan adanya waktu delay maka sebuah paket yang masuk ke dalam sebuah dapat diperkirakan waktu tiba ditujuannya. Pengukuran waktu delay sangat diperlukan agar sebuah service provider dapat mengatur pengiriman paket disesuaikan dengan delay paket tersebut untuk sampai ke alamat tujuannya, sehingga paket yang dikirimkan dapat disesuaikan dengan kemampuan service rate yang dimiliki setiap jaringan MPLS. Untuk mengukur waktu delay pengiriman sebuah paket, besarya nilai IP Precedence paket yang dikirimkan sangat diperlukan. Karena dengan mengetahui nilai IP Precedence akan diketahui pula nilai minimum discard threshold paket yang dikirimkan tersebut. Pengukuran waktu delay pengiriman paket dalam sebuah sangat ditentukan oleh nilai minimum discard threshold paket dan maksimum discard threshold serta service rate itu sendiri. Nilai minimum discard threshold paket ditentukan oleh nilai IP Precedence setiap paket yang dikirimkan disesuaikan dengan standar WRED yang digunakan. Dengan mengetahui besarnya bandwidth, service rate, dan waktu delay pengiriman paket dalam 3
maka kemampuan QoS jaringan MPLS dalam mengirimkan suatu paket dapat dianalisa sehingga proses pengiriman paket dapat diperkirakan terlebih dahulu. Pengukuran parameter QoS dalam jaringan MPLS diperlukan sehingga paket yang dikirimkan dalam setiap dapat ditentukan disesuaikan dengan besarnya nilai bandwidth dan service rate setiap yang sangat menentukan waktu delay pengiriman sebuah paket dalam. Untuk mengetahui besarnya bandwidth, service rate, dan waktu delay pengiriman sebuah paket dalam jaringan MPLS harus dibuat suatu program simulasi. 3.2.Simulasi dan Hasil Pengukuran 6 Mb/s edge LSR 6 1 Mb/s edge LSR 1 5 Mb/s 6 5 edge LSR 5 1 4 edge LSR 2 2 3 edge LSR 4 2 Mb/s edge LSR 3 4 Mb/s 3 Mb/s Gambar 1. Topologi Jaringan Pada Simulasi Pengukuran MPLS Makalah ini Simulasi sebenarnya dapat dilakukan dengan sederhana, karena bobot kesulitan ada pada pemahaman konsep MPLS. Salah satu program yang mudah dipelajari dan dapat digunakan adalah Microsoft Visual basic dengan versi yang sesuai dengan Windows nya. Agar bisa lebih meyakinkan hasilnya, tentunya harus dilakukan puluhan kali simulasi dengan berbagai kondisi jaringan yang berbeda. Dalam makalah ini dicoba salah satu kondisi sebagai berikut : Topologi meshed, jumlah LSR = 6, jumlah = 6. Packet rate masukan pada tiap LSR sengaja dibuat bervariasi mulai 1 Mbps (= bandwidth ingress edge LSR 1)sampai dengan 6 Mbps (= bandwidth ingress edge LSR ). Pemilihan kondisi jaringan seperti di atas, sengaja dibuat sedemikian rupa, sehingga hasil pengukurannya akan lebih mencerminkan situasi yang umum terjadi (tipical). Kondisi lain yang lebih khusus, dan jarang terjadi bias dianalisa pada kesempatan lain. Hasil pengukuran adalah : Nomor Bandwith (Mpbs) Service Rate (Mbps) Delay paket (mdetik) 1 0.0952381 0.0025063 1603.492 2 0.2857143 0.0225564 178.1658 3 0.5714286 0.0902256 44.54145 4 0.9523811 0.2506266 16.03492 5 1.4285712 0.5639098 7.126633 6 0.2857143 0.0225564 178.1658 4.Kesimpulan dan Saran 4.1. Kesimpulan Dari hasil simulasi pengukuran QoS terhadap jaringan MPLS didapatkan kesimpulan : 1. Bertambahnya jumlah yang dimiliki oleh jaringan MPLS mengakibatkan turunnya bandwidth setiap dalam jaringan MPLS tersebut. Hal ini dikarenakan adanya pembagian bandwidth yang proporsional dalam sebuah jaringan MPLS. 2. Turunnya bandwidth setiap akibat bertambahnya jumlah akan sangat berpengaruh pada turunnya service rate setiap yang mengakibatkan waktu delay pengiriman paket akan bertambah. 3. Kenaikan waktu delay juga dipengaruhi juga oleh jenis paket yang dikirimkan. Semakin besar nilai IP Precedence suatu paket akan semakin bertambah 4
waktu delay pengiriman paket tersebut dalam setiap. Karenanya yang memiliki service rate kecil akan cocok untuk mengirimkan paket yang memiliki prioritas pengiriman yang rendah (nilai IP Precedence kecil). 4.2. Saran Pengembangan Agar teknik MPLS ini dapat berkembang lebih baik lagi, saran saran yang perlu dilakukan : 1. Teknologi MPLS akan lebih efektif diterapkan dalam broadband network. 2. Standarisasi teknologi MPLS di Indonesia, sehingga keseragaman penggunaan teknologi MPLS untuk jaringan backbone bagi setiap service provider dapat tercapai. 3. Sistem operasi untuk setiap router jaringan MPLS hendaknya lebih diperluas sehingga sistem operasi lain seperti Linux dapat diterapkan dengan mudah dalam router jaringan ini. Daftar Pustaka 1. Blight, DC., Liu,GG, Policy Based Network Architecture For End to End QoS, 1999 2. Held, Gilbert, Voice and Daya Networking, McGraw-Hill, 2000 3. Rosen, E., Viswanathan, A., and Callon, R., Multiprotocol Label Switching Architecture, April 1999 4. Rosen, E., Rekhter, Y., Tappan, D., Farinacci, D., Fedorkow, G., Li, T., and Conta, A., MPLS Label Stack Encoding, September 1999 5. The Cisco System Documentation, Quality of Service Solutions Configuration Guide, page at http://www.cisco.com, 2003 5