IMPLEMENTASI DAN EVALUASI KINERJA LOAD BALANCING PADA SERVER-SERVER PROXY DI IPB
Oleh : DAVID THAMRIN G64103002
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
Hidup adalah sebuah tantangan, maka hadapilah. Hidup adalah sebuah lagu, maka nyanyikanlah. Hidup adalah sebuah mimpi, maka sadarilah. Hidup adalah sebuah permainan, maka mainkanlah. Hidup adalah cinta, maka nikmatilah. (Bhagawan Sri Sthya Sai Baba) To exist is to change to change is to mature to mature is to go on creating oneself endlessly (Henry Bergson)
Ilmu sendiri tidaklah punya nilai. PENGGUNAAN ILMU itulah yang membuatnya bernilai. Bila pemikiran ini diungkapkan dengan cara lain – Hidup tidak membayar anda atas apa yang dapat anda lakukan. Hidup membayar anda atas apa yang anda lakukan. (Les Giblin) I know the price of success: dedication, hard workd and an unremitting devotion to the things you want to see happen (Frank Lloyd Wright)
Keberhasilan tidak diukur dengan apa yang telah anda raih, namun kegagalan yang telah anda hadapi, dan keberanian yang membuat anda tetap berjuang melawan rintangan yang datang bertubi-tubi. (Orison Swett Marden)
There are two kinds of failures: Those who thought and never did and those who did and never thought (Laurence J. Peter)
Urusan kita dalam kehidupan ini bukanlah untuk mendahului orang lain, tetapi untuk melampaui diri kita sendiri, untuk memecahkan rekor kita sendiri, dan untuk melampaui hari kemarin dengan hari ini. (Stuart B. Johnson)
I will praise you, LORD! You always do right. I will sing about you, the LORD Most High (Psalms 7:17)
IMPLEMENTASI DAN EVALUASI KINERJA LOAD BALANCING PADA SERVER-SERVER PROXY DI IPB
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Komputer pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Oleh : David Thamrin G64103002
DEPARTEMEN ILMU KOMPUTER FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008
ABSTRAK DAVID THAMRIN. Implementasi dan Evaluasi Kinerja Load Balancing pada Server-server Proxy di IPB. Dibimbing oleh HERU SUKOCO dan ENDANG PURNAMA GIRI. Pertumbuhan internet dewasa ini menuntut lebih banyak server yang melayani permintaan pengguna. Pembagian kerja yang tidak adil dapat membuat sumber daya menjadi tidak efektif dan kinerja menjadi rendah. IPB memiliki dua buah server proxy yang melayani seluruh permintaan pengguna ke internet. Selama ini pembagian kerja antara kedua server dilakukan berdasarkan kebijakan sehingga dikhawatirkan tidak berjalan optimal. Penelitian ini akan mengimplementasikan mekanisme load balancing agar pembagian beban menjadi adil antara dua buah server proxy IPB. Selain itu, implementasi diharapkan dapat meningkatkan realibilitas, skalabilitas, dan availabilitas server proxy. Studi pustaka dan analisis lingkungan jaringan IPB digunakan sebagai dasar untuk menentukan berbagai aspek dalam load balancing. Metode yang digunakan adalah dedicated load balancing dengan software. Load balancing diterapkan pada level IP memanfaatkan perangkat lunak LVS dengan metode distribusi direct routing. Aplikasi keepalived dimanfaatkan untuk pengecekan kesehatan dan director failover. Spesifikasi server proxy yang berbeda menjadi dasar penggunaan algoritme penjadwalan weighted round robin. Pembobotan ditentukan dengan sistem tuning, beberapa variasi pembobotan diimplementasikan untuk memilih yang paling baik. Sebelum dan setelah implementasi, dilakukan pengukuran data kinerja server proxy yang meliputi utilisasi CPU, penggunaan memori, throughput, jumlah koneksi, dan hit ratio. Kinerja load balancing kemudian diukur dari cumulative density function (CDF) dan standar deviasi (SD) utilisasi CPU. Hasil penelitian menunjukkan bahwa implementasi mekanisme load balancing terbukti dapat meningkatkan realibilitas, skalabilitas, dan availabilitas server proxy di IPB. Beban kerja dapat dibagi secara proporsional berdasarkan beban trafik, tanpa perlu kebijakan. Diketahui pula bahwa pembobotan mekanisme load balancing yang paling baik untuk diterapkan di sistem operasional server proxy IPB adalah 1:2 karena menghasilkan standar deviasi utilisasi CPU yang paling kecil yaitu 5.26. Hit ratio setelah implementasi load balancing secara keseluruhan mengalami peningkatan sekitar 4%. Kata kunci: Load Balancing, Server Proxy, LVS, Keepalived, Pembobotan, Hit Ratio, CDF, SD.
ABSTRACT
DAVID THAMRIN. Implementation and Performance Evaluation of Load Balancing on IPB Proxy Servers. The research are supervised by HERU SUKOCO and ENDANG PURNAMA GIRI. The explosive growth of Internet demand more servers to serve all the client requests. Unbalance workload distribution can make ineffective used of processing resource and degrade performance. IPB has two proxy servers which serve all client request to the internet. Since now, the workload distribution of both servers is done according to IPB policy so that it is doubtfully has optimal performance. This research implements load balancing mechanism so that the workload distribution can be balance between two proxy servers of IPB. Besides that, the implementation is intended to improve reliability, scalability and availability of proxy server. Literature study and analyisis of IPB networking environment is used as basis to determine various aspects of load balancing. The method used is dedicated load balancing using software. Load balancing is implemented at IP level using LVS software with direct routing forwarding method. Keepalived application is used to give healthchecking and director failover feature. The differences of proxy server specification suggesting weighted round robin scheduling algorithm to be used. The weight is determined by tuning system, variation of weight is implemented to find the best performance. Before and after the implementation, performance of proxy server is measured. The measure includes CPU utilization, memory utilization, throughput, total connection, and hit ratio. Load balancing performance is then measured by cumulative density function (CDF) and standard deviation. The result of the research show that implementation of load balancing mechanism has been proven to improve reliability, scalability, and availability of IPB proxy server. Workload can be distributed proportionally according to the traffic load, no more policy. The result also shows that the best weight to implement in operational system of IPB proxy server is 1:2. It is because that weight gives the smallest standard deviation which is 5.26. Hit ratio after implementation of load balancing has improved approximately 4%. Keywords: Load Balancing, Server Proxy, LVS, Keepalived, Pembobotan, Hit Ratio, CDF, SD.
Judul Nama NRP
: Implementasi dan Evaluasi Kinerja Load Balancing pada Server-server Proxy di IPB : David Thamrin : G64103002
Menyetujui Pembimbing I,
Pembimbing II,
Heru Sukoco S.Si., M.T NIP 132 282 666
Endang Purnama Giri, S.Kom NIP 132 321 639
Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Dr. Drh. Hasim, DEA NIP 131578806
Tanggal Lulus:
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Lubuklinggau pada tanggal 23 Desember 1985 dari ayah Tjarsan Thamrin dan ibu Maria Magdalena. Penulis merupakan putra kedua dari empat bersaudara. Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Xaverius Lubuklinggau dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Penulis memilih Program Studi Ilmu Komputer, Departemen Ilmu Komputer, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif dalam berorganisasi, di antaranya menjadi ketua Unit Kegiatan Mahasiswa (UKM) Keluarga Mahasiswa Katolik IPB (KEMAKI) tahun kepengurusan 2006/2007, anggota Beswan Djarum tahun 2005-2007, dan anggota Perhimpunan Mahasiswa Katolik Indonesia (PMKRI). Penulis juga pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah Organisasi Komputer, Bahasa Pemrograman, Fisika Dasar, dan Agama Katolik. Pada tahun 2006 Penulis menjalankan praktek lapangan di PT. Nusantara Compnet Integrator di Jakarta selama kurang lebih 2 bulan.
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Bapa Yang Maha Pengasih yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang merupakan salah satu syarat kelulusan program sarjana pada Departemen Ilmu Komputer, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Terima kasih kepada orangtua tercinta, Papa Tjarsan Thamrin dan Mama Maria Magdalena yang curahan kasihnya selalu mengalir tanpa henti buat penulis, juga untuk dukungan, semangat, bimbingan, dan doa demi keberhasilan dan kesuksesan hidup penulis. Untuk saudara-saudari tercinta, Benny Thamrin, Indra Thamrin, dan Ferina Thamrin yang selalu dekat di hati penulis, terima kasih telah mengiringi gerak langkah penulis dengan dukungan dan semangat. Untuk Fransiska Eka Handayani, kekasih yang selalu setia menemani penulis dalam masamasa penuh keceriaan pun dalam masa kekelaman. Terima kasih karena selalu sedia untuk menghibur ketika sedih, memberi semangat ketika lesu, mendengarkan semua keluh kesah, menerima semua masalah penulis. Terima kasih untuk semua cinta kasih dan perhatian yang telah diberikan. Terima kasih telah menjadi pemberi warna, rasa, dan asa dalam hidup penulis. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Heru Sukoco selaku pembimbing I yang telah banyak berbagi ilmu pengetahuannya dan memberikan pengarahan kepada penulis. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada Bapak Endang Purnama Giri selaku pembimbing II yang telah banyak memberi masukan dan pengarahan kepada Penulis. Penulis juga ingin mengucapkan terima kasih kepada Ibu Ir. Sri Wahjuni yang telah bersedia menjadi moderator dan penguji. Terima kasih kepada Mas Hassan, Mas Komar, dan Mas Imanto di KPSI yang telah banyak membantu penulis selama melaksanakan penelitian. Juga kepada Pak Djatmiko di Ilkom, dan Mas Sujiwo di perpustakaan yang banyak membantu dalam tahapan penelitian penulis. Penulis juga mohon maaf jika telah merepotkan dan mengganggu pekerjaan kalian. Kepada segenap Ilkomerz 40, terima kasih karena telah menjadi teman-teman seperjuangan selama penulis menimba ilmu di IPB. Terima kasih khususnya untuk Naniq Qodarsih, Irena Susanti, Andi Setiadi, dan Ghoffar yang telah memberi banyak masukan bagi penelitian penulis. Untuk Rizal Ansyori, Faiq Al Syawaf, dan Gallan Saputra Aji, teman-teman penulis di lab NCC atas kebersamaan dan dukungannya. Terima kasih juga ingin penulis sampaikan kepada teman-teman penulis di Tim Pendamping IPB dan Keluarga Mahasiswa Katolik IPB (KEMAKI). Keberadaan kalian semua sungguh merupakan penyemangat dalam hidup penulis. Terima kasih atas kebersamaannya sebagai sebuah keluarga. Tak lupa terima kasih kepada Departemen Ilmu Komputer, staf dan dosen yang telah begitu banyak membantu baik selama penelitian maupun pada masa perkuliahan. Khususnya kepada Pak Pendi dan Pak Soleh untuk urusan peminjaman kunci lab NCC, kepada Mas Irvan di perpustakaan Ilkom atas bantuan pustakanya, kepada Pak Fathur dan Pak Yadi untuk masalah surat menyurat. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, terima kasih atas semua dukungannya selama masa perkuliahan dan pengerjaan skripsi ini. Semoga penelitian ini dapat memberikan manfaat.
Bogor, Januari 2008
David Thamrin
viii
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR ISI ..................................................................................................................................viii DAFTAR TABEL ............................................................................................................................ ix DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................................ x DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................................................... xi PENDAHULUAN............................................................................................................................. 1 Latar Belakang ............................................................................................................................. 1 Tujuan........................................................................................................................................... 1 Ruang Lingkup ............................................................................................................................. 1 Manfaat Penelitian ........................................................................................................................ 1 TINJAUAN PUSTAKA.................................................................................................................... 1 Load Balancing ............................................................................................................................ 1 Server Proxy ................................................................................................................................. 2 Metode Load Balancing ............................................................................................................... 2 Level Load Balancing .................................................................................................................. 2 Virtual Server & Linux Virtual Server ......................................................................................... 2 IP Virtual Server (IPVS) .............................................................................................................. 3 Forwarding Method ..................................................................................................................... 3 Keunggulan dan Kelemahan Metode-Metode Distribusi Paket LVS ........................................... 3 Algoritme Load Balancing ........................................................................................................... 4 Weighted Round Robin ................................................................................................................ 4 Keepalived .................................................................................................................................... 4 Virtual Router Redundancy Protocol (VRRP) ............................................................................. 5 Ipvsadm ........................................................................................................................................ 5 Rekomendasi ITU-T E.500 .......................................................................................................... 5 Throughput ................................................................................................................................... 5 Hit Ratio ....................................................................................................................................... 5 Address Resolution Protocol (ARP) ............................................................................................. 5 Single Point of Failure (SPOF)..................................................................................................... 5 METODOLOGI PENELITIAN ........................................................................................................ 5 1. Studi pustaka ............................................................................................................................ 6 2. Analisis lingkungan jaringan IPB ............................................................................................. 6 3. Pengambilan data kinerja server proxy sebelum penerapan mekanisme load balancing ......... 7 4. Analisis dan pemilihan berbagai aspek load balancing............................................................ 8 5. Implementasi mekanisme load balancing. ............................................................................... 9 6. Pengambilan data kinerja server proxy setelah penerapan mekanisme load balancing. ........ 11 7. Analisis kinerja ....................................................................................................................... 11 HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................................................................... 12 Data kinerja server proxy di IPB sebelum penerapan mekanisme load balancing..................... 12 Pengujian Tahap Implementasi .................................................................................................. 14 Data kinerja server proxy di IPB setelah penerapan mekanisme load balancing ....................... 14 Analisis Kinerja .......................................................................................................................... 19 KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................................................................... 21 Kesimpulan................................................................................................................................. 21 Saran ........................................................................................................................................... 21 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................................... 22
ix
DAFTAR TABEL Halaman 1 Hasil perhitungan SD utilisasi CPU. ............................................................................................ 20 2 Hasil perhitungan SD utilisasi memori. ....................................................................................... 20
