Medium Access Control SubLayerComputer Networks

Eko PrasetyoTeknik Informatika

Universitas Muhammadiyah Gresik2012

2

Posisi MAC dalam stack model OSI

3

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.

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

7

Multiple Access Protocols• ALOHA• Carrier Sense Multiple Access

Protocols• Collision-Free Protocols• Limited-Contention Protocols• Wavelength Division Multiple

Access Protocols• Wireless LAN Protocols

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 CSMASebelum 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 CSMAMenerapkan slotted channelKetika 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 bit-map

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.

Alamat yang memenangkan kompetisi perhitungan alamat akan mengirimkan framenya, dilanjutkan pemenang berikutnya, sampai alamat dengan low-numbered station.

Efisiensi penggunaan channel (d/(d+log2N)

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

MACAWMACAW (MACA for Wireless)

memperbaiki kinerja MACAMACA 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

19

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.

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

22

Repeaters, Hubs, Bridges, Switches, Routers and Gateways

(a) Which device is in which layer.(b) Frames, packets, and headers.

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

connection-oriented 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

28

ANY QUESTIONS ?