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 LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1.2 Permasalahan 1.3 Pembatasan Masalah 1.4 Metodologi 1.5 Sistematika Penulisan 1.6 Tujuan 1.7 Relevansi BAB II DASAR TEORI 2.1 TCP/IP 2.1.1 Arsitektur TCP/IP 2.1.1.1 Network Access Layer 2.1.1.2 Internet Layer 2.1.1.3 Transport Layer 2.1.1.4 Application Layer 2.1.2 Datagram IP 2.1.3 TCP dan UDP 2.2 Kontrol Kongesti 2.2.1 Slow Start 2.2.2 Congestion Avoidance 2.2.3 Fast Retransmit 2.2.4 Fast Recovery 2.3 Queue Management 2.3.1 Drop Tail 2.3.2 RED (Random Early Detection) 2.3.2.1 Persamaan Average Queue Size 2.3.2.2 Persamaan Packet Marking Probability BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SIMULASI 3.1 Uraian Umum 3.2 Topologi 3.3 Pengukuran Performansi ix
i iii v vii ix xi 1 1 1 1 2 3 3 5 6 7 7 7 8 8 9 11 11 13 15 15 16 16 17 19 20 21 21 22
3.3.1 Perubahan Buffer size 3.3.2 Perubahan Packet size 3.4 Pembuatan Simulasi 3.4.1 Pembuatan Topologi dan Link 3.4.2 Pembuatan Tranport Agent dan Traffic 3.4.3 Pembuatan Event Scheduler 3.4.4 Pembuatan Trace File 3.4.5 Parsing File 3.5 Parameter RED BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Uraian Umum 4.2 Drop Tail 4.2.1 Congestion window (cwnd) pada Drop Tail 4.2.2 Antrian pada Buffer Drop Tail 4.2.3 Throughput pada Drop Tail 4.2.4 Drop Probability pada Drop Tail 4.2.5 Delay pada Drop Tail 4.3 Random Early Detection (RED) 4.3.1 Congestion Window pada RED 4.3.2 Antrian pada Buffer RED 4.3.3 Throughput pada RED 4.3.4 Drop Probability pada RED 4.3.5 Delay pada RED 4.4 Perbandingan Drop Tail dan RED 4.4.1 Congestion Window (cwnd) 4.4.2 Antrian pada Buffer 4.4.3 Throughput 4.4.4 Drop probability 4.4.5 Delay BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan 5.2 Saran DAFTAR PUSTAKA RIWAYAT HIDUP LAMPIRAN USULAN TUGAS AKHIR
x
22 22 23 23 25 26 26 29 30 31 32 32 34 35 36 38 39 39 41 42 43 45 46 46 47 47 48 50 53 54
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 3.1 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Gambar 4.8 Gambar 4.9 Gambar 4.10 Gambar 4.11 Gambar 4.12 Gambar 4.13 Gambar 4.14 Gambar 4.15 Gambar 4.16 Gambar 4.17 Gambar 4.18 Gambar 4.19 Gambar 4.20 Gambar 4.21 Gambar 4.22 Gambar 4.23 Gambar 4.24
Arsitektur TCP/IP Format Datagram IP Format TCP Mekanisme Slow Start Congestion Window (cwnd) pada slow start dan congestion avoidance Grafik Probabilitas drop pada drop tail Grafik Probabilitas drop pada RED Topologi Simulasi TCP Model Simulasi TCP Output nam Congestion Window tcp1 buffer 30 Kbyte – Drop Tail Congestion Window – Drop Tail Antrian pada buffer 30 Kbyte – Drop Tail Throughput vs Buffer size – Drop Tail Throughput vs Packet size – Drop Tail Drop probability vs Buffer size – Drop Tail Drop probability vs Packet size – Drop Tail Delay vs buffer size – Drop Tail Delay vs packet size – Drop Tail Congestion Window tcp1 buffer 30 Kbyte – RED Congestion Window – RED Antrian pada buffer 30 Kbyte – RED Throughput vs Buffer size – RED Throughput vs packet size – RED Drop probability vs Buffer size – RED Drop probability vs Packet size – RED Delay vs buffer size – RED Delay vs packet size – RED Throughput vs buffer size Throughput vs packet size Drop probability vs buffer size Drop probability vs buffer size
xi
6 9 11 12 14 17 18 21 31 32 33 34 34 35 36 37 37 38 39 40 41 41 42 43 44 44 45 46 47 48 49 49
Gambar 4.25 Gambar 4.26
Delay vs Buffer size Delay vs packet size
xii
50 51
