Rabu, 10 November 2010

Perbandingan Jaringan MPLS dan OSPF (Bagian 1)

Tugas Mata Kuliah Jaringan Komputer
Tri Wahyudi

Bab I
Pendahuluan

1.1 Latar belakang
Sejalan dengan perkembangan jaringan internet, kebutuhan akan ketersediaan bandwidth semakin tinggi. Untuk itu diperlukan pengaturan dalam penggunaan bandwidth yang ada agar dapat digunakan secara optimal. Pengiriman data melalui jaringan internet memerlukan rute yang akan ditempuh oleh setiap paket agar sampai di tujuan yang dikenal dengan routing. Selama proses routing, protokol menentukan paket apa saja yang boleh lewat dan melalui jalur mana paket itu akan diteruskan.
Open Shortest Path First (OSPF) menggunakan informasi link-state dalam melakukan proses pengiriman paket. Walaupun OSPF dianggap dapat menghasilkan solusi yang mendekati optimal, namun OSPF membutuhkan resource yang besar karena harus melakukan proses look-up destination IP address yang kompleks untuk mencari jalur terpendeknya. Karena itu perlu dipertimbangkan sebuah alternatif baru untuk mengatasi kompleksitas ini. Untuk mengatasi masalah ini maka dikembangkanlah jaringan Multi Protokol Label Swithching (MPLS). Pada jaringan MPLS router memberikan label pada setiap paket yang masuk, dan melakukan routing berdasarkan label yang diberikan. Label tersebut berisi informasi yang terdiri dari Label Switched Router (LSR), Label Switched Path (LSP) dan Forwarding Equivalence Class (FEC)[14]. LSR menggunakan alamat tujuan dari sebuah paket untuk menentukan Label Switched Path(LSP) yang tepat.
Pada saat terjadinya link failure OSPF dan MPLS memiliki mekanisme recovery masing-masing. Pada OSPF mekanisme recovery ini dikenal dengan dengan istilah rerouting[3] yaitu proses yang meliputi mendeteksi terjadinya perubahan topologi jaringan, update LSA, SPF calculation, dan update FIB (Forwarding Information Base). Pada MPLS mekanisme recovery nya dikenal dengan Protection Switching[3], masing-masing LSP memiliki jalur alternative lain yang dikenal dengan istilah backup path. Ketika link failure terjadipada sebuah LSP maka backup path menggantikan LSP yang putus.
Secara teori penggunaan MPLS lebih menguntungkan dibandingkan dengan penggunaan OSPF, namun bagaimana dengan fakta sebenarnya.

1.2 Perumusan masalah
Tugas ini akan difokuskan pada waktu recovery setelah terjadinya link failure. Dengan menggunakan NS-2 akan dirancang sebuah topologi jaringan Internet dengan menggunakan prinsip Internet. Topologi yang digunakan adalah topologi mesh dengan sesuai dengan topologi Internet dimana selalu tersedia backup path antara router yang terhubung. Topologi diambil dari topologi backbone Telkom Link . Dalam tugas ini akan dibahas mengenai :
• Bagaimana performansi dari jaringan MPLS dan OSPF pada saat keadaan normal
• Bagaimana kemampuan MPLS menangani kondisi jika terjadi kegagalan link (link failure)
Adapun batasan masalah dalam tugas ini adalah:
• Parameter yang akan dianalisis pada perbandingan ini adalah:
- Recovery time
- Average delay
- Throughput
• Topologi jaringan yang digunakan adalah topologi jaringan Internet Indonesia dengan tambahan router dan host yang terhubung pada backbone tersebut

1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari tugas ini adalah untuk:
1. Mengetahui prinsip kerja dari protokol OSPF dengan MPLS
2. Menganalisis hasil yang didapat dari perbandingan ini untuk mengetahui performansi dari MPLS dan OSPF
3. Menganalisis OSPF Rerouting dan MPLS Protection Switching dalam penanganan link failure
1.4 Metodologi Penyelesaian Masalah
Adapun metodologi penyelesaian tugas ini adalah:
1. Studi Literatur
Mempelajari tentang routing protokol, topologi jaringan, tabel routing, serta mempelajari tentang dasar dari MPLS dan OSPF, mempelajari tentang QoS serta hal-hal yang berkaitan dengan pengerjaan tugas ini.
2. Pengumpulan Informasi
Mempelajari tentang Network Simulator serta mempelajari hal-hal yang dapat mempengaruhi kinerja jaringan.
3. Analisis
Merancang lingkungan yang sesuai dengan dunia nyata untuk diterapkan pada skenario yang akan disimulasikan pada Network Simulator untuk membandingkan kedua protokol ini dan mempertimbangkan aspek yang dapat merefleksikan kelakuan dari jaringan dengan melakukan simulasi terhadap kedua protokol ini berdasarkan analisis yang telah dilakukan, serta menyimpulkan hasil yang didapat dari simulasi untuk memberikan kesimpulan protokol mana yang lebih baik dalam meningkatkan performansi jaringan.


Bab II
Landasan Teori

2.1. Router
Router adalah suatu alat jaringan komputer yang digunakan untuk mengirimkan paket data melalui suatu jaringan menuju tujuannya melalui proses yang dikenal sebagai routing ( 7 ). Proses routing terjadi di layer 3 dari tujuh lapisan osi layer. Router adalah komputer spesial yang memiliki komponen dasar yang sama seperti komputer PC biasa. Tetapi router di desain untuk melakukan fungsi yang spesifik, contohnya untuk menyambungkan dan memungkinkan terjadinya komunikasi diantara dua jaringan dan menentukan jalur terbaik untuk perjalanan data melalui jaringan yang terhubung. Router menggunakan protocol routing untuk menentukan jalur terbaik untuk paket data.

2.2. Routing
Routing adalah proses pemilihan jalan didalam jaringan yang digunakan untuk mengirimkan paket data ke alamat tujuan. Router membuat keputusan berdasarkan IP address tujuan dari paket, semua devices yang dilalui menggunakan IP address tujuan untuk mengirim paket kearah yang benar untuk mencapai tujuan ( 8 ).
Istilah routing digunakan untuk pengambilan sebuah paket dari sebuah alat dan mengirimkannya melalui network ke alat lain di sebuah network yang berbeda. Router tidak peduli atau tidak memperhatikan tentang host, tapi hanya memperhatikan tentang network atau jalur terbaik ke setiap network. Alamat network logikal dari host tujuan digunakan untuk menyampaikan paket ke sebuah network melalui jalur tertentu, kemudian alamat hardware dari host digunakan untuk mengiimkan paket dari router ke host tujuan.
Pada suatu sistem jaringan komputer, router mempelajari informasi routing dari sumber-sumber routingnya yang terletak didalam tabel routing (routing table). Router akan berpedoman pada table routing ini untuk menyatakan port mana yang digunakan memforward paket-paket yang ditujukan kepadanya.

2.3. Routing Protokol
Routing protokol berbeda dengan routing dalam fungsi dan tugas. Routing protokol adalah komunikasi yang terjadi antara router, routing protokol mengizinkan router untuk membagi informasi tentang jaringan dan hubungannya dengan router sekitarnya(15).
Router menggunakan informasi ini untuk membangun dan mempertahankan routing table. Router menggunakan routing table untuk menetapkan tujuan pengiriman paket. Jika sebuah paket tiba di sebuah router, dan router tersebut tidak memiliki entri yang sesuai dalam routing table-nya, maka routing akan membuang paket tersebut. Supaya routing dapat berkerja dengan baik, kumpulan router dalam sebuah internetwork perlu memilik rute ke semua jaringan IP dan subnet IP

2.4. Klasifikasi Routing Protokol

2.4.1 Distance Vector
Algoritma yang dapat digunakan untuk routing protokol ini yaitu algoritma Bellman dan algoritma Ford-Fulkerson. Dengan distance vektor router pada jaringan setiap periode tertentu menggambarkan informasi dari tabel routingnya ke router lain yang bedekatan. Informasi ini kemudian di teruskan oleh router tersebut ke router yang lainnya yang bedekatan dengannya. Jadi dengan metoda Distance Vektor tabel routing dibuat berdasarkan informasi yang didapat dari tangan ke dua. Distance Vektor mengupdate perubahan topologi setiap 30 detik. Perubahan di suatu router yang belom terjadi di router-router lainnya dapat menyebabkan terjadinya routing loop, paket dikirim berulang ulang mengelilingi jaringan. Jika routing loop terjadi dapat menyebabkan ketidakstabilan atau kemacetan pada jaringan.

2.4.2 Link State
Algoritma yang dapat digunakan untuk routing protokol ini yaitu algoritma Djikstra. Link State mengumpulkan informasi lengkap mengenai topologi dan jaringan. Link State meng-update berdasarkan perubahan topologi (even trigered update) sehingga mempunyai convergence (waktu yang di perlukan oleh semua router- router di dalam jaringan untuk mengikuti perubahan yang disebabkan oleh perubahan topologi jaringan) yang lebih cepat. Kelemahan Link State adalah protokol ini memerlukan daya proses yang tinggi dan disamping itu banyak menggunakan bandwidth jaringan sehingga dapat memberi beban pada jaringan.

2.5. Open Shortest Path First (OPSF)
OSPF adalah sebuah protokol routing yang dikembangkan untuk jaringan IP oleh Internet Engineering Task Force (IETF). Sesuai dengan namanya protokol ini memiliki 2 (dua) karakteristik utama. Pertama protokol ini bersifat terbuka artinya spesifikasi dari protokol ini terbuka untuk umum dan yang kedua adalah routing dari OSPF ini berbasis algoritma SPF. OSPF termasuk dalam link-state routing protocol. LSA (Link State Advertisement) adalah kumpulan informasi yang berisi tentang status link yang terdiri dari link id, state of the link, dan cost neighbors.
2.5.1 Cara Kerja OSPF
Dalam melakukan routing OSPF ini selalu mengacu pada link state yang terdapat pada database LSA. Database LSA ini merupakan informasi yang terdiri dari kumpulan LSA, yang berguna untuk melakukan proses debug apabila terjadi kegagalan link (link failure). Untuk mengetahui hubungan ketetanggaannya OSPF mengirimkan paket hello. Paket ini dikirim secara periodik dan memiliki dead interval. Jika tidak ada balasan dalam dead interval ini maka link dianggap putus. Setelah melakukan Update LSA maka Router akan melakukan perhitungan terhadap informasi dari link state yang ada dengan menggunakan algoritma SPF untuk menentukan jalur yang akan dilalui dalam pengiriman paket. Hasil dari perhitungan ini akan dimasukkan kedalam FIB (Forwarding Information Base). Jika LSA berubah maka LSA kan di flood (disebar) menuju interface lainnya pada jaringan.
Setelah LSA disebar menuju interface lainnya, maka interface yang menerima LSA tersebut akan mengubah database LSA yang lama disesuaikan dengan data LSA yang baru.

2.5.1.1 Format Paket OSPF
Paket OSPF terdiri atas 2 bagian umum yaitu IP header dan OSPF Message. OSPF message terdiri atas 2 bagian yaitu OSPF header dan Body of OSPF Message. Format dari sebuah paket OSPF, dimana IP header adalah header yang umum digunakan pada jaringan IP. OSPF header terdiri dari 24 bytes yang berisi informasi yang diperlukan untuk menentukan apa yang dilakukan oleh OSPF terhadap paket tersebut.

2.5.1.1.1 Paket OSPF Header
OSPF header ini terdiri atas 24 bytes yang berisi informasi yang diperlukan untuk menentukan apa yang dilakukan oleh OSPF terhadap paket tersebut, menunjukkan format dari OSPF header. Masing – masing field yang terdapat pada OSPF header ini diperlukan untuk menentukan perlakuan terhadap OSPF message.
Panjang field dalam byte
1 1 2 4 4 2 2 8
Version Number Type Paket Length Router ID Area ID Checksum Authentication Type Authentication

Paket OSPF header ini terdiri atas 24 bytes yang berisi informasi yang diperlukan untuk menentukan apa yang dilakukan oleh OSPF terhadap paket tersebut. Informasi yang terdapat pada OSPF header terdiri dari:
- 1 byte version number : version number adalah versi dari OSPF yang digunakan versi number ini nilainya antara 2 atau 3.
- 1byte type : tipe dari paket tersebut. Tipe ini dapat berupa hello packet ataupun tipe pake lainnya. Nilai dari tipe ini adalah :
o Type bernilai 1 untuk paket hello
o Type bernilai 2 untuk database description
o Type bernilai 3 untuk link status request
o Type bernilai 4 untuk link status updates
o Type bernilai 5 untuk link status ACK
- 2 bytes packet packet : panjang dari paket tersebut.
- 4 bytes router ID : IP Address dari router asal pket
- 4 bytes area ID : identifikasi dari area paket
- 2 bytes checksum : untuk memeriksa apakah paket yang diterima dalam keadaan bagus atau rusak
- 2 bytes authentication type : berisi tentang tipe otentik dari paket :
o Bernilai 0 untuk no authentication
o Bernilai 1 untuk cleartext password
o Bernilai 2 untuk MD5 checksum
- 8 bytes authentication : berisi informasi tentang authentication
2.5.1.1.2 Link State Advertisment (LSA)
LSA pada Body of OSPF message terdiri atas 2 bagian, yaitu LSA header dan LSA data. LSA header terdiri dari beberapa field yang berisi informasi tentang status dari link yang ada. LSA data berisi tentang deskripsi dari link yang terhubung ke router tersebut

Pada jaringan dengan topologi dapat kita lihat bahwa masing – masing router memiliki pengalamatan yang independent, ini menyebabkan LSA dari tiap – tiap router juga berbeda. LSA dari router 10.10.10.1 adalah sebagai berikut :
1. LSA header
2. Link state ID : 10.10.10.1
3. Advertising Router : 10.10.10.1
4. Link State ID : 10.10.10.1
5. Number of link : 3 ; 2 link + router itu sendiri
6. LSA data
7. Description of Link 1 : Link ID = 10.10.10.1, metric = 4
8. Description of Link 2 : Link ID = 10.10.10.2, metric = 3
9. Description of Link 1 : Link ID = 10.10.10.3, metric = 2
Masing – masing router akan mengirimkan LSA pada saat terjadi pertukaran LSA pada tiap router. Router yang menerima LSA kemudian menyimpan LSA dalam database LSA.
LS Type Link State ID Advestising router Checksum LS sequential number LS Age
Router LSA 10.10.10.1 10.10.10.1 0x9b47 0x80000006 0
Router LSA 10.10.10.2 10.10.10.2 0x219e 0x80000007 1618
Router LSA 10.10.10.3 10.10.10.3 0x6b53 0x80000003 1712
Router LSA 10.10.10.4 10.10.10.4 0xe39a 0x8000003a 20
Router LSA 10.10.10.5 10.10.10.5 0cd2a6 0x80000038 18
Router LSA 10.10.10.6 10.10.10.6 0x05c3 0x80000005 1680

2.5.1.2 Deteksi Neighbor
Router secara periodik akan mengirimkan hello packet pada semua interface ke tetangganya untuk mengetahui dan memberikan status kepada tetangganya. Hello packet dikirim secara multicast pada jaringan. Di bawah ini router 10.10.10.2 restart, maka dengan segera router tersebut akan mengirimkan paket hello ke router 10.10.10.1. jika router 10.10.10.2 menerima balasan dari router 10.10.10.1 dalam interval waktu yang ditentukan maka router akan mengupdate database LSAnya.

Proses discovery neighbor
Jika sampai batas waktu yang ditentukan ternyata router 10.10.10.2 belum juga menerima balasan dari router 10.10.10.1 maka router 10.10.10.2 akan menganggap bahwa router link ke router 10.10.10.1 putus, dan tidak mengirimkan paket melalui link tersebut. discovery neighbor akan dilakukan kembali dengan mengirimkan hello packet pada interval hello yang telah ditentukan.

2.5.1.3 OSPF Rerouting
Rerouting pada OSPF adalah mekanisme dalam proses recovery jaringan pada saat terjadinya perubahan topologi. Rerouting ini terdiri dari deteksi perubahan topologi, pembaharuan LSA, penghitungan jarak terpendek (SPF), serta pembaharuan FIB (Forwarding Information Base)[3].

2.6 Multi Protocol Label Switching (MPLS)
MPLS domain[14] adalah kumpulan dari node yang melakukan mpls routing dan mpls forwarding. Didasari ide untuk menggabungkan tekhologi IP dan ATM, maka pada tahun 1997 Internet Engineering Task Force (IETF) merancang MPLS. Karena tujuannya untuk menggabungkan teknologi IP dan ATM maka MPLS ini didesain dengan dasar keunggulan masing – masing dari kedua teknologi tersebut. MPLS menyediakan manajemen trafik serta Quality of Service (QoS) connection oriented seperti yang terdapat pada jaringan ATM. Karena itu MPLS dapat digunakan untuk traffic engineering seperti IP-over-ATM[12], constraint based routing dan lainnya.

2.6.1 Cara Kerja MPLS
Sebuah jaringan MPLS terdiri dari kumpulan router, yang disebut dengan Label Switched Router (LSR). Untuk setiap flow yang berbeda dibuat sebuah class yang disebut dengan FEC [14], yaitu Kumpulan dari paket IP yang diteruskan dengan perlakuan yang sama. LSR tidak membutuhkan proses terhadap IP header, tetapi cukup dengan meneruskan setiap paket berdasarkan value yang terdapat pada label paket tersebut. Ini menjadikan proses forwarding menjadi lebih sederhana dibandingkan denga IP router. Sebelum masuk dalam jaringan MPLS paket merupakan paket IP biasa, namun setelah masuk ingress router maka paket akan diberi label. MPLS[14] melakukan swap label untuk melakukan forwarding terhadap paket yang telah diberi label. IngressLSR melakukan push label sedangkan egress LSR melakukan pop label. Pada EgressLSR label akan dilepas, sehingga paket kembali menjadi paket IP biasa.[9].

Sebuah label format pada MPLS terdiri dari 32 bits field yang terbagi menjadi :
a. 20 bits MPLS Label : berisi tentang value dari MPLS label
b. 3 bits CoS : kebijakan yang mempengaruhi antrian dan discarding
c. 1 bit : Stack
d. 8 bits TTL (Time To Live) : seperti yang terdapat pada fungsi TTL pada IP konvensional, untuk menentukan “ lama hidup” suatu paket.

2.6.2 Pemberian Label dan Pengiriman Paket MPLS
Setiap LSR menangani forwarding table untuk setiap LSP yang melewati LSR tersebut. Ketika sebuah label tiba, LSR melihat indeks pada forwarding table untuk menentukan hop berikutnya. Seperti yang telah dikemukakan sebelumnya label hanya memiliki pengaruh local, karena itu LSR menghapus incoming label dari paket tersebut dan menambahkan outgoing label yang tepat sebelum melakukan forwarding label. Ingress-edge LSR menentukan FEC untuk setiap paket masuk yang belum diberi label dan berdasarkan FEC yang diberikan memasukkan paket kedalam bagian dari LSP menambah corresponding label dan mengirimkan paket.

2.6.3 MPLS Recovery
Pada saat terjadi nya link failure maka MPLS menggunakan alternative path yang telah dibangun untuk melakukan re-routing. Mekanisme recovery dapat dilakukan pada secara local maupun secara global.[16]
a.link protection b.haskin model
Pada MPLS mekanisme recovery nya dikenal dengan Protection Switching[3], masing-masing LSP memiliki jalur alternative lain yang dikenal dengan istilah backup path. Ketika link failure terjadipada sebuah LSP maka backup path menggantikan LSP yang putus.
2.7 Waktu Recovery dan Link Failure
Waktu recovery diartikan sebagai selang waktu pada saat terjadinya sesuatu event yang menyebabkan terjadinya perubahan informasi routing sampai semua router memiliki jalur rute yang baru atau waktu yang dibutuhkan untuk menstabilkan sebuah network.. Semakin kecil waktu recovery maka performansi dari jaringan semakin baik.
Link failure adalah sebuah kejadian yang menyebabkan ketidakmampuan link dalam melakukan signaling link. event ini dapat disebabkan oleh beberapa hal yaitu software upgrade, hardware upgrade,software failure,hardware failure, power dan lainnya.

2.8 Quality of Services (QoS)
Quality or Services adalah kemampuan dari sebuah layanan yntuk menjamin performansi dan merupakan parameter untuk mengukur kualitas dari sebuah layanan. Lembaga Standarisasi ITU-T mendefenisikan QoS sebagai pengaruh performansi secara keseluruhan yang menentukan tingkat kepuasan pengguna layanan. QoS pada jaringan meliputi utilisasi, packet loss, delay, dan availibilitas, jitter. Dalam tugas ini yang akan menjadi parameter yang akan dianalisis adalah packet loss, delay, dan throughput.

2.8.1 Delay
Delay adalah waktu tunda suatu paket yang diakibatkan oleh proses transmisi dari satu titik ke titik lain yang menjadi tujuannya. Delay di dalam jaringan dapat digolongkan sebagai berikut.
• Packetisasi delay
Delay ini disebabkan oleh waktu yang diperlukan dalam proses pembentukan paket delay ini hanya terjadi pada sisi source.
• Queue delay
Delay ini disebabkan oleh waktu proses yang diperlukan router dalam menangani transmisi paket pada jaringan. Umunya delay ini sangat kecil, kurang lebih sekitar 100 ms.
• Propagation delay
Proses perjalanan informasi selama di dalam media transmisi, misalnya SDH, coax atau lembaga, menyebabkan delay yang disebut dengan delay propagasi.
Average Delay merupakan variasi delay antar paket yang terdapat pada jaringan besarnya nilai jitter dipengaruhi oleh beberapa hal yaitu :
• Tumbukan atau congesti
• Pengiriman paket dengan ukuran besar pada jaringan dengan kapasitas rendah
• Variasi besar paket yang dikirimkan
Semakin besar nilai jitter maka akan semakin menurunkan performansi dari jaringan, karena itu nilai jitter harus seminimum mungkin. Menurut Tiphon, katergori jaringan di bagi menjadi 4 bagian menurut jitternya yaitu :
Table : kategori jaringan berdasarkan nilai delay (versi Tiphon)
Kategori Jitter
Sangat bagus 0 ms
Bagus 75 ms
Jelek 125 ms
Sangat jelek 225 ms

Rumus yang digunakan untuk menghitung jitter adalah :
Average delay = Total waktu / paket yang sampai (2. 1 )

2.4.2 Packet Loss
Packet Loss didefinisikan sebagai kegagalan transmisi paket mencapai tujuannya. Kegagalan paket tersebut mencapai tujuan, disebabkan oleh beberapa kemungkinan, antara lain :
• Terjadinya over load dalam jaringan
• Tabrakan atau congesti dalam jaringan
• Error pada media fisik
• Terjadi overflow pada buffer
Nilai paket loss dalam jaringan internet semakin kecil semaikin baik. Table menunjukkan kategori performansi jaringan berdasarkan paket loss versi Tiphon.
Table kategori jaringan berdasarkan persentase paket loss ( versi Tiphon)
Kategori Packet Loss
Sangat bagus 0%
Bagus 3%
Jelek 15%
Sangat jelek 25%
Rumus yang digunakan untuk menghitung packet loss adalah :
Packet Loss = ( paket yang di drop/paket yang dikirim) * 100% (2.2)
2.4.3 Throughput
Throughput merupakan kinerja jaringan yang terukur. Troughput merupakan jumlah bit yang berhasil dikirim pada suatu jaringan. Throughput dipengaruhi oleh beberapa factor yaitu :
- Tipe data yang dikirim
- Piranti jaringan
- Topologi jaringan
- Banyaknya pengguna jaringan
- Spesifikasi perangkat pada sis client dan server
- Kondisi fisik medium
Rumus yang digunakan untuk mencari throughput adalah :
Throughput = jumlah bit yang dikirim/ total waktu pengiriman (Mb/s) (2.3)

Tidak ada komentar:

Posting Komentar