Transcript Jarkom2012-4-Medium Access Control

Medium Access Control
SubLayer
Computer Networks
Eko Prasetyo
Teknik Informatika
Universitas Muhammadiyah Gresik
2012
Posisi MAC dalam stack model OSI
2
Masalah alokasi channel dalam
jaringan
Jaringan dapat dibagi menjadi dua kategori : koneksi
point-to-point dan channel broadcast
 Isu kunci adalah bagaimana menentukan siapa yang
boleh menggunakan chanel ketika ada persaingan
untuk menggunakannya  Analogi seperti situasi
rapat/pertemuan.

◦ Banyak protokol yang diusulkan untuk menyelesaikan.
Protokol digunakan untuk menentukan siapa yang ada
di multiaccess pada sublayer data link layer  MAC
(Medium Access Control) sublayer.
 MAC sublayer penting dalam LAN, banyak yang
menggunakan chanel multiaccess sebagai basis
komunikasi. WAN (sebaliknya) menggunakan link
pont-to-point, kecuali untuk jaringan satelit.

3
Alokasi Channel di LAN dan MAN :
Statis


Cara tradisional untuk alokasi channel
pada kompetisi user adalah Frequency
Division Multiplexing (FDM).
Jika ada N user, bandwidth akan dibagi
menjadi N bagian yang sama, setia
user menggunakan satu bagian.
Tidak ada interferensi antar user,
Ketika ada jumlah yang sedikit dan
tetap, setiap channel mempunyai
muatan (buffer) yang besar pada
trafik.
Mekanisme alokasi FDM sederhana
dan efisien.






Ketika jumlah pengirim besar dan secara
kontinyu berubah-ubah atau trafik membesar,
FDM memberikan masalah.
Jika spektrum dipotong menjadi N region dan
lebh kecil dari N user masih menggunakan
komunikasi, sejumlah nilai yang besar pada
spektrum akan terbuang.
Jika lebih dari N user ingin berkomunikasi,
beberapa diantaranya akan ditolak karena
kekurangan bandwidth
4
Alokasi Channel di LAN dan MAN :
Statis

Jumlah user yang disediakan (N) membagi channel tungal yang tersedia secara
statis menjadi subchannel adalah tidak efisien.
◦ Ketika beberapa user diam maka bandwidthnya menjadi hilang, tidak
digunakan, dan tidak ada yang boleh menggunakan.

Kebanyakan sistem komputer perbandingan data trafik sangat besar (puncak
dan rata-rata trafik umumnya adalah 1000:1).
◦ Banyak channel yang akan idle sepanjang waktu.
Kalkulasi teori antrian. T adalah rata-rata delay waktu, kapasitas channel C
bps, laju penyampaian (arrival rate)  frame/sec, setiap frame mempunyai
panjang dari exponential probability density function dengan rata-rata 1/µ
bits/frame.Dengan parameter ini, arrival rate adalah  frames/sec dan service
rate adalah µC frames/sec.
 Dari teori antrian dapat ditunjukkan bahwa Poisson arrival dan waktu
layanan (service times)

5
Alokasi Channel di LAN dan MAN :
Statis

Jika C = 100 Mbps, rata-rata panjang frame, 1/µ, adalah 10,000 bits,
frame arrival rate  adalah 5000 frames/sec, maka :
◦ T = 1/(µC - ) = 1/((1/10000).100000000 - 5000)
◦ = 1/(10000-5000) = 1/5000 = 0.0002 sec = 200 µsec.



Jika mengabaikan delay antrian (frame arrival) dan menghitung
berapa lama pengiriman 10000 bit frame pada jaringan 100 MBps,
maka didapatkan 100 µsec. Hasil yang tidak benar !
Jika channel tunggal dibagi menjadi N subchannel secara terpisah,
setiap subchannel akan berkapasitas C/N bps. Rata-rata input rate
pada setiap subchannel akan menjadi /N.
Jika kapasitas tersebut dibagi menjadi 10 subchannel statis maka
akan didapat 10 Mbps untuk tiap user dan rata-rata delay time akan
berubah dari 200 µsec. menjadi 2 msec
6
Multiple Access Protocols
•
•
•
•
•
•
ALOHA
Carrier Sense Multiple Access Protocols
Collision-Free Protocols
Limited-Contention Protocols
Wavelength Division Multiple Access
Protocols
Wireless LAN Protocols
7
Pure ALOHA
Ide dasar : user mentransmisikan
kapanpun data yang akan dikirim,
akan terjadi tabrakan, seperti pada
model broadcasting, sender dapat
mengetahui apakah framenya rusak
dengan cara mendengarkan channel,
cara yang sama juga digunakan oleh
user yang lain.
 Dalam LAN, feedback dapat segera
diketahui; dengan satelit ada delay
sekitar 270 msec sebelum sender
mengaetahui bahwa transmisi
berhasil. Jika listening tidak
memungkinkan, maka acknowledge
diperlukan, waktu tunggu harus acak
 Frame dikirim dalam ukuran yang
sama (tetap).

Efisiensi penggunaan channel sekitar
0.184 (18.4%)
Sangat jelek, banyak yang terbuang
8
Slotted ALOHA
Ide dasar : Berusaha
menggandakan kapasitas
sistem ALOHA murni
 Membagi waktu
kedalam interval diskrit,
setiap interval berkaitan
dengan satu frame.
Pendekatan ini
membutuhkan
kesepakatan user pada
boundari slot. Satu kali
sinkronisasi dicapai,
maka hanya satu stasiun
yang berada di setiap
interval (seperti clock)

S = Probabilitas tidak ada trafik
lain pada slot yang sama
Efisiensi penggunaan channel 0.368 (36.8%)
2 x lebih baik dari pure ALOHA
9
Carrier Sense Multiple Access
Protocols : 1-persistent CSMA
Ketika sebuah stasiun mempunyai data yang akan dikirim, dia
mendengarkan channel dulu untuk mengetahui apakah ada yang sedang
mentransmisikan data dalam channel. Jika channel sibuk, stasiun akan
menunggu sampai kondisi idle. Ketika stasiun mendeteksi
channel idle, dia akan mentransmisikan frame. Jika tabrakan terjadi,
stasiun menunggu dengan waktu yang random dan memulai lagi
dari awal. Jadi stasiun mentransmisikan dengan probabilitas 1 ketika
mencari channel idle.
 Delay propagasi mempunyai pengaruh penting pada kinerja protokol. Ada
sedikit kesempatan yang dipunyai sebuah stasiun untuk mengirimkan frame,
jika stasiun lain saat itu (stasiun pertama sedang mengirim) merasakan idle
pada channel dan mengirimkan framenya, maka tabrakan akan terjadi. Delay
propagasi yang lama akan membuat kinerja protokol ini menjadi jelek.
 Protokol ini masih jauh lebih baik dibanding pure ALOHA karena kedua
stasiun mempunyai keharusan untuk berhenti dari interferensi frame
stasiun ketiga, dan hampir sama kinerjanya dengan slotted ALOHA.

10
Carrier Sense Multiple Access
Protocols : nonpersistent CSMA



Sebelum pengiriman frame, stasiun
memeriksa kondisi channel, jika tidak ada
yang sedang mengirimkan, maka dia
akan memulai mengirim.
Jika channel sedang sibuk, maka akan
menunggu dalam waktu yang random,
kemudian mengulangi algoritmanya.
Konsekuensinya, algoritma ini akan
menggunakan channel dengan lebih baik
tetapi dengan delai yang lebih lama
dibanding 1-persitent CSMA
11
Carrier Sense Multiple Access
Protocols : p-persistent CSMA
Menerapkan slotted channel
Ketika stasiun siap mengirim, dia memeriksa channel.
Jika idle, dia mentransmisikan dengan
probabilitas p. Probabilitas q = 1 - p
menangguhkannya sampai slot berikutnya.
 Jika slot idle lagi, maka akan mentransmisikannya juga
atau menanguhkan lagi, dengan probabilitas p dan q.
 Proses ini diulang sampai frame-frame yang
lain ditransmisikan atau stasiun lain memulai
transmisi.
 Jika stasiun merasakan bahwa channel sibuk, dia
menunggu sampai slot berikutnya dan menerapkan
algoritma diatas.


12
Comparison of the channel utilization versus
load for various random access protocols
13
Collision-Free Protocols : basic bitmap






Jika semua pihak sudah tahu siapa saja yang akan mengirimkan maka tidak akan
pernah terjadi tabrakan.
Setelah stasiun terakhir mengirimkan frame terakhir, semua pihak dapat memonitor,
N bit wadah akan dimulai lagi.
Jika sebuah stasiun siap mengirim ketika wadah baru saja lewat maka dia stasiun
yang tidak beruntung karena harus menunggu proses periode wadah tersebut
berakhir dan diulangi kembali.
Protokol seperti ini dimana kebutuhan untuk mentransmisikan adalah broadcast
sebelum transmisi aktual disebut reservasion protokol
Efisiensi channel pada muatan rendah. Overhead per frame adalah N bits, dan
jumlah data adalah d bits, efisiensi adalah d/(N+d).
Pada muatan tinggi, efisiensi menjadi d(d+1)
14
Collision-Free Protocols : Binary
Countdown





Masalah dengan basic bit-map protocol adalah overhead
bit 1 per stasiun, tidak dapat di skalakan untuk jaringan
dengan ribuan stasiun. Lebih baik menggunakan binary
station addresses.
Sebuah stasiun yang ingin menggunakan channel
membroadcast alamatnya sebagai bit string biner, dimulai
dengan high-order bit. Semua alamat diasumsikan
mempunyai panjang yang sama. Bit setiap posisi alamat
dioperasikan dengan OR.
Secara implisit mengasumsikan bahwa delay transmisi
tidak penting sehingga semua stasiun dinyatakan dengan
bit yang penting.
Untuk menghindari konflik, sebuah aturan diterapkan
bahwa stasiun yang posisi bit high-order yang alamatnya 0
akan digantikan oleh yang lain yang alamatnya 1.
Efisiensi penggunaan
Alamat yang memenangkan kompetisi perhitungan alamat
channel (d/(d+log2N)
akan mengirimkan framenya, dilanjutkan pemenang
berikutnya, sampai alamat dengan low-numbered station.
15
Wireless LAN Protocols : MACA
dan MACAW



Ide dasar MACA (Multiple Access with Collision Avoidance) : sender menstimulasi receiver
kedalam keluaran frame pendek, sehingga stasiun yang berada didekatnya dapat mendeteksi
transmisi ini dan mengindari pentransmisian selama durasi selanjutnya data frame besar
A memulai dengan mengirim frame RTS (Request To Send) ke B, frame pendek (30 byte) ini berisi
panjang dat aframe yang akan mengikuti. Maka B membalas dengan frame CTS (Clear To Send).
Frame CTS berisi panjang data (salinan frame RTS). Sejak penerimaan frame CTS, A memulai
transmisi.
Sembarang stasiun yang mendengar RTS didekat A dan harus diam selama CTS ditansmisikan
kembali ke A tanpa konflik. Sembarang stasiun yang mendengar CTS yang dekat dengan B harus
dian selama transmisi data berikutnya, dima lamanya diketahui dengan memeriksa frame CTS.
(a) A sending an
RTS to B.
(b) (b) B
responding
with a CTS to
A
16
MACAW
MACAW (MACA for Wireless)
memperbaiki kinerja MACA
 MACA tidak menggunakan data link layer
untuk acknowledgements, frame yang
hilang tidak ditransmisikan ulang sampai
transport layer memberitahu ketiadaannya
kemudian.
 MACAW memperbaiki ini dengan
memperkenalkan frame ACK setelah
setiap frame data yang sukses dikirimkan.

17
Multiple LAN dalam organisasi

Banyak department yang berbeda membutuhkan koneksi jaringan dalam
department masing-masing.
◦ Antar departement juga ada komunikasi yang kapasitasnya tidak sebanyak intra
department.

Departemen-departemen tersebut terpisah secara geografis,
◦ misalnya : terpisah dalam gedung yang berbeda, terpisah jarak didalam kota.

Perlu memecah jaringan secara logik sebuah LAN tunggal menjadi LAN
yang terpisah untuk mengakomodasi load yang dibutuhkan,
◦ misalnya koneksi file server untuk masing-masing departemen

LAN yang menggunakan jarak antar mesin yang melebihi jarak maksimal
media fisik (misalnya Coaxial tidak lebih dari 500 m)
◦ maka solusinya harus dipecah menjadi dua LAN dan dihubungkan dengan bridge
sehingga total jarak antar mesin dapat ditingkatkan.
Menangani titik-titik tertentu jaringan yang menjadi titik kritis karena
interferensi (mis : medan magnet, cuaca) yang dapat menyebabkan lemahnya
sinyal yang ditransmisikan.
 Memberikan pengamanan paket-paket yang berjalan lintas LAN yang dapat
disusupi penyerang,

◦ dengan isolasi LAN maka paket-paket yang ilegal dapat diblokir
18
Bridge
Bridge memberikan transparansi penuh, dapat memindahkan paket-paket
dari segmen kabel yang satu ke segmen yang lain tanpa perubahan
hardware, software, atau konfigurasi
 Memungkinkan semua mesin dari sembarang segmen berkomunikasi
dengan mesin di segmen lain tanpa memandang tipe LAN yang digunakan
pada dua segmen, misalnya : IPv4, IPv6, AppleTalk, dsb.

Multiple LANs
connected by a
backbone to
handle a total load
higher than the
capacity of a single
LAN.
19
Bridges from 802.x to 802.y
Operation of a LAN bridge from 802.11 to 802.3.
20
Bridges from 802.x to 802.y (2)
The IEEE 802 frame formats. The drawing is not
to scale.
21
Repeaters, Hubs, Bridges, Switches,
Routers and Gateways
(a) Which device is in which layer.
(b) Frames, packets, and headers.
22
Repeaters, Hubs, Bridges, Switches,
Routers and Gateways (2)
Repeater
 Perangkat analog yang menggabungkan dua kabel segmen.
 Sinyal yang didapatkan dari sebuah segmen akan diperkuat kemudian ditransmisikan
kembali ke segmen yang lain.
 Tidak dapat memahami frame, paket, header. Hanya memahami tegangan.
 Ethernet klasik didesain untuk bisa menggunakan empat repeater agar panjang maksimal
kabel dapat ditambah dari 500 m menjadi 2500 m.
Hub
 Mempunyai sejumlah line input dan menggabungkannya secara elektrik.
 Frame yang tiba dari sembarang line akan dikirimkan kembali ke line yang lain.
 Dua frame yang tiba pada saat yang sama akan mengalami tabrakan (seperti coaxial kabel).
 Dalam semua bagian hub, tabrakan tunggal terjadi dalam domain tersebut. Semua line
masuk harus beroperasi pada speed yang sama.
 Hub berbeda dengan repeater karena hub (biasanya) tidak memperkuat sinyal yang masuk
dan didesain untuk menghandle multiple line card dimana setiap line card dengan multiple
input.
 Seperti repeater, hub tidak memeriksa alamat 802 atau menggunakannya dengan cara
apapun
23
Repeaters, Hubs, Bridges, Switches, Routers
and Gateways (3)
(a) A hub. (b) A bridge. (c) a switch.
24
Repeaters, Hubs, Bridges, Switches,
Routers and Gateways (4)
Bridge
 Menghubungkan dua atau lebih LAN.
 Ketika frame tiba, software dalam bridge mengekstrak alamat
tujuan dari header frame dan mencari dalam tabel untuk
melihat kearah mana frame akan dikirim.
 Untuk Ethernet, alamatnya 48 bit.
 Seperti hub, bridge modern mempunyai line card, biasanya
empat atau delapan line input. Line card digunakan untuk
membedakan type jaringan dan perbedaan kecepatan.
 Setiap line mempunyai domain tabrakan dalam linenya
sendiri.
25
Repeaters, Hubs, Bridges, Switches,
Routers and Gateways (5)
Switch
 Mirip dengan bridge dalam fungsi pengalihan alamat frame. Banyak yang menganggap
sama.
 Perbedaan utama adalah bahwa switch digunakan untuk menghubungkan komputer
individu.
 Jika A (gambar B) mengirim frame ke B, jika bridge mendapati aket tersebut, dia akan
mengabaikannya (karena dalam satu segmen LAN), switch (gambar C) akan
menforward frame dari A ke B.
 Karenanya setiap port switch berhubungan dengan sebuah komputer tunggal, switc
harus mempunyai space untuk line card yang lain untuk melakukan bridge agar bisa
terhubungan menjadi LAN.
 Setiap line card mempunyai buffer space sendiri untuk frame yang tiba di port itu.
 Tabrakan yang terjadi hanya dalam domain port itu sendiri.
 Switch tidak pernah kehilangan frame saat tabrakan. Jika frame datang terlalu cepat
dari pada pentramisiannya, dia dapat run out of buffer space yang harus membuang
frame berikutnya yang datang.
 Tidak store and forward.
26
Repeaters, Hubs, Bridges, Switches,
Routers and Gateways (6)
Router
 Ketika paket datang kedalam router, frame header dan trailer dilepaskan
dan paket yang ditempatkan di dalam field payload frame dimasukkan ke
software routing.
 Software ini menggunakan header paket untuk memilih line output.
 Untuk IP paket, header paket akan berisi alamat 32 bit (IPv4) atau 128 bit
(IPv6), bukan 48 bit alamat 802.
 Software routing tidak meihat alamat frame dan tidak peduli paket tersebut
datangnya dari mana dalam LAN atau poin-to-point.
Gateway
 Menghubungkan dua komputer yang menggunakan protokol transport
connection-oriented yang berbeda.
 Misalnya andaikan sebuah komputer menggunakan protokol connectionoriented TCP/IP ingin berhubungan ke komputer yang menggunakan
protokol transport connection-oriented ATM.
 Transport gateway bissa menyalin paket dari satu koneksi ke koneksi yang
lain, menformatnya kembali seperti yang dibutuhkan.
27
ANY QUESTIONS ?
28