ACTIVE QUEUE MANAGEMENT UNTUK TCP CONGESTION CONTROL

TUGAS AKHIR RE 1599 ACTIVE QUEUE MANAGEMENT UNTUK TCP CONGESTION CONTROL HERI WAHYU PURNOMO NRP 2203100515 Dosen Pembimbing Eko Setijadi, ST., MT. Ir. Suwadi, MT. JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2006

ACTIVE QUEUE MANAGEMENT UNTUK TCP CONGESTION CONTROL TUGAS AKHIR Diajukan Guna Memenuhi Sebagian Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Bidang Studi Telekomunikasi Multimedia Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Menyetujui : Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II Eko Setijadi, ST., MT. NIP. 132 304 283 Ir. Suwadi, MT. NIP. 132 053 513 SURABAYA JUNI, 2006

ABSTRAK Kongesti merupakan salah satu penyebab dalam penurunan performansi pada jaringan Transmission Control Protokol (TCP). Dengan terjadinya kongesti maka kemungkinan paket drop dan delay pengiriman paket semakin besar. Padahal pada transmisi data diharapkan mempunyai throughput yang tinggi atau paket drop yang rendah dan delay pengriman paket yang rendah. Kontrol kongesti menggunakan queue management dengan First In First Out (FIFO) menyebabkan buffer penuh dan memperbesar delay. Kontrol kongesti dengan menggunakan active queue management diharapkan dapat memperkecil delay dengan mendeteksi kongesti sejak dini sebelum buffer penuh. Pada tugas akhir ini membandingkan Random Early Detection (RED) sebagai Active Queue Management dengan drop tail berdasarkan congestion window (cwnd), antrian pada buffer, paket drop, throughput dan delay dengan menggunakan simulasi Network Simulator 2 (NS-2). Hasil simulasi pada tugas akhir ini menunjukkan bahwa menerapkan algoritma Random Early Detection (RED) sebagai active queue management dapat menjaga antrian dan congestion window (cwnd) ½ dari maksimum buffer sehingga delay pengiriman paket lebih cepat dibandingkan dengan drop tail. Kelemahan dari Random Early Detection (RED) adalah throughput menjadi lebih rendah dibandingkan dengan metode drop tail. v

JUDUL : ACTIVE QUEUE MANAGEMENT UNTUK TCP CONGESTION CONTROL NAMA : Heri Wahyu Purnomo NRP : 22 03 100 515 Pembimbing I: Eko Setijadi, ST., MT. NIP : 132 304 283 Pembimbing II: Ir. Suwadi, MT. NIP : 132 053 513 ABSTRAK Kongesti merupakan salah satu penyebab dalam penurunan performansi pada jaringan Transmission Control Protokol (TCP). Dengan terjadinya kongesti maka kemungkinan paket drop dan delay pengiriman paket semakin besar. Padahal pada transmisi data diharapkan mempunyai throughput yang tinggi atau paket drop yang rendah dan delay pengriman paket yang rendah. Kontrol kongesti menggunakan queue management dengan First In First Out (FIFO) menyebabkan buffer penuh dan memperbesar delay. Kontrol kongesti dengan menggunakan active queue management diharapkan dapat memperkecil delay dengan mendeteksi kongesti sejak dini sebelum buffer penuh. Pada tugas akhir ini membandingkan Random Early Detection (RED) sebagai Active Queue Management dengan drop tail berdasarkan congestion window (cwnd), antrian pada buffer, paket drop, throughput dan delay dengan menggunakan simulasi Network Simulator 2 (NS-2). Hasil simulasi pada tugas akhir ini menunjukkan bahwa menerapkan algoritma Random Early Detection (RED) sebagai active queue management dapat menjaga antrian dan congestion window (cwnd) ½ dari maksimum buffer sehingga delay pengiriman paket lebih cepat dibandingkan dengan drop tail. Kelemahan dari Random Early Detection (RED) adalah throughput menjadi lebih rendah dibandingkan dengan metode drop tail.

TITLE : ACTIVE QUEUE MANAGEMENT UNTUK TCP CONGESTION CONTROL NAME : Heri Wahyu Purnomo NRP : 22 03 100 515 Counsellor I : Eko Setijadi, ST., MT. Counsellor II : Ir. Suwadi, MT. ABSTRACT Congestion represent one of cause in degradation performance at network of Transmission Control Protocol ( TCP). With the happening of congestion hence possibility packet of drop and ever greater delay packet delivery. Though of data transmission expected to have the high throughput or low packet drop and low delay pengriman packet. Congestion control use the queue management by First In First Out ( FIFO) cause the buffer is full and enlarge the delay. Congestion control by using active queue management expected can minimize the delay by detecting Congestion before buffer is full. This final duty compare the Random Early Detection ( RED) as Active Queue Management by drop tail pursuant to congestion window ( cwnd), queue, packet drop, throughput and delay by using simulation of Network Simulator 2 ( NS-2). Result of this final duty indicate that to apply the algorithm of Random Early Detection ( RED) as active queue management can take care of the queue and congestion window ( cwnd) ½ from maximum buffer so that quicker delay packet delivery than drop tail. Weakness from Random Early Detection ( RED) is throughput become lower than drop tail

KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena berkat rahmat dan hidayah-nya kami dapat menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul ACTIVE QUEUE MANAGEMENT UNTUK TCP CONGESTION CONTROL Tugas akhir yang mempunyai beban 4 SKS (Satuan Kredit Semester) ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan program studi Strata-1 pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Melalui kegiatan ini mahasiswa dapat melakukan kegiatan laporan yang bersifat penelitian ilmiah dan menghubungkannya dengan teori yang telah diperoleh dalam perkuliahan. Dalam penyusunan laporan tugas akhir ini penulis menyadari akan adanya kekurangan-kekurangan baik dalam penyusunan maupun pembahasan masalah karena keterbatasan pengetahuan penulis. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran membangun dari semua pihak agar dapat lebih baik di masa yang akan datang. Besar harapan penulis bahwa buku tugas akhir ini dapat memberikan informasi dan manfaat bagi pembaca pada umumnya dan mahasiswa Jurusan Teknik Elektro pada khususnya. Surabaya, Juni 2006 Penulis vii

DAFTAR ISI JUDUL i LEMBAR PENGESAHAN iii ABSTRAK v KATA PENGANTAR vii DAFTAR ISI ix DAFTAR GAMBAR xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Permasalahan 1 1.3 Pembatasan Masalah 1 1.4 Metodologi 1 1.5 Sistematika Penulisan 2 1.6 Tujuan 3 1.7 Relevansi 3 BAB II DASAR TEORI 2.1 TCP/IP 5 2.1.1 Arsitektur TCP/IP 6 2.1.1.1 Network Access Layer 7 2.1.1.2 Internet Layer 7 2.1.1.3 Transport Layer 7 2.1.1.4 Application Layer 8 2.1.2 Datagram IP 8 2.1.3 TCP dan UDP 9 2.2 Kontrol Kongesti 11 2.2.1 Slow Start 11 2.2.2 Congestion Avoidance 13 2.2.3 Fast Retransmit 15 2.2.4 Fast Recovery 15 2.3 Queue Management 16 2.3.1 Drop Tail 16 2.3.2 RED (Random Early Detection) 17 2.3.2.1 Persamaan Average Queue Size 19 2.3.2.2 Persamaan Packet Marking Probability 20 BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SIMULASI 3.1 Uraian Umum 21 3.2 Topologi 21 3.3 Pengukuran Performansi 22 ix

3.3.1 Perubahan Buffer size 22 3.3.2 Perubahan Packet size 22 3.4 Pembuatan Simulasi 23 3.4.1 Pembuatan Topologi dan Link 23 3.4.2 Pembuatan Tranport Agent dan Traffic 25 3.4.3 Pembuatan Event Scheduler 26 3.4.4 Pembuatan Trace File 26 3.4.5 Parsing File 29 3.5 Parameter RED 30 BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Uraian Umum 31 4.2 Drop Tail 32 4.2.1 Congestion window (cwnd) pada Drop Tail 32 4.2.2 Antrian pada Buffer Drop Tail 34 4.2.3 Throughput pada Drop Tail 35 4.2.4 Drop Probability pada Drop Tail 36 4.2.5 Delay pada Drop Tail 38 4.3 Random Early Detection (RED) 39 4.3.1 Congestion Window pada RED 39 4.3.2 Antrian pada Buffer RED 41 4.3.3 Throughput pada RED 42 4.3.4 Drop Probability pada RED 43 4.3.5 Delay pada RED 45 4.4 Perbandingan Drop Tail dan RED 46 4.4.1 Congestion Window (cwnd) 46 4.4.2 Antrian pada Buffer 47 4.4.3 Throughput 47 4.4.4 Drop probability 48 4.4.5 Delay 50 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan 53 5.2 Saran 54 DAFTAR PUSTAKA RIWAYAT HIDUP LAMPIRAN USULAN TUGAS AKHIR x

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Arsitektur TCP/IP 6 Gambar 2.2 Format Datagram IP 9 Gambar 2.3 Format TCP 11 Gambar 2.4 Mekanisme Slow Start 12 Gambar 2.5 Congestion Window (cwnd) pada slow start dan congestion avoidance 14 Gambar 2.6 Grafik Probabilitas drop pada drop tail 17 Gambar 2.7 Grafik Probabilitas drop pada RED 18 Gambar 3.1 Topologi Simulasi TCP 21 Gambar 4.1 Model Simulasi TCP 31 Gambar 4.2 Output nam 32 Gambar 4.3 Congestion Window tcp1 buffer 30 Kbyte Drop Tail 33 Gambar 4.4 Congestion Window Drop Tail 34 Gambar 4.5 Antrian pada buffer 30 Kbyte Drop Tail 34 Gambar 4.6 Throughput vs Buffer size Drop Tail 35 Gambar 4.7 Throughput vs Packet size Drop Tail 36 Gambar 4.8 Drop probability vs Buffer size Drop Tail 37 Gambar 4.9 Drop probability vs Packet size Drop Tail 37 Gambar 4.10 Delay vs buffer size Drop Tail 38 Gambar 4.11 Delay vs packet size Drop Tail 39 Gambar 4.12 Congestion Window tcp1 buffer 30 Kbyte RED 40 Gambar 4.13 Congestion Window RED 41 Gambar 4.14 Antrian pada buffer 30 Kbyte RED 41 Gambar 4.15 Throughput vs Buffer size RED 42 Gambar 4.16 Throughput vs packet size RED 43 Gambar 4.17 Drop probability vs Buffer size RED 44 Gambar 4.18 Drop probability vs Packet size RED 44 Gambar 4.19 Delay vs buffer size RED 45 Gambar 4.20 Delay vs packet size RED 46 Gambar 4.21 Throughput vs buffer size 47 Gambar 4.22 Throughput vs packet size 48 Gambar 4.23 Drop probability vs buffer size 49 Gambar 4.24 Drop probability vs buffer size 49 xi

Gambar 4.25 Delay vs Buffer size 50 Gambar 4.26 Delay vs packet size 51 xii