BAB II TEORI DASAR JARINGAN SWITCHING
2.1
Umum Komponen utama dari sistem switching atau sentral adalah seperangkat sirkit masukan
dan keluaran yang disebut dengan inlet dan outlet. Fungsi utama dari sistem switching adalah membangun jalur listrik diantara sepasang inlet dan outlet tertentu, dimana perangkat yang digunakan untuk membangun koneksi seperti itu disebut switching matriks atau switching network. Jaringan switching tidak membedakan antara inlet/outlet yang tersambung ke pelanggan maupun ke trunk. Sebuah sistem switching tersusun dari elemen-elemen yang melakukan fungsifungsi switching, kontrol dan signaling. Seiring dengan perkembangan yang terjadi pada sistem transmisi dimana dengan ditemukannya sistem transmisi serat optik, menyebabkan peningkatan kecepatan transmisi dan menyebabkan adanya tuntutan akan suatu desain sistem switching yang sesuai dengan kebutuhan transmisi tersebut. Desain elemen switching yang dibutuhkan adalah desain yang dapat meneruskan paket data secara cepat, dapat dikembangkan dengan skala yang lebih besar dan dapat secara mudah untuk diimplementasikan. Suatu elemen switching dapat digambarkan sebagai suatu elemen jaringan yang menyalurkan paket data dari terminal masukan menuju terminal keluaran. Kata terminal dapat berarti sebagai suatu titik yang terdapat pada elemen switching. Dari pengertian di atas dapat disimpulkan bahwa switching adalah proses transfer data dari terminal masukan menuju terminal keluaran. Gambar 2.1 menggambarkan suatu tipe dari
6 Universitas Sumatera Utara
elemen switching dimana terlihat bahwa suatu switch yang terdiri dari tiga komponen dasar yaitu: modul masukan, switching fabric dan modul keluaran[1].
Modul Masukan
Modul Keluaran
Switching Fabric Modul Masukan
Modul Keluaran
Gambar 2.1 Tipe Elemen Switching Ketiga komponen switch tersebut dijelaskan sebagai berikut[1]: 1. Modul masukan Modul masukan akan menerima paket yang datang pada terminal masukan. Modul masukan akan menyaring paket yang datang tersebut berdasarkan alamat yang terdapat pada header dari paket tersebut. Alamat tersebut akan disesuaikan dengan daftar yang terdapat pada virtual circuit yang terdapat pada modul masukan. Fungsi ini juga dilakukan pada modul keluaran. Fungsi lain dilaksanakan pada modul masukan adalah sinkronisasi, pengklasifikasian paket menjadi beberapa kategori, pengecekan error dan beberapa fungsi lainnya sesuai dengan teknologi yang ada pada switching tersebut. 2. Switching fabric Switching fabric melakukan fungsi switching dalam arti sebenarnya yaitu merutekan paket dari terminal masukan menuju terminal keluaran. Switching fabric terdiri atas jaringan transmisi dan elemen switching. Jaringan transmisi ini bersifat pasif dalam arti bahwa hanya
7 Universitas Sumatera Utara
sebagai saluran saja. Pada sisi lain elemen switching melaksanakan fungsi seperti internal routing. 3. Modul keluaran Modul keluaran berfungsi untuk menghubungkan paket ke media transmisi dan ke berbagai jenis teknologi seperti kontrol error dan data filterring tergantung pada kemampuan yang terdapat pada modul keluaran tersebut. 2.2
Klasifikasi Jaringan Interkoneksi Banyak Tingkat Jaringan merupakan suatu gambaran berarah dimana node-nodenya terdiri dari tiga
bagian berikut: 1. Terimnal sumber, yang memiliki indegree 0 2. Terminal tujuan yang memiliki outdegree 1 3. Elemen switching yang memiliki indegree dan outdegree positif. Jaringan banyak tingkat adalah jaringan dimana terminal-terminalnya dapat diubah pada tingkat i dihubungkan ke masukan pada tingkat i+1. Jika semua terminal tujuan dari jaringan banyak tingkat dihubungkan ke tingkat n+1, maka disebut jaringan n tingkat. Jaringan uniform adalah jaringan banyak tingkat dimana semua elemen switching pada suatu tingkat yang sama memiliki jumlah terminal masukan dan terminal keluaran yang sama. Jaringan square dengan derajat k adalah jaringan banyak tingkat yang dibangun dari elemen switching k x k. Jaringan interkoneksi banyak tingkat adalah jaringan interkoneksi yang digunakan untuk menghubungkan sekelompok N masukan ke sekelompok N keluaran melalui jumlah sejumlah tingkat perantara menggunakan elemen switching yang berukuran kecil diikuti oleh interkoneksi tingkat-tingkat penghubung.
8 Universitas Sumatera Utara
Secara formal, jaringan interkoneksi banyak tingkat merupakan rangkaian tingkattingkat elemen switching dan jalur interkoneksi. Arsitektur elemen switching yang paling umum adalah jaringan interkoneksi antara elemen-elemen switching itu sendiri yang berukuran lebih kecil. Elemen switching yang paling sering digunakan adalah hyperbar dan lebih khusus lagi adalah crossbar. Dalam lingkungan multiprosesor, link tingkat pertama dihubungkan ke sumber (biasanya prosesor) dan link tingkat terakhir dihubungkan ke tujuan (modul memory). Jumlah tingkat minimum jaringan interkoneksi banyak tingkat harus menyediakan koneksi penuh (full connection) dari terminal masukan ke terminal keluaran. Elemen switching pada jaringan interkoneksi banyak tingkat boleh memiliki buffer masukan ataupun buffer keluaran. Buffer berfungsi sebagai penyimpanan sementara untuk pesanpesan yang diblok ketika konfilk terjadi. Penggolongan jaringan interkoneksi banyak tingkat berdasarkan defenisi-defenisi yang telah diberikan ditunjukkan pada Gambar 2.2.
Delta Square Non Delta Uniform Non Square Network
Delta Non Delta
Non Uniform (Non Square)
Delta
Blocking Network Non Delta Square Uniform Multistage Interconnection Network
Non Square
Non Network Non Uniform
Non Blocking Network
`Gambar 2.2 Klasifikasi Jaringan Interkoneksi Banyak Tingkat 9 Universitas Sumatera Utara
Jaringan interkoneksi banyak tingkat telah digolongkan ke dalam dua kelas menurut ketersediaan jalur-jalur untuk membangun koneksi baru, yaitu [2]: 1. Blocking Suatu koneksi antara pasangan masukan/keluaran yang bebas tidak selalu mungkin dikarenakan konflik dengan koneksi yang sudah ada. Pada umumnya, ada suatu jalur yang unik antara setiap pasangan masukan/keluaran, dengan memperkecil jumlah elemen switching dan tingkat. Jaringan switching digambarkan sebagai suatu kelas dari jaringan interkoneksi banyak tingkat dimana ada satu dan hanya satu jalur dari setiap terminal masukan ke setiap terminal keluaran. Dengan menyediakan jalur yang banyak (multiplepath) dalam jaringan blocking, konflik dapat dikurangi dan toleransi kesalahan dapat ditingkatkan. Jaringan jaringan blocking ini juga dikenal sebagai jaringan banyak jalur. (multipath network). 2. Non blocking Setiap masukan dapat dihubungkan ke terminal keluaran yang bebas tanpa mempengaruhi koneksi-koneksi yang ada. Mereka membutuhkan tingkat-tingkat tambahan dan memiliki jalur yang banyak antara setiap masukan dan keluaran. Contoh yang popular dari jaringan non-blocking adalah jaringan Clos. Berdasarkan jenis saluran (channel) dan elemen switching, jaringan interkoneksi banyak tingkat dapat dibagi menjadi: 1. Jaringan interkoneksi banyak tingkat satu arah (unidirectional), yaitu kanal-kanal dan elemen-elemen switchingnya satu arah.
10 Universitas Sumatera Utara
2. Jaringan interkoneksi banyak tingkat dua arah (bidirectional), yaitu kanal-kanal dan elemen-elemen switchingnya dua arah. Ini menunjukkan bahwa informasi dapat dikirimkan secara simultan (bersamaan) dalam arah yang berlawanan antara elemen switching yang bersebelahan.
2.3
Struktur Banyan Kata Banyan diambil dari nama pohon ara di Indian Timur yang strukturnya hampir
sama dengan representasi grafis struktur jaringan Banyan. Grafik dari Banyan adalah suatu diagram Hasse dari suatu derajat parsial dimana ada satu dan hanya satu jalur dari setiap sumber ke setiap tujuan. Suatu sumber masukan didefenisikan sebagai ujung yang mengarah masuk ke dalamnya. Tujuan keluaran adalah ujung yang keluar dari ujung masukan, dan semua ujung yang lain disebut perantara (intermediate). Ketika digunakan sebagai jaringan pembagi (partitioning network), sumber dihubungkan ke modul sumber.
a) Irregular
b)
L-Level
Gambar 2.3 Contoh Struktur Banyan Beberapa contoh dari struktur Banyan ditunjukkan pada Gambar 2.3 dimana digunakan representasi grafis langsung karena akan sangat berguna untuk menunjukkan struktur dan algoritma kontrolnya masing-masing, tetapi switch-switch yang ditunjukkan oleh pembatas (node) tetap dua arah (bidirectional)[3]. 11 Universitas Sumatera Utara
2.4
Jaringan Switching Banyan Jaringan Banyan adalah sebuah jaringan switching bertingkat (Multistage Interconnection
network/MIN), yang biasanya terdiri dari sejumlah elemen switching yang digabungkan ke dalam beberapa tingkat yang diinterkoneksikan oleh seperangkat link dengan jalur yang unik antara sumber dengan tujuan. Sebuah modul crossbar 2 x 2 dapat mengimplementasikan masingmasing elemen switching. Elemen switching crossbar biasa memiliki dua kondisi, yaitu “cross state” dan “bar state” seperti yang terlihat pada Gambar 2.4[3]
Bar State Cross State
Bar State
Gambar 2.4 Kondisi (state) elemen switching Defenisi formal dari jaringan switching Banyan adalah sebagai berikut: 1.
Memiliki N masukan, N keluaran, log2 N tingkat, dan N/2 elemen switching pada tiap tingkat. 2. Terdapat sebuah jalur yang unik antara masing-masing masukan dan tiap keluaran.
2.5
Karakteristik Jaringan Switching Tanpa Buffer Jaringan Banyan secara luas digunakan sebagai jaringan switching atau jaringan
interkoneksi karena karakteristiknya yang baik seperti pola koneksi yang seragam (uniform), perutean sendiri (self-routing), diameter jaringan yang kecil, dan tidak memiliki buffer. Ada beberapa jaringan Banyan yang cukup dikenal seperti jaringan omega, jaringan shuffle-exchange, jaringan butterfly dan jaringan baseline. Salah satu karakteristik dari jaringan Banyan adalah bahwa jaringan ini mampu melakukan perutean sendiri (self-routing), dimana bit-bit alamat keluaran yang terdapat pada
12 Universitas Sumatera Utara
header paket dapat menentukan sendiri kemana peruteran akan dilakukan. Ruting diputuskan oleh tujuan, maksudnya yaitu label pada keluaran ditandai dengan bilangan biner dengan susunan yang menurun merupakan alamat keluaran. Apabila sebuah paket tiba pada masukan jaringan Banyan, elemen switching pertama merutekan paket ke keluaran sebelah atas (bar state) jika bit pertama pada alamat tujuan adalah 0 dan merutekan ke keluaran sebelah (cross state) bawah jika bernilai 1. Elemen switching berikutnya juga memperlakukan paket-paket yang masuk dengan cara perutean yang sama yaitu dengan menggunakan bit berikutnya pada alamat tujuan. Dengan cara perutean seperti ini sebuah paket akan menemukan jalannya menuju terminal keluaran yang dituju tanpa memperdulikan dari masukan yang mana ia datang.
Gambar 2.5 Perutean dari 001 ke 110 Jaringan Banyan memiliki beberapa karakteristik yang sangat baik, seperti jalur yang pendek dan panjang jalur yang seragam(uniform). Panjang dari jalur adalah log2 N, dan masingmasing jalur memiliki panjang yang sama. Terlebih lagi, jumlah elemen switching adalah 0,5 N log2 N. Yang membuat jaringan Banyan lebih menarik adalah karakteristik self-routingnya, 13 Universitas Sumatera Utara
sehingga keputusan ruting lokal menjadi mungkin. Akan tetapi, jaringan Banyan memiliki kelemahan yang sangat serius, yaitu merupakan jaringan bloking. Sebagai contoh dalam Gambar 2.6, dan koneksi (001-111) dan (011-110) keduanya membutuhkan link keluaran bagian bawah pada tingkat kedua, menyebabkan terjadi konflik[3].
Gambar 2.6 Konflik pada elemen switching
14 Universitas Sumatera Utara
