BAB IV LINK STATE
4.1 Pendahuluan Protokol Link State pertama kali dikembangkan oleh Bolt Beranek dan Newman pada jaringan ARPANET. Mereka, Bolt dan Newman, menamukan bahwa protokol Link State memiliki kelebihan daripada protokol Distance Vector dalam hal metrik, keandalan, bebas dari routing loop dan kecepatan beradaptasi[9]. Umumnya protokol Link State menggunakan algoritma Dijkstra untuk perhitungan route. Algoritma Dijkstra disebut juga shortest path first (SPF) sehingga protokol Link State sering disebut protokol berbasis SPF. Konsep Link State telah diimplementasikan pada sejumlah protokol routing di berbagai tipe internetwork seperti protokol OSPF di TCP/IP, protokol IS-IS di OSI, dan protokol NLSP di Novell’s Netware.
4.2 Algoritma Dijkstra Algoritma Dijkstra dapat dinyatakan sebagai berikut: Menemukan pathpath terpendek dari suatu titik sumber tertentu ke semua titik yang lain pada jaringan. Algoritma ini berproses melalui beberapa tahap. Pada tahap ke k, pathpath terpendek ke k titik yang terdekat (yang paling murah biayanya) ke titik sumber sudah ditentukan. Titik-titik ini berada pada himpunan M. Pada tahap (k+1), titik di luar himpunan yang merupakan path terdekat ke titik sumber dimasukkan ke himpunan M. Ketika sebuah titik dimasukkan ke himpunan M, sekaligus path dari titik tersebut ke titik sumber dapat didefinisikan. Algoritma Dijkstra ini terdiri dari 3 langkah. Langkah 2 dan 3 terus diulang sampai M=N. Langkah-langkah tersebut adalah sebgai berikut: 1. Inisialisasi Pada tahap inisialisasi, himpunan titik-titik yang dimasukkan pada algoritma hanya terdiri dari titik sumber.
25
Biaya-biaya path inisial ke titik-titik berdekatan (neighboring nodes) merupakan biaya-biaya link. 2. Mendapatkan titik yang berdekatan di luar M yang memiliki path dari titik dengan biaya termurah dan memasukkan titik tersebut ke himpunan M. 3. Memperbaharui path-path dengan biaya terkecil. Berikut ini adalah flowchart algoritma Dijkstra: start
Masukkan data topologi jaringan
Tukarkan tabel routing dengan tabel routing milik tetangganya
Bentuk tabel routing awal
Bandingkan tiap entry tabel tetangga dengan entry tabel miliknya
tidak Masukkan entry ke dalam tabel routing miliknya
Proses konvergen
Update entry table
ya
Biaya entry tersebut lebih kecil
ya
end
Gambar 4.1 Algoritma Dijkstra
26
tidak
Bandingkan biaya entry tersebut dengan biaya entry miliknya
Entry sudah ada
ya
4.3 Dasar-Dasar Routing Link State 4.3.1 Database Link State dan LSAs Setiap protokol Link State memiliki database yang disebut database Link State atau topological database. Dalam satu routing domain setiap router memiliki database yang sama. Database ini berisikan informasi tentang topologi jaringan dan bagaimana router-router dalam satu routing domain saling dihubungkan. Database Link State merupakan komponen utama pada sebuah routing Link State. Komponen utama lainnya adalah link-state advertisement atau LSAs. Setiap router harus menghasilkan sebuah LSA yang menggambarkan kondisi link yang dimiliki router tersebut. Kemudian LSA ini didistribusikan ke seluruh router pada satu routing domain. Secara umum sebuah LSA mengandung:
Identitas router
Kondisi link operasional dari router
Biaya setiap link operasional
Identitas segmen jaringan atar router yang terhubung ke setiap link
Sebuah indikasi untuk aplikasi yang ada pada router
Field-field lain yang biasanya ada di LSA antara lain: Sequence number, ketika terdapat beberapa paket LSA pada satu routing domain secara simultans maka sequence number digunakan untuk menentukan paket mana yang paling up-to date. Age of the LSA, field ini digunakan untuk menunjukkan kapan sebuah LSA yang kadaluwarsa dihilangkan. Field ini juga digunakan untuk menunjukkan kapan sebuah router harus mengirim kembali LSAnya untuk kepentingan kekokohan (robustness). Checksum of advertisement’s contents, field ini dapat digunakan untuk mencegah dari kerusakan data, baik ketika flooding maupun ketika LSA yang disimpan di database Link State.
27
4.3.2 Pertukaran Tabel Routing Pertukaran tabel routing di protokol Link State sedikit lebih kompleks daripada di protokol distance vector. Pertukaran tabel routing tersebut dapat dijalaskan sebagai berikut: 1.
Proses pendistribusian LSAs ke seluruh router pada routing domain. Proses ini disebut juga flooding. Pada saat flooding, setiap router penerima LSA pada satu interface akan mengirim LSA tersebut keluar dari semua interface kecuali interface yang digunakan untuk menerima LSA tersebut. Pertukaran LSAs ini dimulai dari router-router yang berdekatan.
2.
Setiap router membangun database Link State yang terdiri dari LSAs yang didapat dari router-router pada saat flooding.
3.
Berdasarkan database Link State setiap router membangun topologi logik sebagai sebuah pohon (tree) dengan dirinya sendiri sebagai akar (root). Topologi logik ini mengandung seluruh path yang mungkin untuk mencapai jaringan lain pada jaringan. Dengan menggunakan topologi logik ini sebagai input, algoritma Dijkstra atau Shortest Path First (SPF) menentukan path yang paling optimal sesuai dengan metrik yang digunakan.
4.
Router mendaftarkan path-path yang paling optimal ke jaringan tujuan pada tabel routing.
Ilustrasi keterangan di atas dapat dilihat pada gambar 4.1 berikut:
Gambar 4.2 Pertukaran Tabel Routing Link State
28
4.3.3 Propagasi Perubahan Topologi Jaringan Pada protokol Link State, propagasi perubahan topologi jaringan dilakukan oleh router yang pertama kali mengetahui perubahan topologi jaringan dengan mengirimkan informasi update ke router-router lain atau designated router (router yang didesain untuk menerima perubahan topologi jaringan). Perubahan topologi jaringan dapat diketahui oleh semua router pada jaringan hampir pada waktu yang bersamaan. Untuk mendapatkan konvergensi, setiap router melakukan hal-hal di bawah:
Menyimpan informasi tentang router tetangga: nama router, apakah up atau down, biaya link router tetangga.
Membuat sebuah paket LSA yang memuat informasi tentang nama router tetangga dan biaya link, termasuk router tetangga yang baru, perubahan pada biaya link dan link ke router tetangga yang down.
Mengirim keluar paket LSA ini sehingga semua router menerimanya.
LSA disimpan pada database kemudian dihitung route optimal yang baru dengan menggunakan algoritma SPF dan diakhiri dengan dilakukan update pada tabel routing.
4.4 Implementasi Protokol Link State Protokol Link State telah dijadikan basis bagi beberapa protokol routing lainnya di berbagai tipe internetwork seperti protokol OSPF di TCP/IP, protokol IS-IS di OSI, dan protokol NLSP di Novell’s Netware. Pada tugas akhir ini akan digunakan protokol OSPF untuk jaringan IPTV.
4.4.1 Open Shortest Path First Open Shortest Path First (OSPF) adalah sebuah protokol terbuka yg telah dimplementasikan oleh sejumlah vendor jaringan. Jika kita memiliki banyak router, dan tidak semuanya adalah cisco, maka kita tidak dapat menggunakan
29
EIGRP, jadi pilihan kita tinggal RIP v1, RIP v2, atau OSPF. Jika itu adalah jaringan besar, maka pilihan kita satu-satunya hanya OSPF atau sesuatu yg disebut route redistribution-sebuah layanan penerjemah antar-routing protokol. OSPF diturunkan dari beberapa periset seperti Bolt, Beranek, Newmans. Dari namanya, protokol routing OSPF memiliki dua karakteristik utama. Pertama adalah “open” dalam arti spesifikasi protokol routing ini dipublikasikan ke publik. Spesifikasinya dapat dilihat pada RFC 1583 dan RFC 2538 untuk versi kedua OSPF. Kedua adalah protokol routing ini menggunakan algoritma SPF atau algoritma Dijkstra.
4.4.2 Tipe-Tipe Paket OSPF OSPF menggunakan beberapa tipe paket yang berbeda dalam menjaga tabel routing maupun database Link State. Keseluruhan tipe paket OSPF berjumlah lima. Kelima tipe paket tersebut adalah sebagai berikut:
Paket Hello
Paket Database description
Paket Link State Request
Paket Link State Update
Paket Acknowledge Paket-paket di atas menjamin setiap router OSPF memiliki informasi yang
lengkap tentang topologi jaringan di mana router tersebut berada. Paket berikut merupakan header 24 byte yang ada pada semua tipe paket.
Version#
Type
Packet Length
Router
Area
ID
ID
Au Checksum
Type
Authentication
Authentication
Gambar 4.3 Shared 24-byte header
30
Version
: Versi OSPF yang digunakan
Type
: Tipe paket yang digunakan
Packet Length
: Total ukuran paket, termasuk panjang header,dalam satuan byte
Router ID
: IP address yang digunakan oleh router untuk mengidentifikasikan dirinya sendiri
Area ID
: Area di mana router berada
Au Type
: Tipe autentifikasi
Aunthentication
: Field ini berupa password untuk text
Di bawah ini akan dijelaskan field-field yang ada pada kelima paket.
Paket Hello
Version#
Type
Packet Length
Router
Area
ID
ID
Au Checksum
Type
Authentication
Authentication RTR
Network Mask
HelloInterval
RouterDeadInterval
DesignatedRouter
Options
PRI
BDR
Gambar 4.4 Paket Hello
Mask
: Mask yang digunakan interface pengirim paket hello
Hello Interval
: Interval waktu antara satu paket Hello dengan paket Hello berikutnya dari router yang sama
RTR PRI
: Tingkat prioritas router pada jaringan
Designated Router
: Menunjukkan router pengirim bersifat sebagai designated router
BackUp Designated Router
: Menunjukkan router pengirim bersifat
31
sebagai backup designated router
Neighbor
: Optional field, ID router tetangga
Paket Database description Version#
Type
Packet Length
Router ID
Area ID
Au Checksum
Type
Authentication
Interface MTU M
Options
MS
Authentication
0
0
0
DD Sequence Number
0
0
0
1
LSA Header
Gambar 4.5 Paket Database description
Interface MTU
: Mask yang digunakan interface pengirim paket Hello
Options
: Kapabilitas tambahan yang dapat didukung oleh router
I-bit
: Jika diset On, menunjukkan bahwa paket tersebut paket DD
M-bit
: Jika diset On, menunjukkan bahwa terdapat paket DD lain yang ikut serta
MS-bit
: Jika diset On, menunjukkan bahwa router pengirim menjadi master selama pertukaran database, Jika diset Off, router tersebut menjadi slave
DD Sequence Number : Nomor pengurut paket DD
LSA Header
: Header Link State Advertisement
Paket Link State Request Version#
Type
Packet Length
Router ID
Area ID
Au Checksum
Type
LS Type
Authentication Link State ID
Authentication Advertising Router
Gambar 4.6 Paket Link State Request
32
Field LS Type, Link State ID, dan Advertising Router menunjukkan LSA apa yang dibutuhkan router.
Paket Link State Update Version#
Type
Packet Length
Router ID
Area ID
Au Checksum
Type
Authentication
#LSA
Authentication LSA's
Gambar 4.7 Paket Link State Update
#LSA
: Nomor LSA
LSA’s
: Link State Advertisements
Paket Acknowledge Version#
Type
Packet Length
Router ID
Area ID
Au Checksum
Type
Authentication
Authentication
LSA Headers Gambar 4.8 Paket Acknowledge
LSA Headers
: Menunjukkan LSAs yang di-acknowledge oleh Router
4.4.3 Area Di dalam OSPF terdapat beberapa istilah yang perlu dipahami, yaitu :
Area, yaitu letak dimana berada sebuah kumpulan network, router dan host biasa. Area di sini bukan berarti area fisik.
Backbone, backbone adalah area yang khusus dimana area-area saling terhubungkan. Seluruh area yang ada, harus terhubung ke backbone.
33
Stub Area, area dimana hanya terdapat satu buah gateway / router, tidak ada alternatif lainnya.
Gambar 4.9. Area-area dalam OSPF Sumber : www.h3c.com
Gambar 4.9 merupakan lustrasi dari area-area dalam OSPF. Area 0 merupakan backbone area, sedangkan area 1, area 2, area 3 dan area 4 merupakan stub area.
4.4.4 Tipe-Tipe Router Di dalam OSPF terdapat beberapa tipe router, yaitu:
Internal Router, merupakan router yang berada dalam satu area yang sama dan tidak memiliki koneksi-koneksi dengan area lain. Fungsi dari internal router adalah memberikan dan menerima informasi dari dan ke dalam suatu area, serta me-maintain database topologi dan routing table untuk setiap subnet.
Backbone Router, merupakan router yang berada dalam area backbone dan memiliki semua informasi topologi dan routing yang ada dalam jaringan OSPF tersebut. 34
Area Border Router, merupakan router yang bertindak sebagai penghubung atau perbatasan dan bertugas untuk melakukan penyatuan antara area 0 dengan area-area lainnya. Selain itu, area border router juga bertugas menyebarkan informasi setiap area yang terkoneksi ke masing-masing areanya.
Autonomous System Boundary Router, merupakan sekelompok router yang membentuk jaringan yang masih berada dalam satu hak administrasi, satu kepemilikan, satu kepentingan, dan dikonfigurasi menggunakan policy yang sama (dalam satu Autonomous System).
Gambar 4.10 Tipe Router dalam OSPF Sumber : www.h3c.com
Gambar 4.10 di atas adalah ilustrasi untuk tipe-tipe router yang ada di dalam OSPF.
35
4.4.5 Proses OSPF Secara garis besar, proses yang dilakukan routing protokol OSPF mulai dari awal hingga dapat saling bertukar informasi ada lima langkah. Berikut ini adalah langkah-langkahnya: a. Membentuk Adjacency Router Adjacency router arti harafiahnya adalah router yang bersebelahan atau yang terdekat. Jadi proses pertama dari router OSPF ini adalah menghubungkan diri dan saling berkomunikasi dengan para router tetangganya. Untuk dapat membuka komunikasi, hello protokol akan bekerja dengan mengirimkan hello packet. Pada sebuah jaringan broadcast multiaccess seperti ethernet, media broadcast akan meneruskan paket-paket hello ke seluruh router yang ada dalam jaringan, sehingga adjacency routernya tidak hanya satu. Proses pembentukan adjacency akan terus berulang sampai semua router yang ada di dalam jaringan tersebut menjadi adjacent router. b. Memilih DR dan BDR (jika diperlukan) Pada jaringan broadcast multiaccess, DR dan BDR sangatlah diperlukan. DR dan BDR akan menjadi pusat komunikasi seputar informasi OSPF dalam jaringan tersebut. Semua paket pesan yang ada dalam proses OSPF akan disebarkan oleh DR dan BDR. Maka itu, pemilihan DR dan BDR menjadi proses yang sangat kritikal. Sesuai dengan namanya, BDR merupakan “shadow” dari DR. Artinya BDR tidak akan digunakan sampai masalah terjadi pada router DR. Proses pemilihan DR/BDR tidak lepas dari peran penting Hello packet. Di dalam Hello packet ada sebuah field berisikan ID dan nilai Priority dari sebuah router. Semua router yang ada dalam jaringan broadcast multi-access akan menerima semua Hello dari semua router yang ada dalam jaringan tersebut pada saat kali pertama OSPF berjalan. Router dengan nilai Priority tertinggi akan menang dalam pemilihan dan langsung menjadi DR. Router dengan nilai Priority di urutan kedua akan dipilih menjadi BDR. Status DR dan BDR ini tidak akan berubah sampai salah satunya tidak dapat berfungsi baik, meskipun 36
ada router lain yang baru bergabung dalam jaringan dengan nilai Priority-nya lebih tinggi. Secara default, semua router OSPF akan memiliki nilai Priority 1. Range Priority ini adalah mulai dari 0 hingga 255. Nilai 0 akan menjamin router tersebut tidak akan menjadi DR atau BDR, sedangkan nilai 255 menjamin sebuah router pasti akan menjadi DR. Router ID biasanya akan menjadi sebuah “tie breaker” jika nilai Priority-nya sama. Jika dua buah router memiliki nilai Priority yang sama, maka yang menjadi DR dan BDR adalah router dengan nilai router ID tertinggi dalam jaringan. Setelah DR dan BDR terpilih, langkah selanjutnya adalah mengumpulkan seluruh informasi jalur dalam jaringan. c. Mengumpulkan State-state dalam Jaringan Setelah terbentuk hubungan antar router-router OSPF, kini saatnya untuk bertukar informasi mengenai state-state dan jalur-jalur yang ada dalam jaringan. Pada jaringan yang menggunakan media broadcast multiaccess, DRlah yang akan melayani setiap router yang ingin bertukar informasi OSPF dengannya. DR akan memulai lebih dulu proses pengiriman ini. Ada sebuah fase yang menangani siapa yang lebih dulu melakukan pengiriman. Fase ini akan memilih siapa yang akan menjadi master dan siapa yang menjadi slave dalam proses pengiriman. Router yang menjadi master akan melakukan pengiriman lebih dahulu, sedangkan router slave akan mendengarkan lebih dulu. Fase ini disebut dengan istilah Exstart State. Router master dan slave dipilih berdasarkan router ID tertinggi dari salah satu router. Ketika sebuah router mengirimkan Hello packet, router ID masing-masing juga dikirimkan ke router neighbour. Setelah membandingkan dengan miliknya dan ternyata lebih rendah, maka router tersebut akan segera terpilih menjadi master dan melakukan pengiriman lebih dulu ke router slave. Setelah fase Exstart lewat, maka router akan memasuki fase Exchange. Pada fase ini kedua buah router akan saling mengirimkan Database description Packet. Isi paket ini adalah ringkasan status untuk seluruh media yang ada dalam jaringan. Jika router penerimanya belum
37
memiliki informasi yang ada dalam paket Database description, maka router pengirim akan masuk dalam fase loading state. Fase loading state merupakan fase di mana sebuah router mulai mengirimkan informasi state secara lengkap ke router tetangganya. Setelah loading state selesai, maka router-router yang tergabung dalam OSPF akan memiliki informasi state yang lengkap dan penuh dalam database statenya. Fase ini disebut dengan istilah Full state. Sampai fase ini proses awal OSPF sudah selesai, namun database state tidak bisa digunakan untuk proses forwarding data. Maka dari itu, router akan memasuki langkah selanjutnya, yaitu memilih rute-rute terbaik menuju ke suatu lokasi yang ada dalam database state tersebut. d. Memilih Rute Terbaik untuk Digunakan Setelah informasi seluruh jaringan beradadalam database, maka kini saatnya untuk memilih rute terbaik untuk dimasukkan ke dalam routing table. Untuk memilih rute-rute terbaik, parameter yang digunakan oleh OSPF adalah Cost. Metrik Cost biasanya akan menggambarkan seberapa dekat dan cepatnya sebuah rute. Nilai Cost didapat dari perhitungan dengan rumus: Cost of the link = 108 /Bandwidth Router OSPF akan menghitung semua cost yang ada dan akan menjalankan algoritma Shortest Path First untuk memilih rute terbaiknya. Setelah selesai, maka rute tersebut langsung dimasukkan dalam routing table dan siap digunakan untuk forwarding data. e. Menjaga Informasi Routing Tetap Update Ketika sebuah rute sudah masuk ke dalam routing table, router tersebut harus juga me-maintain state database-nya. Hal ini bertujuan kalau ada sebuah rute yang sudah tidak valid, maka router harus tahu dan tidak boleh lagi menggunakannya. Ketika ada perubahan link-state dalam jaringan, OSPF router akan melakukan flooding terhadap perubahan ini. Tujuannya adalah agar seluruh router dalam jaringan mengetahui perubahan tersebut. Melihat proses
38
terjadinya pertukaran informasi di atas, dapat diprediksi bahwa OSPF merupakan sebuah routing protokol yang kompleks dan rumit. Namun di balik kerumitannya tersebut ada sebuah kehebatan yang luar biasa. Seluruh informasi state yang ditampung dapat membuat rute terbaik pasti terpilih dengan benar. Selain itu dengan konsep hirarki, dapat membatasi ukuran link-state databasenya, sehingga tidak terlalu besar. Artinya proses CPU juga menjadi lebih ringan.
39
