ANALISIS PERBANDINGAN UNJUK KERJA PROTOKOL TCP, UDP, DAN SCTP MENGGUNAKAN SIMULASI LALU LINTAS DATA MULTIMEDIA Rinda Tri Yuniar Anggraeni1), Jusak 2), Anjik Sukmaaji 3) 2)
3)
S1 / Jurusan Sistem Komputer, Sekolah Tinggi Manajemen Informatika & Teknik Komputer Surabaya Kedung Baruk Surabaya S1 / Jurusan Sistem Komputer, Sekolah Tinggi Manajemen Informatika & Teknik Komputer Surabaya Kedung Baruk Surabaya 1)
[email protected]
Abstrak---Utilization of multimedia services is currently increasing. It is used widely by people for various purposes. Because of the proliferation of these multimedia services today, it is necessary to produce a good performance of the service. This paper describes performance comparison results in multimedia data transmission over the Voice Over IP (VoIP) as well as the Internet Protocol Television (IPTV) by using the User Datagram Protocol (UDP), Transmission Control Protocol (TCP) and the Stream Control Transport Protocol (SCTP). The simulation is conducted on NS-2 software to produce the quality of services parameters including latency, jitter, packet loss and queue. Based on the simulation results, it can be concluded that UDP protocol has the lowest latency compared to the TCP and SCTP. In addition, it also inherites the lowest delay variation. However, in terms of packet loss, UDP has a greater tendency to lose packets compared to the TCP and SCTP. Keyword : NS-2, VOIP, IPTV, TCP-UDP-SCTP Comparation
I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Perkembangan teknologi multimedia berbasis video streaming dan voice saat ini semakin banyak digunakan sebagai aplikasi komunikasi pada internet. Pemanfaatan penggunaan teknologi tersebut juga sangat beragam dalam berbagai kegiatan sehingga pada data multimedia dibutuhkan suatu unjuk kerja protokol yang handal dan cepat dalam proses pengirimannya. TCP merupakan protokol yang 75% banyak digunakan untuk layanan internet saat ini.[1]. Namun pada protokol ini, ketika jaringan padat yang otomatis berdampak pada kongesti sangat tinggi menyebabkan time-out dan akan mengirimkan retransmisi karena sifatnya yang conection
2)
[email protected]
3)
[email protected]
oriented.[2]. Hal ini akan menyebabkan delay yang tinggi dan berakibat turunnya throughput. Sedangkan UDP merupakan protokol yang ditujukan untuk kecepatan pengiriman data tanpa memperhatikan adanya kontrol konjesti dan koreksi kesalahan di dalam suatu jaringan. Namun akibat dari kecepatan pengiriman data yang tidak dapat dikendalikan, protokol UDP akan menggunakan seluruh bandwidth yang ada di dalam jaringan. Maka mulailah dikembangkan protokol baru yaitu SCTP. Ini adalah protokol yang reliable mirip dengan TCP, namun menyediakan fasilitas seperti multi-streaming dan multihoming untuk unjuk kerja yang lebih baik dan redundansi. Protokol SCTP ini diharapkan dapat menjembatani kelemahan-kelemahan yang dimiliki TCP dan UDP. Penulis dalam kasus ini menguraikan tentang karakteristik dari protokol TCP, UDP dan SCTP berdasarkan kualitas layanan yang meliputi latency, jitter, packet loss dan queue dalam hubungannya dengan data multimedia (VOIP dan IPTV). Hal ini di harapkan dapat memberikan manfaat dalam penggunaan protokol untuk layanan data multimedia. `Kontribusi yang di dapat dari hasil penelitian ini adalah : 1. Dari hasil perbandingan antara protokol TCP, UDP dan SCTP, diharapkan dapat memberikan kontribusi untuk perkembangan protokol lapisan transport pada layanan data multimedia kedepan. 2. Memberikan analisis perbandingan ke-3 protokol pada data multimedia, dalam hal ini akan dibahas data VOIP (voice over IP) dan IPTV. Organisasi pada tulisan ini pada bagian kedua membahas dasar teori dari ketiga protokol TCP, UDP, SCTP, data multimedia dan Quality of service. Bagian ketiga membahas tentang perancangan dan analisis sistem. Bagian keempat membahas tentang kesimpulan dari makalah ini.
II. DASAR TEORI A. TCP, UDP dan SCTP TCP adalah protokol yang berorientasi koneksi; yang menciptakan suatu koneksi virtual antara dua TCP untuk mengirim data. Di samping itu, TCP menggunakan aliran dan mekanisme error control pada level transportasi. Menggunakan sebuah mekanisme pengakuan untuk memeriksa keamanan dan tanda kedatangan data.. Pada TCP, pengiriman berorientasi koneksi membutuhkan tiga tahap : pembentukan koneksi, transfer data, dan pemutusan koneksi. Proses pembentukan dan pemutusan koneksi menggunakan mekanisme three way handshake.Sedangkan pada UDP disebut protocol conectionless, protokol transport yang tidak dapat dihandalkan. Dengan kelemahan pada UDP memberikan beberapa keuntungan. UDP adalah protokol yang sangat sederhana menggunakan minimum overhead. Jika sebuah proses ingin mengirim pesan yang kecil dan tidak peduli tentang kehandalannya, maka dapat menggunakan UDP.[3]. SCTP menggabungkan fitur terbaik dari UDP dan TCP. SCTP adalah protokol message-oriented yang handal. SCTP menyimpan batas-batas pesan dan pada saat yang sama mendeteksi kehilangan data, duplikasi data, dan out-oforder data. SCTP juga memiliki kontrol konjesti dan mekanisme kontrol aliran, multihoming dan multistreaming. [4]Yang membedakannya dengan TCP diantaranya pada inisialisasi SCTP menggunakan mekanisme Four-Way handshake. B. IPTV dan VOIP IPTV (Internet Protocol Television) yaitu layanan multimedia dalam bentuk televisi, video, audio, text, graphic, data yang disalurkan kepada pelanggan melalui jaringan IP (Internet Protocol). [5]. VOIP merupakan salah satu aplikasi audio/video interaktif secara real time adalah voice over IP (VOIP), atau Internet Telephony. SIP adalah salah satu protokol pada VOIP, dirancang untuk menjadi aplikasi yang independen yang mendasari transport layer dan dapat berjalan pada UDP, TCP, atau SCTP. Pada saat menggunakan UDP, pesan mungkin akan hilang atau keluar dari urutana. Untuk itu maka digunakan mekanisme kehandalan melalui waktu retransmisi, perintah pengurutan dan pengakuan (acknowledgement). [6].
C. Quality of Service (QoS) Quality of service ( QoS) di definisikan sebagai sebuah mekanisme atau cara yang memungkinkan layanan dapat beroperasi sesuai dengan karakteristiknya masingmasing dalam jaringan IP. Parameter yang lazim dijadikan referensi umum untuk mengamati unjuk kerja jaringan, diantaranya adalah delay dan jitter. [7].
III. PERANCANGAN DAN ANALISIS SISTEM Gambar 1 berikut merupakan gambar blok diagram sistem yang merupakan penjelasan singkat dari perancangan simulasi yang dibuat pada tugas akhir “Analisis Perbandingan Unjuk Kerja Protokol TCP, UDP dan SCTP” yang menggunakan software Network Simulator 2.35. INPUT MULTIMEDIA
PROSES PROTOKOL
OUTPUT
ANALISIS LATENCY DELAY
VOIP
ANALISIS JITTER
TCP PACKET LOSS
UDP STREAMING IPTV
SCTP QUEUE
ANALISIS PACKET LOSS
PERBANDINGAN UNJUK KERJA PROTOKOL TCP, UDP, DAN SCTP
ANALISIS QUEUE
BANDWIDTH DELAY PROPAGATION JUMLAH KANAL
Gambar 1. Blok diagram sistem
A. Perancangan Sistem Pada simulasi ini digunakan model topologi dumbbell. Model topologi dumb-bell ini digunakan untuk mempelajari tentang efek jalur bottleneck-link oleh banyak node sumber. [8].
Gambar 2. Topologi Dumb-bell
Pada proses simulasi ini dilakukan dengan menggunakan software NS-2. Simulator ini di bangun kepentingan riset interaksi antar protokol dalam konteks pengembangan protokol internet pada saat ini dan masa yang akan datang. Terdapat parameter eksternal yang digunakan untuk memberikan efek dalam membandingkan ke tiga protokol berdasarkan kondisi-kondisi yang telah ditentukan. Parameter eksternal meliputi bandwidth, delay transmission, dan jumlah kanal.Berikut ini nilai parameter yang akan dijadikan skenario percobaan simulasi: Jumlah kanal : 2 dan 5 Data yang digunakan: VOIP dan IPTV Dengan data VOIP : skenario 1: 128Kb – 100 ms skenario 2: 384Kb – 100 ms skenario 3 :512Kb – 100 ms skenario 4 :128Kb – 300 ms skenario 5 :384Kb – 300 ms skenario 6 :512Kb – 300 ms Dengan data IPTV: skenario 1 : 512Kb – 100 ms skenario 2 : 1Mb – 100 ms skenario 3 : 3Mb – 100 ms skenario 4 : 512Kb – 300 ms
skenario 5 : 1Mb – 300 ms skenario 6 : 3Mb – 300 ms B. Analisis Simulasi Ukuran paket yang diberikan untuk VOIP 160 byte menggunakan protokol G.711, sedangkan IPTV 1300 byte. Angka 1-6 menunjuk pada perancangan skenario percobaan simulasi. Pada perbandingan unjuk kerja TCP, UDP dan SCTP, enam simulasi di jalankan untuk masing-masing protokol dan masing-masing jumlah kanal. Jumlah kanal digunakan untuk menunjukan kondisi jaringan saat data di jalankan tanpa adanya konjesti dengan menggunakan 1 kanal, dan dengan 5 kanal akan menunjukan kinerja dari jaringan saat jalur bottleneck harus berbagi data dengan yang lain.
Latency (ms)
300 ms 128 Kb 300 ms 384 Kb 300 ms 512 Kb
Latency (ms)
Latency (ms)
530
1211
1570
383
583
396
398
656
762
373
477
335
381
602
660
1
2
3 TCP
4 5 UDP
6 SCTP
2 TCP
3
4 UDP
5
6 SCTP
700 600 500 400 300 200 100 0 1
Gambar 3. Grafik Latency VOIP 1 Kanal
2 TCP
3
UDP
4
5 6 SCTP
Gambar 6. Grafik Latency IPTV 5 Kanal
2000 Latency (ms)
528
Gambar 5. Grafik Latency IPTV 1 Kanal
1400 1200 1000 800 600 400 200 0
Tabel 2.. Perbandingan Latency TCP,UDP, dan SCTP pada IPTV
1500
BandwidthDelay Propagation 100 ms – 512 Kb 100 ms – 1Mb 100 ms – 3Mb 300 ms – 512 Kb 300 ms – 1Mb 300 ms – 3Mb
1000 500 0 1
2 TCP
3
4 UDP
5 6 SCTP
Gambar 4. Grafik Latency VOIP 5 Kanal
Tabel 1. Perbandingan Latency TCP,UDP, dan SCTP pada VOIP BandwidthTCP UDP SCTP Delay Propagati on 100 ms 128 Kb 100 ms 384 Kb 100 ms 512 Kb
1090
700 600 500 400 300 200 100 0
1. Analisis Latency:
1
864
1 Kanal
5 Kanal
1 Kanal
5 Kanal
1 Kanal
5 Kanal
1018
1098
328
330
1290
1458
296
422
196
198
576
632
195
330
135
181
455
515
TCP 1 5 Kanal Kanal
UDP 1 5 Kanal Kanal
SCTP 1 5 Kanal Kanal
195
330
163
420
448
486
157
240
155
278
189
292
151
155
150
152
185
179
373
477
363
620
591
624
360
379
355
478
377
451
355
365
350
352
370
373
Dari gambar 2-5 menunjukan unjuk kerja yang sama terhadap protokol ketiga protokol, sehingga dapat dilakukan kesimpulan bahwa UDP menghasilkan latency yang paling kecil. Jumlah latency yang kecil menunjukan sedikitnya waktu rata-rata pengiriman trafik data dari node sumber hingga sampai ke node tujuan. Semakin kecil latency akan semakin cepat data di kirim.
2.
Jitter (ms)
Dari hasil grafik terlihat bahwa untuk data VOIP dan IPTV, protokol SCTP mempunyai latency tertinggi.
Analisis Jitter: 25 Jitter (ms)
20
1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0
15
1
2 TCP
10 5
3
4 UDP
5
6 SCTP
Gambar 9. Jitter IPTV dengan 1 Kanal
0 1
2
3
4 UDP
TCP
5
6 SCTP
5 4 Jitter (ms)
Gambar 7. Jitter VOIP 1 Kanal
100 Jitter (ms)
80
3 2
60
1
40
0 1
20
2 TCP
0 1
2
3
TCP
4
5
UDP
TCP 1 5 Kanal Kanal
UDP 1 5 Kanal Kanal
SCTP
5 SCTP
6
Tabel 4. Perbandingan Jitter TCP,UDP, dan SCTP pada IPTV
SCTP 1 5 Kanal Kanal
7
31
0
0
13
82
0
4
0
0
2
8
0
2
0
0
1
4
5
23
0
0
21
84
0
5
0
0
2
11
0
2
0
0
1
6
Tabel 3. Perbandingan Jitter TCP,UDP, dan SCTP pada VOIP
4 UDP
Gambar 10. Jitter IPTV dengan 5 Kanal
6
Gambar 8. Jitter VOIP 5 Kanal
BandwidthDelay Propagation 100 ms – 512 Kb 100 ms – 1Mb 100 ms – 3Mb 300 ms – 512 Kb 300 ms – 1Mb 300 ms – 3Mb
3
Bandwidth -Delay Propagation 100 ms – 512 Kb 100 ms – 1Mb 100 ms – 3Mb 300 ms – 512 Kb 300 ms – 1Mb 300 ms – 3Mb
TCP 1 5 Kanal Kanal
UDP 1 5 Kanal Kanal
SCTP 1 5 Kanal Kanal
0
2
0
0
0
4
0
0
0
0
0
2
0
0
0
0
0
0
0
2
0
1
1
4
0
0
0
0
0
2
0
0
0
0
0
0
Jitter lazimnya disebut variasi delay, berhubungan erat dengan latency, yang menunjukkan banyaknya variasi delay pada transmisi data di jaringan.[9]. Dari hasil grafik dalam Gambar 6-9 terlihat bahwa untuk data VOIP dan IPTV, protokol SCTP mempunyai jitter tertinggi. Dari ketiga protokol menunjukan UDP yang terbaik dari ketiganya, dilihat dari rendahnya nilai jitter pada semua kondisi yang ada.
3. Analisis Packet Loss:
5% Packet Loss (%)
Packet Loss (%)
80% 60% 40% 20%
4% 3% 2% 1% 0% 1
0% 1
2
3
4
TCP
5
UDP
3
4 UDP
TCP
6
5
6 SCTP
Gambar 13. Packet Loss IPTV 1 Kanal
SCTP
Gambar 11. Packet Loss VOIP 1 Kanal
Packet Loss (%)
100,00%
100% Packet Loss (%)
2
80% 60% 40%
80,00% 60,00% 40,00% 20,00% 0,00%
20%
1
0% 1
2 TCP
3
4
5
UDP
6
2
TCP
SCTP
3
4
UDP
5
6
SCTP
Gambar 14. Packet Loss IPTV 5 Kanal
Gambar 12. Packet Loss VOIP 5 Kanal Tabel 6. Perbandingan Packet Loss TCP,UDP, dan SCTP pada IPTV Tabel 5. Perbandingan Packet Loss TCP,UDP, dan SCTP pada VOIP BandwidthDelay Propagation 100 ms - 128 Kb 100 ms - 384 Kb 100 ms - 512 Kb 300 ms - 128 Kb 300 ms - 384 Kb 300 ms - 512 Kb
TCP (%) 1 5 Kanal Kanal
UDP (%) 1 5 Kanal Kanal
SCTP (%) 1 5 Kanal Kanal
0
16.59
70.88
94.18
10.14
20.11
0
10.62
13.74
82.75
5.25
10.63
0
8.31
0
77.04
3.40
8.73
0
17.24
70.88
94.18
13.11
18.00
0
9.98
13.74
82.75
1.92
11.97
0
6.85
0
77.04
0
11.49
BandwidthDelay Propagation 100 ms – 512 Kb 100 ms – 1Mb 100 ms – 3Mb 300 ms – 512 Kb 300 ms – 1Mb 300 ms – 3Mb
TCP (%) 1 5 Kanal Kanal
UDP (%) 1 5 Kanal Kanal
SCTP (%) 1 5 Kanal Kanal
0
8.31
0
83.40
4.02
10.44
0
5.00
0
67.99
0
6.54
0
0.37
0
0
0
1.88
0
6.85
0
83.40
0
10.80
0
3.47
0
67.99
0
5.39
0
1.40
0
0
0
1.63
Untuk packet loss data VOIP dan IPTV, terlihat pada gambar 10-13 bahwa protokol UDP yang mempunyai ratarata packet loss yang tinggi untuk kondisi bandwidth yang rendah. Hal ini dikarena pada pengiriman UDP tidak terdapat control congesti yang berakibat paket-paket akan dikirimkan tanpa perlu dibatasi saat kapasitas queue sedang mengalami kepadatan.
Analisis Queue: Queue (Packet)
4.
Queue (Packet)
20 15 10
12 10 8 6 4 2 0 1
5
2
3
TCP
0 1
2
3
4
5
4
5
UDP
6 SCTP
6 Gambar 17. Queue IPTV 1 Kanal
TCP
UDP
SCTP 20 Queue(Packet)
Gambar 15. Queue VOIP 1 Kanal
Queue (Packet)
20 15 10
15 10 5 0
5
1
0 1 TCP
2
3 UDP
4 5 SCTP
3
4
TCP
6
5
UDP
6 SCTP
Gambar 18. Queue IPTV 5 Kanal
Gambar 16. Queue VOIP 5 Kanal
Tabel 8. Perbandingan Queue TCP,UDP, dan SCTP pada IPTV
Tabel 7. Perbandingan Queue TCP,UDP, dan SCTP pada VOIP BandwidthDelay Propagation 100 ms - 128 Kb 100 ms - 384 Kb 100 ms - 512 Kb 300 ms - 128 Kb 300 ms - 384 Kb 300 ms - 512 Kb
2
TCP 1 5 Kanal Kanal
UDP 1 5 Kanal Kanal
SCTP 1 5 Kanal Kanal
12.28
14.34
17.68
17.74
11.76
16.22
5.33
10.45
17.05
17.37
11.79
14.55
1.76
9.98
0.00
17.21
10.89
14.58
5.85
10.52
17.68
17.74
8.09
12.95
0.29
8.15
17.05
17.37
4.74
11.32
0.21
6.03
0.00
17.21
6.17
10.54
BandwidthDelay Propagation 100 ms – 512 Kb 100 ms – 1Mb 100 ms – 3Mb 300 ms – 512 Kb 300 ms – 1Mb 300 ms – 3Mb
TCP 1 5 Kanal Kanal
UDP 1 5 Kanal Kanal
SCTP 1 5 Kanal Kanal
1.76
9.98
0.53
17.34
10.78
13.95
0.00
8.39
0.23
16.61
0.00
11.29
0.00
1.16
0.01
3.60
0.00
1.87
0.21
6.03
0.53
17.34
6.30
9.89
0.00
2.57
0.23
16.61
0.00
6.63
0.00
0.73
0.01
3.60
0.00
1.36
Dari grafik gambar 14-17 terlihat, semakin banyak jumlah kanal akan semakin besar kapasitas queue yang digunakan dan semakin besarnya kapasitas queue yang digunakan oleh suatu protokol, akan menimbulkan banyaknya paket yang mengalami loss. IV. KESIMPULAN Hasil analisis dari perbandingan unjuk kerja protokol TCP, UDP dan SCTP ini terhadap data VOIP dan IPTV yaitu Parameter Latency pada TCP mempunyai nilai yang lebih besar dibanding UDP, hal ini karena adanya mekanisme three-way-handshake pada proses inisialisasi koneksi serta adanya retransmisi. Sementara itu SCTP memiliki latency dengan nilai tertinggi, hal ini disebabkan
karenakan SCTP menggunakan sistem pengiriman best efford, yang berarti bahwa SCTP akan berupaya mengirimkan data antar pengirim dan penerima dengan baik tetapi tidak menjamin urutan dan integritas data dari segmen yang dikirim. Tingginya nilai latency pada SCTP disebabkan juga karena pengiriman acknowledgement dari setiap paket SCTP membutuhkan waktu yang lama sehingga secara keseluruhan delay pada SCTP menjadi lebih tinggi. [6]. Jitter berhubungan erat dengan latency. Jitter merupakan ukuran banyaknya variasi delay pada transmisi data di dalam jaringan. [9]. Berdasarkan hasil pengujian didapatkan bahwa SCTP memiliki jitter tertinggi dibandingkan dengan kedua protokol yang lain. Dengan menggunakan data VOIP dan IPTV saat dikondisikan dengan nilai bandwidth dan delay propagation yang sama, didapatkan bahwa perbedaan nilai latency dan jitter tidak terlalu signifikan. Packet loss berhubungan dengan besarnya kapasitas queue yang bisa menampung trafik data dalam proses pengiriman, Semakin besar kapasitas queue yang digunakan akan semakin tinggi kemungkinan terjadi paket hilang. Packet loss juga berhubungan dengan jumlah kanal yang digunakan, semakin banyak jumlah kanal dari suatu jaringan akan semakin tinggi jumlah packet loss dikarenakan penggunaan queue juga akan meningkat. Berdasarkan hasil pengujian didapatkan bahwa untuk bandwidth yang kecil akan menghasilkan packet loss yang tinggi pada protokol UDP, TCP dan SCTP. Namun dari ketiga protokol yang dibandingkan, menunjukan UDP mempunyai rata-rata packet loss tertinggi dari kedua protokol yang lain.
DAFTAR PUSTAKA 1] Adnan, R., 2013. Windows Networking dengan UDP dan .NET. [Online] Available at: http://www.microsoft.com/indonesia/msdn/udp_dotnet.aspx [Accessed Februari 2013]. [2] Huston, G. & T., n.d. Future for TCP. [Online] Available at: http://www.cisco.com/web/about/ac123/ac147/ac174/ac195/about_cisc o_ipj_archive_article09186a00800c83f8.html [Accessed Desember 2012]. [3] Forouzan, B. A., 2007. Data Communications And Networking. New York : McGraw-Hill. [4] Sapura, I. W. A., 2012. PERANCANGAN FTP (FILE TRANSFER PROTOCOL) MELALUI SCTP (STREAM CONTROL TRANSMISION PROTOCOL) MENGGUNAKAN SOCKET PROGRAMMING, Bali: Universitas Udayana. [5] Kartika, D. C., n.d. RANCANG BANGUN LAYANAN PERSONAL VIDEO RECORDING (PVR) PADA INTERNET PTOTOCOL TELEVISION (IPTV), Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember,. [6] Gangurde, P., Waware, S. & Sarwade, N., 2012. Simulation of TCP, UDP, and SCTP with constant traffic for VOIP. International Journal of Engineering Research and Application, p. 1245. [7] Gani, T. A., Rahmad & Afdhal, 2010. Aplikasi Pengaruh Quality Of Service (Qos) Video Conference Pada Trafik H.323 Dengan Menggunakan Metode Differentiated Service (Diffserv). Rekayasa Elektrika, 9(Quality of Service), p. 56.
[8] Computer Science Department, 2007. NS-2 tutorial, Pennsylvania: Carnegie Mellon. [9] Nurhayati, O. D., n.d. Sistem Komunikasi Multimedia. [Online] Available at: http://eprints.undip.ac.id/20121/1/Persyaratan_Layanan_dan_Protokol _pert9.pdf [Accessed Februari 2012].
