BAB II DASAR TEORI
2.1 Perkembangan Teknologi Jaringan Ethernet
Perkembangan telekomunikasi saat ini tumbuh dengan pesat, beberapa teknologi memliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Kehadiran teknologi-teknologi baru ini menyebabkan operator memiliki berbagai alternatif pilihan untuk implementasi teknologi Next Generation Network (NGN) di area metro. Beberapa teknologi yang berkembang di jaringan metro dan mendukung konsep NGN, salah satunya adalah teknologi Metro Ethernet Pada awalnya Ethernet digunakan dalam teknologi akses yang menyediakan akses internet dan network. Sampai saaat ini kondisi tersebut masih berjalan tetapi standard ethernet dikembangkan untuk mampu melayani layanan data pada jaringan transport. Fungsi-fungsi layanan pada teknologi
Ethernet
sebagai
jaringan
transport,
merupakan
hasil
pengembangan yang terus menerus. Fokus utama dari teknologi Ethernet adalah pada TDM based. Jaringan Metro Ethernet umumnya didefinisikan sebagai bridge dari suatu jaringan atau menghubungkan wilayah yang terpisah bisa juga menghubungkan LAN dengan WAN atau backbone network yang umumnya dimiliki oleh service provider. Jaringan Metro Ethernet menyediakan layanan-layanan menggunakan Ethernet sebagai core protocol dan aplikasi broadband.
5
Metro Ethernet sebenarnya sama dengan Ethernet atau Fast Ethernet pada Local Area Network (LAN) tetapi perbedaannya adalah LAN hanya pada
satu
gedung
sedangkan
Metro
Ethernet
ini
adalah
untuk
menghubungkan dua LAN pada gedung yang berbeda. Sehingga Metro Ethernet dapat digabungkan menjadi kelompok WAN walaupun pada mulanya adalah teknologi LAN.
2.2 Metro Ethernet
Metro Ethernet, secara harfiah berarti jaringan komunikasi data yang berskala Metro (skala untuk menjangkau satu kota besar, misalnya seperti Jakarta)
dengan
menggunakan
teknologi
Ethernet
sebagai
protokol
transportasi datanya. Begitu pula arti sebenarnya, pada umumnya teknologi Metro Ethernet merupakan salah satu perkembangan dari teknologi Ethernet. Sehingga jaringan yang berskala Metro dapat dibentuk dengan menggunakan teknologi Ethernet biasa. Teknologi Ethernet telah digunakan secara luas oleh masyarakat terutama dalam LAN. Interface Ethernet telah tersebar ke mana-mana dan keberadaannya sangat banyak. Selain itu, bandwidth yang ditawarkan oleh teknologi ini juga dapat dengan mudah diperbesar. Hingga kini teknologi Ethernet yang perangkatnya telah banyak beredar di pasaran telah mencapai bandwidth tertinggi sebesar 10 Gigabit per Second. Namun, Ethernet juga menyediakan teknologi dengan bandwidth 10 Mbps, 100 Mbps dan 1000 Mbps. Jaringan Metro Ethernet umumnya didefinisikan sebagai Bridge dari suatu jaringan atau menghubungkan wilayah yang terpisah bisa juga menghubungan antara LAN dengan MAN atau Backbone Network yang umumnya dimiliki oleh service provider. Metro Ethernet membahas campuran teknologi transportasi yang diarahkan ke Metro dan strategi migrasi
6
bahwa operator Metro akan mengadopsi jaringan dari SONET/SDH (Synchronous Digital Hirarchy). Metro Ethernet dapat dikelompokan menjadi :
2.2.1
Pure Metro Ethernet Pure Metro Ethernet merupakan salah satu perkembangan dari
teknologi Ethernet yang dapat menempuh jarak yang luas berskala perkotaan dengan dilengkapi berbagai fitur yang seperti terdapat pada jaringan Ethernet umumnya. Sehingga jaringan yang berskala Metro dapat dibentuk dengan menggunakan teknologi Ethernet biasa.
2.2.2
SDH-based Metro Ethernet Jaringan Transport SDH digunakan untuk melayani teknologi
Ethernet. Dengan trafik yang mempunyai kapasitas besar, SDH digabungkan dengan potensi trafik yang dimiliki protokol IP. SDH adalah protokol Layer Physic (Layer 1) sedangkan IP adalah Layer Network (Layer 3). Oleh karena itu dibutuhkan media perantara Layer 2 (Layer data link) Point to Point Protocol (PPP). Proses pemetaan paket IP pada SDH terjadi dalam dua tahap, tahap pertama paket IP dimasukan dalam Frame PPP lalu dipetakan pada payload SDH VC-4/SDH-HO (High Order atau n x STM 1).
2.2.3
MPLS-based Metro Ethernet Ide dasar dari pengembangan MPLS (Multi Protocol Label Switching)
penggunaan “label” untuk mekanisme switching di tingkat IP. Hal ini berbeda dengan jaringan IP yang menggunakan pengalamatan IP sebagai dasar mekanisme switching. Pada teknologi ini menggunakan jaringan ATM (Asynchronous Transfer Mode) yang mempunyai Virtual Circuit Identifier sebagai dasar mekanisme switching. Di dalam jaringan yang menggunakan protokol MPLS, paket yang masuk ke dalam jaringan
7
MPLS terlebih dahulu diberi “label”. Label yang diberikan disusun dari berbagai variasi kriteria sesuai dengan yang diinginkan service provider. Berdasarkan label tersebut maka jaringan yang menggunakan MPLS akan memperlakukan paket tersebut sesuai dengan nilai yang melekat pada label tersebut (High Priority, Low Priority, dan lainnya). Hingga saat ini belum ada standard MPLS yang berlaku atau yang dapat diacu (bersifat non proprietary), dikarenakan belum diselesaikannya penyusunan beberapa hal penting yang menjadi dasar penyusunan standar oleh organisasi yang berwenang. Kapasitas maksimal yang dapat disalurkan oleh Metro Ethernet tiap interface-nya adalah 10 Gbps. Sedangkan sistem proteksi (reliabilitas) menggunakan RPR (Resilient Packet Ring), EAPS (Ethernet Automatic Protection Switching), ERP (Ethernet Ring Protection). Keuntungan menggunakan MPLS-based dibandingkan dengan pure internet adalah :
(a) Scalability Untuk pure Metro Ethernet maksimum hanya 4,096 VLANs (Virtual Local Area Network) dan MAC address di sharing, sedangkan MPLS VLAN dan MAC address bersifat local
(b) Resiliency Waktu konvergensi di MPLS lebih singkat, hanya rata-rata 50 msecs
(c) Multi Protokol Konevergensi Dapat menghandle semua trafik
8
2.2.4
Ethernet over DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) Ide dasar dari Metro Ethernet tipe ini adalah melewaatkan Ethernet di
jaringan transport optik yang mengguakan DWDM. Adapun teknologi yang masih berkembang dari Metro Ethernet akses menuju transport optik adalah :
(a) End-To-End QOS
(b) Scalability
(c) Protection (50 ms, end to end Protection)
(d) TDM Support (Seamless and Circuit Simulation)
(e) OAM&P of Ethernet in the Metro
2.3 Arsitektur Jaringan Metro Ethernet
Arsitektur Metro Ethernet Network (MEN) dibagi menjadi 3 layer, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1 di bawah ini.
9
Gambar 2.1 Arsitektur Jaringan Metro Ethernet [1]
Adapun ketiga layer tersebut, yaitu :
i) Ethernet Services Layer (ETH layer), berfungsi untuk pengiriman data dalam bentuk Ethernet frame yang memiliki ukuran minimum 64 bytes dan maksimum 1518 bytes dengan 18 bytes diantaranya berfungsi sebagai informasi mengenal alamat sumber, alamat tujuan, protocol jaringan yang digunakan, dan beberapa informasi lainnya.
ii) Transport Services Layer (TRAN layer), berfungsi untuk mengurus konektivitas antar layer ETH. Dengan kata lain, layer ini bertugas untuk mengurus transmisi frame ethernet dari layer atasnya. Teknologi yang bisa digunakan untuk layer TRAN : IEEE 802.3 PHY, IEEE 802.1 bridged networks, SONET/SDH High Order/Low Order path networks, ATM VC, OTN ODUk, PDH DS1/E1 dan MPLS LSP. Dengan kata lain,
10
MEN tidak terus-menerus menggunakan transport ethernet. MEN dapat menumpang SDH yang sudah ada, menggunakan IP MPLS, murni ethernet, ataupun di atas DWDM.
iii) Application Services Layer (APP layer), berfungsi untuk mendukung layanan aplikasi yang akan dibawa oleh frame ethernet dari MEN. Contohnya : IP, E1, MPLS yang berpotensi menyamarkan, dengan kata lain jenis layanan aplikasi yang dibawa oleh MEN ternyata bisa juga menjadi layer TRAN. Misalnya, MEN digunakan untuk membawa MPLS, sementara MEN nya sendiri berjalan di atas IP MPLS (tapi kedua MPLS tersebut berbeda).
Pemetaan ketiga layer MEN di atas ke layer TCP/IP ditunjukkan pada Gambar 2.2 di bawah ini.
Gambar 2.2 Pemetaan layer MEN ke layer TCP/IP [1]
11
2.4 Spesifikasi Jaringan Metro Ethernet
Ada banyak teknologi yang berkembang belakangan ini, masingmasing teknologi tersebut memiliki kemampuan mentransmisikan packet data dengan koneksi yang cepat, bandwidth yang lebar, dan area jangkauan yang cukup luas dan berskala metro. Teknologi Ethernet juga mampu untuk melakukan tuntutan tersebut, tetapi ada beberapa kelebihan dari teknologi Metro Ethernet ini yang membedakan dengan teknologi jaringan lain, sehingga mendapat julukan sebagai Next Generation Network.
2.4.1 Proteksi terhadap faktor availability. Sebuah jaringan komunikasi data beserta fasilitas di dalamnya merupakan hal yang sangat penting. Dengan adanya kebutuhan tersebut, maka ketersediaan (availability) dari jaringan komunikasi ini benar-benar diperhatikan oleh penyedia jasanya, agar seluruh sektor komunikasi dapat berjalan dengan lancar. Dengan kata lain, jaringan komunikasi pada sektor tersebut tidak boleh ada putus total. Untuk kebutuhan akan aspek availability tersebut, teknologi Metro Ethernet beserta perangkatnya sudah meyediakan beberapa fitur untuk memenuhi kebuthan tersebut. Fitur ini berguna untuk meminimalisir akan adanya downtime pada jaringan komunikasi, berikut beberapa fitur yang disediakan oleh teknologi Metro Ethernet.
(a) IEEE 802.1s (Multiple Spanning Tree) Multiple Spanning Tree (MST) merupakan pengembangan dari teknologi Spanning Tree yang dikembangkan hingga ke masingmasing VLAN yang ada di dalam jaringan. MST berfungsi untuk menghindari looping pada semua VLAN yang ada di dalam jaringan. Keuntungan diterapkan teknologi ini adalah pelanggan
12
akan memiliki jalur komunikasi yang redundant, dan menjaga ketersediaan atau availability proses komunikasi data tetap tinggi.
(b) IEEE 802.1s (Rapid Configuration Spanning Tree) Teknologi ini mengimplementasikan algoritma fast-convergence pada teknologi MST, sehingga membuat jaringan dengan topologi looping yang dijaga oleh MST dapat segera konvergen jika terjadi downtime atau problem pada salah satu link-nya.
(c) IEEE 802.3ad (Link-Aggregation) Teknologi ini mengatur segala teknis dan protocol untuk membuat penggabungan link. Link-Aggregation umumnya menyediakan kemampuan fail-over ketika terjadi problem dalah hitungan dibawah 50 ms.
(d) IEEE 802.17 (Resilient Packet Ring) Protokol ini mempunyai kemampuan untuk menjaga ketersediaan jaringan dalam topologi Ring. Lebih detailnya, untuk mendeteksi salah satu link yang putus dalam sebuah topologi ring dan mengubah jalur data ke arah yang berlawanan. Ciri khas pada protocol ini digunakan pada topologi ring, dikarenakan pada topologi ini memungkinkan seluruh perangkat yang terhubung di dalamnya memiliki jalur redundant untuk meneruskan packet data.
2.4.2 Multi Play Teknologi Metro Ethernet Menggunakan jaringan LAN yang didasari dengan teknologi Ethernet biasa, tentu sudah banyak yang mengenal. Di dalam jaringan Ethernet biasa, terdapat fasilitas-fasilitas seperti pemisahan segment jaringan atau broadcast dominan secara logika dengan menggunakan VLAN, serta
13
menjadikan port-port tertentu sebagai bagian anggota dari VLAN sehingga dapat membuat segmentasi jaringan dengan mudah. Dengan adanya fasilitas ini, dapat dibuat berbagai macam layanan dalam jaringan. Salah satu contoh, mengkhususkan sebuah segment jaringan dalam keperluan mail server dilokasi yang berbeda selama masih ada trunk link yang menghubungkan. Jaringan yang menggunakan teknologi Metro Ethernet juga memilki fitur-fitur khas seperti yang disebutkan sebelumnya, hanya saja teknologi Metro Ethernet memilki jauh lebih banyak fitur bila dibandingkan dengan teknologi Ethernet biasa.
2.4.3 Pengaturan QoS yang bervariasi Ketika penyedia jasa memperkenalkan beberapa jenis layanan, maka mereka juga harus memikirkan bagaimana pengaturan Quality of Service. Dengan tujuan untuk memberikan kepuasan para pelanggan yang memakai jasa jaringan ini. Pengaturan QoS yang variatif dan fleksibel memungkinkan para penyedia jasa bisa dengan leluasa mengatur kualitas jaringan yang akan diberikan untuk pelanggannya. Jika pelanggannnya banyak melakukan browsing, maka penyedia jasa bisa memperbesar bandwidth untuk traffic http, jika ada yang ingin berkomunikasi via VoIP, alokasi CIR diatur, dan parameter lainnya seperti jitter, loss dan delay-nya. Semua hal di atas dapat dilakukan dengan cukup mudah di perangkat switch Metro Ethernet.
14
2.5 Broadcast Storm
Broadcast storm terjadi ketika broadcast frame dalam jumlah yang besar mengalami layer 2 looping. Akibatnya bandwidth terpakai oleh broadcast frame tersebut yang pada akhirnya menyebabkan broadcast storm. Sebagai konsekuensinya tidak ada bandwidth yang dapat digunakan, dan network tidak akan dapat digunakan untuk komunikasi data. Broadcast storm menimbulkan beberapa konsekuensi, karena broadcast traffic diteruskan pada setiap port pada switch, semua device yang terkoneksi harus memproses semua broadcast traffic sehingga menyebabkan looping yang tidak berhenti pada network. Hal ini menyebabkan end device tidak berfungsi karena tingkat kebutuhan pemrosesan data yang tinggi pada Network Interface Card. Gambar berikut menjelaskan tentang proses terjadinya broadcast storm.
Gambar 2.3 Broadcast Storm [2]
Berdasarkan gambar di atas, a) PC1 mengirim broadcast frame pada network.
15
b) Broadcast frame mengalami looping pada semua switch yang terkoneksi pada suatu network. c) PC4 juga mengirimkan broadcast frame pada network. d) Broadcast frame pada PC4 juga dikirim ke network, dan mengalami looping pada semua switch yang terkoneksi, seperti broadcast frame pada PC1. e) Broadcast frame dalam jumlah yang besar dikirim ke network oleh device lain, hal ini menyebabkan terjadinya looping yang pada akhirnya menyebabkan broadcast storm.
Karena device yang terkoneksi ke network secara konstan mengirim broadcast frame seperti ARP request, broadcast storm bisa terjadi dalam hitungan detik dan ketika terjadi looping suatu jaringan network akan menjadi down.
2.6 Konsep Dasar Spanning Tree Protocol
Spanning Tree Protocol (STP) adalah protokol yang berada di jaringan bridge untuk memungkinkan semua perangkat berkomunikasi antara satu dengan yang lainnya. Protokol ini menggunakan sistem Spanning Tree Algorithm (STA) untuk menemukan link redundant secara dinamis dan menciptakan sebuah topologi database STP. Tanpa adanya STP pada frame ethernet akan mengakibatkan terjadinya loop untuk periode tak terbatas di dalam waktu jaringan dengan link berlebihan secara fisik. Untuk mencegah loop pada frame ethernet, STP memblok beberapa port dari frame ethernet sehingga hanya satu jalur yang aktif diantara setiap pasang segmen LAN. Dalam memberikan redundansi jalur, STP mendefinisikan sebuah pohon yang merentangkan semua bridge yang aktif ke dalam jaringan. Jika salah satu segmen jaringan dalam Spanning Tree Protocol menjadi tidak tercapai,
16
algoritma spanning tree mengonfigurasi kembali topologi spanning tree dan membangun kembali link dengan mengaktifkan jalur siaga.
2.6.1
Spanning Tree Protocol BPDU (Bridge Protocol Data Unit) Setiap spanning tree mempunyai switch yang didesain sebagai root
bridge. Root bridge merupakan titik referensi untuk semua spanning tree dalam menentukan path yang akan diblock. Election process menentukan switch yang akan menjadi root bridge. Gambar berikut menunjukkan BID (Bridge ID) fields
Gambar 2.4 BID Field [3]
Semua switch dalam broadcast domain berpartisipasi dalam election process. Setelah switch booting up, switch mengirim BPDU frame yang mengandung switch BID dan root ID setiap dua detik. Secara default root ID cocok dengan local BID untuk semua switch network. Root ID mengidentifikasi root bridge dalam network. Awalnya, masing-masing switch mengidentifikasikan dirinya sebagai root bridge setelah boot up. Switch meneruskan BPDU frame, switch terdekat dengan broadcast domain membaca informasi root ID dari BPDU frame. Jika root ID dari
17
BPDU yang diterima lebih rendah dari root ID pada switch yang diterima, switch yang menerima akan melakukan upgrade root ID untuk mengidentifikasi root terdekat sebagai root bridge. Switch kemudian meneruskan BPDU frame yang baru dengan root ID dengan nilai yang rendah ke switch lain yang terdekat. Secepatnya, switch dengan BID terendah mengidentifikasi dirinya sebagai root bridge untuk spanning tree.
2.6.2
BPDU Field BPDU field mempunyai dua belas field yang berbeda untuk
digunakan. Pada BPDU field, empat field pertama mengidentifikasikan protocol, versi, type message dan status flag. Empat field berikutnya digunakan untuk mengidentifikasi root bridge dan path cost menuju root bridge. Empat field terakhir adalah waktu untuk menentukan seberapa sering BPDU message dikirim, dan berapa panjang informasi yang diterima dalam BPDU process.
Tabel 2.1 BPDU Field Field# 4
8
12
Bytes 2 1 1 1 8 4 8 2 2 2 2 2
Field Protocol ID Version Massage type Flags Root ID Cost of path Bridges ID Port ID Massage age Max age Hello time Forward delay
18
Gambar dibawah menunjukkan contoh dari BPDU dari hasil yang didapatkan menggunakan software wireshark.
Gambar 2.5 BPDU Output [3]
BPDU message dienkapsulasi dalam ethernet frame ketika ditransmisikan melalui network. 802.3 header mengidentifikasi source dan destination address dari BPDU frame. Frame ini mempunyai destination MAC Address 01:80:c2:00:00:00, yang merupakan alamat multicast dalam group spanning tree. Ketika frame ditunjukan untuk MAC Address ini, masing-masing switch yang dikonfigurasikan sebagai spanning tree menerima dan membaca informasi dari frame. Dengan menggunakan multicast group address, semua device lain dalam satu network yang menerima frame mengabaikan frame tersebut. Pada gambar BPDU frame di atas, nilai dari root ID dan BID adalah sama. Hal ini mengindikasi bahwa frame ini diambil dari root bridge switch.
19
2.6.3
Cara Kerja Spanning Tree Protocol Algoritma Spanning Tree secara otomatis menemukan topologi
jaringan dan membentuk suatu jalur tunggal yang optimal melalui suatu bridge dengan memberikan fungsi-fungsi pada setiap bridge. Fungsi bridge menentukan bagaimana dalam hubungannya dengan bridge lainnya dan apakah bridge meneruskan traffic ke jaringan lainnya atau tidak.
Gambar 2.6 Spanning Tree Protocol [3]
(a) Root Bridge Root Bridge merupakan master bridge atau controlling bridge yang secara periodik mengirimkan konfigurasi message ke beberapa bridge lainnya. Message ini digunakan untuk memilih rute dan rekonfigurasi fungsi bridge lainnya bila diperlukan. Untuk menentukan root bridge, prioriti dari setiap bridge dikombinasikan dengan alamat MAC. Jika dua switch atau bridge ternyata memiliki nilai priority yang sama, maka alamat MAC menjadi penilai untuk memutuskan siapa yang memiliki ID yang terendah. Contoh jika ada switch A dan B memiliki priority default yang sama yaitu 32.768, maka alamat MAC yang akan digunakan untuk 20
penentuan. Jika alamat MAC switch A adalah 0000.0A00.1300 dan alamat MAC switch B adalah 0000.0A00.1315 maka switch A akan menjadi root bridge.
(b) Designated Bridge Designated bridge adalah bridge lainnya yang berpartisipasi dalam meneruskan paket melalui jaringan. Mereka dipilih secara otomatis dengan cara saling tukar paket konfigurasi bridge. Untuk mencegah terjadinya bridging loop, hanya ada satu designated bridge per segmen jaringan.
21
