BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini akan membahas tentang teori-teori yang digunakan dalam penyusunan skripsi ini. Bagian pertama membahas teori umum. Bagian kedua membahas teori khusus yang berkaitan dengan topik skripsi ini yaitu Software Defined Networking yang melatarbelakangi penyusunan bab 1, bab 3 dan bab 4.
2.1 Teori Umum Jaringan 2.1.1 Perangkat Jaringan Didalam jaringan komputer, terdapat dua istilah untuk perangkatperangkat yang di gunakan yaitu, end device dan intermediary device. (Dye, 2008). • End device merupakan perangkat-perangkat yang menjadi pengguna dari jaringan komputer sebagai sumber atau tujuan dari pertukaran data. End device dapat memiliki berbagai macam istilah seperti node, host, station, dsb. Contoh-contoh end device seperti PC, server, printer, dsb. • Intermediary device adalah perangkat yang berfungsi sebagai penghubung antar perangkat yang ada di dalam jaringan komputer. Contoh-contoh intermediary device seperti switch, hub, router, firewall, dsb.
2.1.2 Topologi Jaringan Topologi merujuk kepada bagaimana perangkat jaringan disusun dalam jaringan. Dua atau lebih network device yang saling terhubung akan membentuk topologi. Ada 4 topologi jaringan yang mendasar: mesh, star, bus, dan ring. (Forouzan, 2007)
5
6 • Mesh Dalam topologi mesh setiap perangkat jaringan terhubung langsung terhadap semua perangkat jaringan lainnya yang ada di jaringan.
Gambar 2.1 Topologi Mesh
• Star Dalam topologi star, setiap perangkat jaringan terhubung hanya pada satu controller yang terpusat, seperti switch, hub atau acces point.
Gambar 2.2 Topologi Star
7 • Bus Dalam topologi bus, setiap perangkat jaringan akan terhubung dengan kabel backbone yang akan menghubungkan semua perangkat di dalam jaringan. Setiap perangkat terhubung ke backbone dengan menggunakan peralatan khusus yang dinamakan drop line dan tap. Drop line merupakan kabel yang menghubungkan antara perangkat jaringan dengan backbone, sedangkan tap penghubung antara kabel drop line dan kabel backbone.
Gambar 2.3 Topologi Bus
• Ring Dalam topologi ring, setiap perangkat jaringan hanya terhubung langsung dengan dua perangkat jaringan yang berada di masing-masing sisi. Sinyal akan di teruskan dalam satu arah, dari perangkat yang satu ke perangkat berikutnya hingga sampai di tujuan.
Gambar 2.4 Topologi Ring
8 • Hybrid Umumnya dalam satu jaringan komputer yang besar, beberapa topologi mendasar yang di jelaskan di atas akan saling terhubung hingga membentuk topologi hybrid. Gambar 2.5 menunjukkan topologi hybrid dimana end device terhubung ke jaringan dengan topologi bus, yang kemudian topologi bus tersebut akan saling terhubung satu dengan lainnya melalui controller yang akan membentuk topologi star.
Gambar 2.5 Topologi Hybrid
2.1.3 Kategori Jaringan Komputer Ketika membicarakan kategori jaringan komputer, umumnya merujuk kepada dua kategori utama, yaitu Local Area Network (LAN) dan Wide Area Network (WAN), dimana suatu jaringan komputer ditentukan berdasaran ukuran cakupannya. (Forouzan, 2007) Local Area Network (LAN)memiliki cakupan area yang tidak terlalu luas, biasanya hanya sekitar beberapa kilometer. LAN umumnya di implementasikan dalam satu gedung atau antar beberapa gedung yang saling berdekatan dengan tujuan agar perangkat jaringan yang berada di dalam jaringan dapat saling terhubung dan berbagi sumber daya.
9 Wide Area Network (WAN)menyediakan transmisi data jarak jauh dan cakupannya sangat luas meliputi suatu pulau, negara, benua, bahkan seluruh dunia. WAN sendiri dapat terbagi lagi menjadi dua kategori, yaitu point-to-point WAN dan switched WAN. Switched WAN umumnya menghubungkan intermediary device yang terhubung dengan LAN atau WAN lain, sedangkan point-to-point WAN umumnya adalah layanan jaringan yang di sewakan oleh provider agar perangkat jaringan atau LAN dapat terhubung ke internet.
Gambar 2.6Switched WAN dan Point-to-Point WAN
Selain itu, kategori lainnya dalam jaringan komputer yang merupakan turunan dari WAN dan LAN adalahCampus Area Network (CAN) yaitu jaringan komputer yang terdiri dari interkoneksi LAN dalam wilayah geografis yang terbatas. Jaringan biasanya menghubungkan berbagai bangunan kampus seperti departemen akademik, perpustakaan, dll. Metropolitan Area Network (MAN) adalah jaringan yang menghubungkan dua atau lebih LAN atau CAN tetapi tidak melampaui batas-batas kota.
10
Global Area Network (GAN) dikembangkan oleh beberapa kelompok dan tidak mempunyai definisi yang spesifik. Secara umum, GAN adalah model untuk mobile communication melalui nomor yang berubah-ubah dari wireless LAN, area jangkauan satelit, dll.
2.1.4 Desain Jaringan Desain jaringan adalah salah satu faktor yang mempengaruhi performa jaringan. Dengan desain jaringan yang best practice, performa jaringan meningkat dari segi reliability, security, scalability, dan manageability. (Dye, 2008) Reliability merujuk kepada seberapa sering jaringan mengalami gangguan dan kemampuannya dalam menghadapai gangguan. Reliability di capai dengan mengimplementasikan redundancy yaitu menerapkan beberapa link sebagai link cadangan. Scalability adalah kemudahan dalam mengembangkan jaringan tanpa mempengaruhi
kinerja
mengimplementasikan
jaringan.
jaringan
dengan
Scalability model
dicapai
hierarchical
dengan dan
link-
aggregation, yaitu menggabungkan beberapa link fisik menjadi satu buah link logikal. Security dan manageability dapat di capai dengan menerapkan jaringan model hierarchical.
11
Gambar 2.7 Desain Jaringan Hierarchical
• Core Layer Layer ini berfungsi sebagai backbone dari jaringan penghubung antar perangkat jaringan di layer distribution, serta penghubung ke WAN. Karakteristik layer ini adalah memiliki bandwidth yang besar serta perangkat jaringan dengan kemampuan packet forwarding yang tinggi karena layer ini merupakan aggregate atau kumpulan koneksi layer di bawahnya. • Distribution Layer Layer ini berfungsi sebagai penghubung antar perangkat jaringan pada access layer dan security untuk packet-filtering. Karakteristik layer ini adalah high speed forwarding dan routing capacity serta ACL. • Access Layer Layer ini berfungsi sebagai penghubung perangkat end device pada jaringan dan security untuk end device filtering. Karakteristik layer ini adalah port security dan PoE untuk beberapa end device.
12
2.1.5 VLAN VLAN adalah sebuah model jaringan yang tidak terbatas pada keadaan fisik dan bertujuan untuk mengelompokkan beberapa komputer. Dengan kata lain, VLAN adalah sekumpulan user yang terkelompok secara logika. DenganVLAN, perubahan jaringan dapat dilakukan dengan melakukan konfigurasi pada port, sesuai VLAN yang dibutuhkan, dan tidak memerlukan jaringan secara fisik. VLAN mampu mernbagi sebuah broadcast domain rnenjadi beberapa broadcast domain dengan ukuran yang lebih kecil. Setiap broadcast domain yang terbentuk tersebut dapat dipandang sebagai subnetwork yang berbeda-beda. VLAN dapat ditentukan berdasarkan lokasi, fungsi, departemen, aplikasi, dan protokol yang digunakan. (Sofana, 2010)
2.2 Software Defined Networking (SDN) Software Defined Networking (SDN) adalah sebuah pendekatan baru dalam mendesain, membangun, dan mengelola jaringan komputer.Konsep dasar SDN berkaitan erat dengan arsitektur perangkat networking seperti Router, packet Switch, LAN Switch dan sebagainya. Secara umum dalam perangkat networking terdapat dua bagian, yaitu Control Plane dan Data Plane. (Hyojoon, 2013) Control Plane adalah bagian yang berfungsi untuk mengatur logika pada perangkat networking seperti routing table, pemetaan jaringan, dan sebagainya.Data Plane adalah bagian yang berfungsi untuk meneruskan paket-paket yang masuk ke suatu port pada perangkat networking menuju port keluar dengan berkonsultasi kepada Control Plane.
2.2.1Jaringan Tradisional VS Jaringan SDN Konsep jaringan SDN adalahmelakukan pemisahan antara Control Plane dan Data Plane, dimana Data Plane tetap berada pada perangkat networking, sedang Control Plane berada pada sebuah entitas terpisah bernama “Controller” yang akan menentukan perilaku jaringan dengan cara memungkinkan Data Plane untuk di program sehingga terbentuklah istilah Software Defined Networking (SDN)yang mendefinisikan jaringan. (Mendonca, 2013)
13 Hal ini berbeda dengan konsep jaringan tradisional, yaitu Control Plane dan Data Plane berada dalam satu perangkat networking yang sama. Gambar 2.8 mengilustrasikan perbandingan antara konsep jaringan tradisional
dengan
konsep
jaringan
Software
Defined
Networking
(SDN).Gambar di sebelah kiri merupakan konsep jaringan tradisional, Control Plane dan Data Plane berada dalam satu tempat yang sama, yaitu di dalam perangkat networking. Gambar sebelah kanan merupakan konsep jaringan SDN menunjukkan pemisahan Control Plane dari Data Plane, sehingga pada perangkat networking hanya terdapat Data Plane.Selain itu pada gambar di atas perbedaan antara konsep jaringan komputer tradisional dengan konsep jaringan komputer SDN juga di tunjukkan, yaitu pada struktur Control Plane.
Gambar 2.8 Jaringan Tradisional VS Jaringan SDN Control Plane pada jaringan tradisional merupakan struktur yang terdistribusi, yaitu setiap perangkat networking memiliki ControlPlane-nya
14
tersendiri sehingga dapat membuat keputusan secara otonomi berdasarkan informasi yang dimilikinya, sedangkanControl Planepada jaringan SDN, strukturnya tersentralisasi. Dimana perangkat networking hanya memiliki kemampuan terbatas dalam membuat keputusan, dan untuk membuat keputusan membutuhkan kehadiran Controller.
2.2.2 Model Control Plane
Gambar 2.9 Model Control Plane
Terdapat 3 modelcontrol plane yaitu : a. Distributed Control merupakan struktur model yang mewakili konsep jaringan tradisional, dimana Control Planedan Data Plane berada dalam satu perangkat networking yang sama. b. Centralized Control, tidak terdapat Control Plane pada perangkat networking. Perangkat networking hanya terdiri dari Data Plane yang berfungsi meneruskan paket-paket. Semua keputusan akan ditentukan oleh Controller. c. Hybrid Control, Control Plane tetap berada pada perangkat networking, namun secara logika pengambilan keputusan tetap akan tersentralisasi pada
15 Controller. Control Plane lokal pada perangkat networking berperan untuk pengambilan keputusan yang sebelumnya telah di tentukan dan tidak memerlukan lagi keterlibatan Controller.(Nadeau, 2013)
2.2.3 Arsitektur Konseptual SDN
Gambar 2.10 Arsitektur Konseptual SDN Secara konseptual terdapat 3 layer yang menyusun arsitektur jaringan SDN, yaitu Application Plane, Control Plane, dan Data Plane. Application Plane adalah layer dimana aplikasi-aplikasi seperti web server, mail server, dan sebagainya yang berjalan di atas jaringan komputer berada. Control Plane adalah layer dimana Controller berada setelah di pisahkan dari Data Plane.
16
Sedang Data Planelayer dalam gambaran konseptual ini hanyalah sekumpulan dari perangkat networking yang akan di kendalikan oleh Control Plane. (Stallings, 2013) Antara Application Plane dan Control Plane, terdapat sebuah Application Programming Interface (API) yang berfungsi untuk menjembatani komunikasi antara kedua layer tersebut. API ini di namakan Northbound Interface.Sedang antara Control Plane dan Data Plane, terdapat sebuah API yang di namakan Southbound Interface. Terdapat beberapa implementasi Southbound Interface, namun yang paling umum dan popular adalah OpenFlow.
2.2.4 Operasi Jaringan SDN dengan OpenFlow Secara umum jaringan SDN dengan OpenFlow beroperasi dengan cara yang berbeda dari jaringan tradisional. Jaringan SDN OpenFlow menggunakan konsep Flow, yang di definisikan sebagai aliran paket-paket dalam jaringan dimana header-header paketnya memiliki nilai-nilai yang sama. Sebagai contoh, sebuah Flow dapat berupa paket-paket dengan alamat asal dan alamat tujuan IP yang sama, atau semua paket dengan identifier VLAN yang sama. (Stallings, 2013) Controller yang terletak di Control Plane adalah otak dari jaringan SDN OpenFlow, dimana semua keputusan tentang jaringan di buat. Controller menentukan Flow-Flow yang dapat berada di dalam jaringan. Setiap Flow di dalam jaringan harus mendapatkan ijin terlebih dahulu dari Controller, yang akan menentukan apakah komunikasi tersebut diperbolehkan oleh network policy. Jika di perbolehkan maka Controllerakan menentukan rute Flow, dan menambahkan rute tersebut kepada setiap perangkat networking yang akan dilalui oleh Flow. Peran perangkat networking pada jaringan SDN OpenFlow adalah sebagai berikut: • Mengenkapsulasi dan meneruskan paket yang pertama dari Flow kepada Controller, yang kemudian akan di tentukan oleh Controller apakah Flow
17 tersebut akan di ijinkan atau tidak. Jika diperbolehkan maka Flow akan di tambahkan ke dalam Flow Table perangkat networking. • Meneruskan paket-paket yang masuk dan keluar berdasarkan Flow Table. • Menolak paket secara sementara atau permanen bergantung pada keputusan yang di tentukan oleh Controller.
2.2.5 OpenFlow Switch Specification OpenFlow
Switch
Specification
adalah
referensi
yang
awalnya
dikembangkan oleh Stanford University dan kemudian dilanjutkan Open Networking Foundation (ONF). OpenFlow Switch Specification meliputi komponen dan fungsi dasar yang dibutuhkan oleh perangkat networking untuk mendukung OpenFlow. (McKeown, 2013) PerancangOpenFlow menemukan fakta bahwa banyak dari perangkat networking meskipun memiliki Flow Table berbeda antar masing-masing vendor, namun mempunyaifungsi-fungsi umum. Perangkat networking tersebut biasanya di produksi dengan menggunakan Ternary Content Addressable Memory (TCAM). Desainer OpenFlow mengeksploit fungsi-fungsi umum tersebut yang kemudian digunakan dalam membentuk arsitektur logikal dari OpenFlow Switch. Gambar 2.11 menunjukkan arsitektur logikal dari perangkat networking yang mendukung OpenFlow (yang selanjutnya disebut OpenFlow Switch) sesuai referensi OpenFlow Switch Specification versi 1.3.0
18
Gambar 2.11 Arsitektur Logikal OpenFlow Switch
OpenFlow Switch berkomunikasi dengan Controller menggunakan OpenFlow Protocol melalui Secure Socket Layer (SSL). Pada masing-masing switch, terdapat serangkaian tabel yang dapat di implementasikan dengan hardware ataupun firmware.OpenFlow mendefinisikan tiga tabel yang terdapat di dalam arsitektur logikal OpenFlow Switch, yaitu Flow Table, Group Table, dan Meter Table. (Stallings, 2013) Flow Table berfungsi untuk menentukan paket yang datang masuk ke dalam suatu flow, dan kemudian mengambil tindakan terhadap paket tersebut. Ada kemungkinan terdapat beberapa Flow Table dalam sebuah switch yang akan di operasikan secara pipeline. Flow Table juga dapat mengarahkan Flow kepada Group Table yang akan memicu berbagai macam tindakan terhadap sebuah Flow atau lebih. Meter Table digunakan untuk memicu berbagai macam tindakan yang berkaitan dengan performa pada sebuah Flow.Controller melalui OpenFlow memperbolehkan untuk memanipulasi langsung seperti menambah, menghapus, atau memodifikasi sebuah Flow pada Flow Table. Sebuah Flow memiliki tiga kolom, yaitu: (Shinde, 2013) • Packet Header, yang menentukan bagaimana paket akan di teruskan.
19 • Action, yang menspesifikasikan tindakan apa yang harus diambil terhadap sebuah Flow. • Counter, yang menyatakan jumlah paket yang diproses pada tiap Flow. Berikut adalah beberapa Action mendasar yang dapat di asosiasikan kepada setiap Flow: • Teruskan paket kepada port tertentu, • Tolak traffic tertentu, • Enkapsulasi dan teruskan paket ke Controller. Hal ini biasanya berlaku untuk paket yang pertama sekali dari Flow, dan bertujuan untuk menentukan status Flow tersebut. • Teruskan paket melalui proses pipelining normal perangkat networking tanpa mengambil tindakan apapun. Gambar 2.12 menunjukkan contoh struktur Flow Table dan Action Set yang lebih mendetail.
Gambar 2.12Flow Table pada OpenFlow Switch OpenFlow Switch dapat dikategorikan menjadi dua macam, yaitu Dedicated OpenFlow Switch dan OpenFlow Enabled Switch. Dedicated
20
OpenFlow Switch merupakan switch yang hanya memiliki Data Plane, dan berfungsi untuk meneruskan paket-paket saja seperti yang telah di tentukan oleh Controller. Switch ini tidak mendukung operasi normal pada layer 2 dan layer 3 networking.OpenFlow Enabled Switch merupakan perangkat networking yang umum di gunakan saat ini, dimana akan ditambahkan dukungan OpenFlow kedalamnya seperti Flow Table, Secure Channel, Group Table, dan Meter Table. Umumnya hal ini dilakukan dengan upgradefirmware pada perangkat networking. (McKeown, 2008)
2.2.6 Komponen Untuk Menjalankan OpenFlow • NOX/POX NOX merupakan sebuah kontroler yang sudah ada sejak awal dan suatu component-based framework untuk mengembangkan Aplikasi SDN. NOX menyediakan support modules khusus untuk OpenFlow. Inti NOX menyediakan metode-metode pembantu dan API untuk berinteraksi dengan Openflow switch, termasuk penanganan konektifitas pada mesin. Komponenkomponen tambahan yang menghubungkan API yang telah tersedia termasukhost tracking, routing, topology (LLDP), dan Python interface yang diimplementasikan sebagai pembungkus untuk komponen API, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.13. (O’Reilly, 2013)
21
Gambar 2.13 Arsitektur NOX
NOX sering digunakan dalam penelitian dalam akademis dibidang networking untuk mengembangkan aplikasi SDN. Beberapa aplikasi NOX populer adalah SANE dan Etana. SANE adalah sebuah pendekatan untuk merepresentasikan jaringan sebagai sebuah filesystem. Sedangkan etana adalah aplikasi penelitian pada Stanford University.Sedangkan POX adalah yang terbaru, Python-based version dari NOX (NOX in Python). • Mininet Mininet merupakan emulator jaringan yang mensimulasikan koleksi dari host-end, switch, router, dan link pada single kernel Linux. Masingmasing elemen ini disebut sebagai "host" menggunakan virtualisasi ringan untuk membuat sistem tampilan tunggal sehingga terlihat seperti jaringan yang lengkap, menjalankan kernel yang sama, sistem, dan user code. Mininet penting bagi komunitas open-source SDN. Mininet biasanya digunakan sebagai simulasi, verifikasi, testing tool, dan resource. (O’Reilly, 2013)
22
Gambar 2.14Contoh Simple Mininet Network
Sebuah hostpada Mininet beroperasi seperti sebuah mesin yang sebenarnya dan bisa menjalankan code secara bersama-sama.Dengan cara ini, host Mininet merupakan shell pada mesin yang programnya dapat diubahubah. Program kustom ini dapat mengirim, menerima, dan memroses paket melalui program yang tampaknya seperti ethernet nyata tetapi sebenarnya adalah switch virtual. Salah satu alasan Mininet banyak digunakan untuk eksperimen karena mininet bisa membuat topologi sesuai keinginan perancangnya, banyak yang telah membuktikannya dengan topologi yang cukup kompleks, lebih besar, dan topologi internet seperti yang digunakan untuk penelitian pada BGP. Fitur lain yang sangat bagus dari mininet yaitu memungkinkan untuk kustomisasi packet forwarding sepenuhnya. • FlowVisor Seperti layer virtualisasi pada komputer, FlowVisor berada diantara physical hardware yang menjadi pokok dan software yang mengontrol. Dan seperti sebuah sistem operasi yang menggunakan set instruksi untuk mengontrol pokok dari hardware, FlowVisor digunakan protokol OpenFlow
23 untuk mengontrol pokok dari physical network. OpenFlow membuka forwarding control dari sebuah paket switch kepada sebuah entitas yang diprogram yaitu kontroler OpenFlow. (Sherwood, 2009) FlowVisor menggunakan protokol OpenFlow untuk berkomunikasi dengan host dan switch. Kontroler pada host tidak perlu dimodifikasi dan menganggap telah berkomunikasi langsung dengan perangkat jaringan.
2.3 Hasil Penelitian dan Produk Sebelumnya 1. Dalam jurnalACM SIGCOMM Computer Communication Reviewyang berjudul “OpenFlow: Enabling Innovation in Campus Network”, (McKeown, 2008) McKeown, dkk. mengutarakan perlunya sebuah jaringan yang dapat di program. Hal tersebut dilandasi akan adanya kebutuhan untuk bereksperimen pada jaringan bagi para peneliti, namun terbentur pada kenyataan bahwa lingkungan eksperimen tidak mencerminkan kondisi seperti lingkungan nyata.Mereka mengembangkan jaringan yang cukup besar pada departemen Computer Science dan Electrical Engineering
di Stanford University. Jaringan pada dua gedung akan diganti
dengan switch-switchyang menjalankan OpenFlow. Akhirnya, semua traffic akan berjalan melalui jaringan OpenFlow dengan production traffic dan experimental traffic yang terisolasi pada VLAN yang berbeda di bawah kendali network administrator. Jadi, para peneliti akan mengontrol lalu lintas mereka sendiri, dan dapat menambah / menghapus aliran-entri. 2. Jurnal yasng berjudul “FlowVisor: A Network Virtualization Layer”, (Sherwood, 2009) Sherwood, dkk. membahas pendekatan baru untuk switch virtualization dimana forwarding plane pada hardware yang sama bisa dibagi diantara beberapa logical network yang masing-masing menggunakan forwarding logic yang berbeda.Mereka menggunakan switchlevel virtualization untuk membangun sebuah platform penelitian yang memungkinkan beberapa percobaan pada jaringan untuk dijalankan side-by-sidedengan production traffic yang masih menyediakan isolasi dan kecepatan hardware forwarding. 3. Jurnal OSDI'10 Proceedings of the 9th USENIX conference on Operating systems design and implementation yang berjudul “Can the Production Network Be the Testbed?”(Sherwood,
2010)
yang
juga
dibuat
oleh
Sherwood,
dkk.
24
menggambarkan cara membuat testbed. Testbed bukanlah jaringan nyata. Testbed merupakan sebuah platform untuk eksperimen dalam skala yang cukup besar. Mereka mencoba untuk menanamkan testbed ke jaringan dengan mengiris hardware. Implementasi mereka saat itu terbatas pada pengendalian abstraksi dari forwarding element yang diekspos oleh OpenFlow.
