NETWORK LAYER

NETWORK LAYER

Lapisan jaringan (Network layer) merupakan lapisan ketiga dari standar OSI yang berfungsi untuk me- nangani masalah jaringan komunikasi secara rinci. Pada lapisan ini, data yang berupa pesan-pesan (message) akan dibagi-bagi dalam bentuk paket-paket data yang dilengkapi dengan header-header tertentu pada setiap paket data tersebut.

Network layer ini berfungsi untuk mengambil paket dari sumber dan mengirimkannya ke tujuan.Supaya sampai ditujuan perlu banyak dibuat hop pada router-router perantara di se-panjang lintasannya.Fungsi layer ini sangat kontras dengan fungsi data link layer, yang memiliki tujuan lebih sederhana cukup memindahkan frame dari ujung kabel yang satu ke ujung yang lainnya. Jadi network layer ini merupakan layer terbawah yang berkaitan dengan transmisi end to end.

Dalam melaksanakan tugasnya, network layer harus me-ngetahui topologi subnet komunikasi yaitu router secara keseluruhan dan memilih lintasan yang cocok. Pemilihan router ini harus hati-hati agar saluran komunikasi dan router tidak kelebihan beban , sementara yang lainnya berada dalam keadaan idle .

Selain itu bila sumber dan tujuan berada di jaringan yang berbeda , network layer bertugas mengatasi terjadinya perbedaan ini dan menyelesaikan masalah – masalah yang merupakan akibat dari adanya perbedaan ini .

            Secara umum , lapisan jaringan menyediakan beberapa layanan antara lain : pengendalian operas subnet , pemilihan rute , pengendalian kemacetan dan internetworking .

1. Pengendalian Operasi Subnet

            Pada dasarnya , ada dua buah pandangan dalam mengelola subnet , yang satu menggunakan koneksi , sedangkan yang lain tidak menggunakan koneksi. Dalam konteks operasi internal subnet , suatu koneksi biasanya disebut rangkaian virtual , baik secara internal maupun eksternal , sedangkan yang tidak menggunakan koneksi dinamakan datagram baik secara internal maupun eksternal.

            Rangkaian virtual biasanya digunakan dalam subnet yang layanan utamanya adalah connetion oriented . didalam rangkaian virtual pemilihan rute baru bagi setiap paket atau sel yang dikirimkan dihindarkan . ketika koneksi telah terbentuk , sebuah rute dari komputer sumber ke komputer tujuan dipilih sebagai bagian dari pembentukan koneksi dan akan selalu diingat .

            Sebaliknya , pada subnet diagram tidak terdapat rute yang bekerja sebelumnya , walaupun layanannya connection oriented . setiap paket yang dikirimkan dirutekan secara independen dengan paket sebelumnya . paket berikutnya dapat mempunyai rute yang berbeda . selain subnet datagram harus bekerja lebih banyak , subnet  juga umumnya harus kuat dan lebih mudah dapat menyesuaikan dengan kemacetan dibanding dengan subnet rangkaian virtual .

Bila paket yang mengalir melalui rangkaian virtual tertentu selalu mengambil rute yang sama melalui subnet, router harus mengingat kemana harus meneruskan paket bagi setiap rangkaian virtual terbuka yang melaluinya. Pada saat koneksi jaringan bentuk, nomor rangkaian virtual yang belum dipakai pada komputer itu dipilih sebagai identifikasi koneksi. Karena rangkaian virtual dapat dimulai dari salah satu ujungnya, timbul suatu masalah bila pembetukan panggilan berpropograsi ke dua arah sekaligus sepanjang rantai router.

Perlu dicatat,setiap proses diharuskan menandai kapan proses itu melintasi rangkaian virtual, sehingga rangkaian virtual bisa dibersihkan dari tabel router. Begitu banyak kegunaan rangkaian internal virtual bagi subnet. Terdapat kemungkinan lain, yaitu dengan menggunakan datagram secara internal. Setiap program harus berisi alamat penuh tempat tujuan. Pada jaringan yang besar ,alamat ini cukup panjang .Ketika sebuah paket datang , router mencari saluran keluar yang akan dpakai dan mengirimkan paket melalui saluran tersebut .Pembentukan dan pelepasan koneksi jarngan atau transport layer tidak memerlukan kerja khusus pada router .

1.1 Rangkaian Virtual Eksternal dan Internal

            Rangkaian virtual pada dasarnya adalah suatu hubungan seara logika yang dibentuk untuk menyambungkan dua stasiun.Paket dilabelkan dengan nomor sirkuit maya dan nomor urut.Paket dikirmkan dan datang secara berurutan.Gambar 5.1 berkut ini menjelaskan keterangan tersebut.

Gambar 1 Rangkaian Virtual Eksternal

            Stasiun A mengirimkan 6 paket. Jalur antara logika disebut  setara A dan B secara logika disebut sebagai jalur 1, sedangkan jalur antara A dan C disebut sebagai jalur 2. Paket pertama yang akan dikirimkan lewat jalur 1 dilabelkan sebagai paket 1.1, sedangkan paket ke-2 yang dilewatkan jalur yang sama dilabelkan sebagai paket 1.2 dan paket terakhir yang dilewatkan jalur 1 disebut sebagai paket 1.3. sedangkan paket yang pertama yang dikirimkan lewat jalur 2 disebut sebagai paket 2.1, paket kedua sebagai paket2.3. dari gambar 5.1 tersebut kiranya jlas bahwa paket yang dikirimkan  diberi label jalur yang harus dilewatinya dan paket tersebut akan tiba di stasiun yang dituju dengan urutan pengiriman.

            Secara internal rangkaian maya ini bisa digambarkan sebagai suatu jalur yang sudah disusun untuk berhubungan antara satu atasiun dengan stasiun yang lain. Semua paket dengan asal dan tujuan yang sama akan melewati jalur yang sama sehingga akan sampai ke stasiun yang dituju sesuai dengan urutan pada saat pengiriman (FIFO). Gambar 5.2 berikut menjelaskan tentang sirkuit nvnya internal.

Gambar .2Rangkaian Virtual Internal

Gambar 5.2 diatas menunjukkan adanya jalur yang harus dilewati apabila suatu paket ingin dikirimkan dari A menuju B, yaitu sirkuit maya 1 atau rangkaian virtual 1 ( Virtual Sircuit 1 ) yang disingkat VC #1. Sirkuit ini dibentuk dengan rute melewati node 1-2-3. Sedangkan untuk mengirimkan paket A menuju C dibentuk sirkut maya VC #2, yaitu rute yang melewati node 1-4-3-6.

1.2 Datagram Eksternal dan Internal

Dalam bentuk datagram, setiap paket  dikirimkan secara independen. Setiap paket diberi label alamat tujuan. Berbeda dengan sirkuit maya, datagram memungkinkan paket yang diterima berbeda urutan dengan urutan saat paket tersebut dikirim. Gambar 5.3 berikut ini akan membantu memperjelas ilustrasi.

            Jaringan mempunyai satu stasiun sumber A dan stasiun tujuan yakni B dan C. Paket yang akan dikirimkan ke stasiun B dan ditambah nomor paket sehingga menjadi misalnya B.1, B.37, dan sebagainya. Demikian juga paket yang ditujukan ke stasiun C diberi label yang serupa, misalnya paket C.5, C.17, dan sebagainya.

            Dari Gambar 5.3, stasiun A mengirimkan enam buah paket. Tiga paket ditujukan ke alamat B. Urutan pengiriman untuk paket B adalah pake B.1, paket B.2 dan paket B.3. sedangkan tiga paket yang dikirimkan ke C masing-masing secara unit adalah paket C.1, paket C.1 dan paket C.3. paket-paket tersebut sampai di B dengan urutan kedatangan B.2, paket B.3 dan terakhir paket B.1 sedangkan di stasiun C, paket-paket tersebut diterima dengan urutan C.3, kemudian paket C.1 dan terakhir paket C.2.

Gambar .3.1Datagram Eksternal

            Ketidak utrutan ini lebih disebabkan karena paket dengan alamat tujuan yang sama tidak harus melewati jalur yang sama. Setiap paket bersifat independen terhadap sebuah jalur. Artinya sebuah paket sangat mungkin untuk melewati jalur yang lebih panjang dibanding paket yang lain, sehingga waktu yang dibutuhkan untuk sampai ke alamat tujuan berbeda tergantung rute yang ditempuhnya.

            Secara internal datagram dapat digambarkan pada gambar 4 sebagai berikut:

Gambar 3Datagram Internal

1.3 Perbandingan Subnet Rangkaian Virtual dan Datagram

Terdapat perbedaan pendapat dalampenggunaan rangkaian virtual dan datagram. Rangkaian virtual mengijinkan paket berisi nomor dan rangkaian, bukannya alamat penuh tujuan. Bila paketnya pendek, maka alamat penuh tujuan di dlam paket menyebabkan overhead yang besar.

            Penggunaan rangkaian virtual memerlukan fase pembentukan, yang memakan waktu dan memerlukan sumber daya. Akan tetapi pelaksanaan apa yang harus dikerjakan pada paket dalam rangkaian subnet rangkaian virtual cukup mudah yaitu router cukup memakai nomor untuk mengetahui tujuan paket. Pada subnet datagram, untuk menentukan kemana paket pergi diperlukan prosedur yang rumit.

            Ketika koneksi terbentuk, rangkaian virtual memiliki kelebihan dalam menghindari kemacetan yang terjadi dalam subnet, karena sumber daya dapat dipesan sebelumnya. Pada subnet datagram cara menghindari kemacetannya lebih rumit. Rangkaian virtual juga memiliki masalah yang kritis. Bila sebuah router tabrakan dan kemudian kehilangan memorinya, walaupun router kembali pada detik kemudian, maka semua rangkaian virtual yang melaluinya hams dibatalkan. Sebaliknya, bila router gdatagram mati, hanya para pengguna yang paketnya telah berada dalam antrian pada router akan mengalami tabrakan, atau bahkan tidak sama sekali, tergantung apakah paket-paket itu telah diberi acknowledgement atau tidak.

            Perbandingan secara lengkap antara subnet rangkaian virtual dan datagram dapat dilihat pada Tabel .1 dibawah ini.

Tabel 5.1 perbandingan antara subnet rangkaian virtual dan datagram

Persoalan	Datagram Subnet	Rangkaian Virtual Subnet
Pembentukan rangkaian	Tidak diperlukan	Diperlukan
Pengalamatan	Setiap paket berisi sumber penuh dan alamat tujuan	Setiap paket berisi nomor rangkaian virtual yang pendek
Informasi keadaan	Subnet tidak mempunyai informasi keadaan	Setiap rangkaian virtual memerlukan ruang label subnet
Routing	Setiap paket dirutekan secara independen	Rute yang dipilih ketika rangkaian virtual dibentuk seluruh paket mengikuti rute ini
Efek kegagalan niter	Tidak ada, kecuali bagi paket yang hilang pada saat tabrakan	Seluruh rangkaian virtual yang dilewatkan melalui ruter yang gagal dihentikan
Kontrol kemacetan	Sulit	Cukup mudah bila buffer yang cukup dapat dialokasikan terlebih dahulu untuk masing-masing rangkaian virtual

2 .Pemilihan Route (Routing)

salah satu fungsi dari network layer adalah mencari rute untuk jalur transmisi paket data dari komputer sumber ke komputer tujuan. Dalam sebagian besar subnet, paket-paket data akan memerlukan banyak lompatan dalam melakukan perjalanan. Algoritma yang memilih rute dan struktur data yang digunakan jaringan merupakan masalah utama rancangan network layer.

2.1 Algoritma Routing

            Algoritma routing adalah bagian algoritma dari perangkat lunak network layer yang bertanggung jawab untuk menentukan jalur mana yang menjadi jalur transmisi paket. Jika subnet tersebut menggunakan datagram secara internal, keputusan ini harus selalu dibuat setiap kali paket data datang. Tetapi, jika subnet tersebut menggunakan rangkaian virtual secara internal , keputusan routing ini hanya akan dibuat pada waktu penetapan rangkaian virtual yang terbaru. Sesudah itu, paket data tinggal mengikuti rute yang telah ditetapkan sebelumnya.

            Setiap algoritma routing memiliki sifat-sifat seperti kebenaran, kesederhanaan, kekokohan, kestabilan,kewajaran, dan optimalitas. Algoritma routing harus dapat menyesuaikan diri atau bertahan terhadap perubahan-perubahan dalam topologi dan lalu lintas data.

            Untuk mencari rute dengan biaya minimum, dapat digunakan dua metode yaitu metode forward search agorithm dan backword search algorithm.

2.1.1.Forward Search Algorithm

Forward Search Algorithm digunakan untuk menentukan jarak terpendek dari node awal yang ditentukan ke setiap node yang ada. Algoritma diungkapkan dalam stage. Dengan k buah jalur terpendek node k terhadap node sumber ditentukan. Node-node ini ada dalam himpunan N. Pada stage ke (k+1), node yang tidak ada dalam M yng mempunyai jarak terpendek terhadap sumber ditambahkan ke M. Sebagai sebuah node yang di tembarvkan dalam M, maka jalur dari sumber menjadi terdefinisi (Gambar 5.4). Algoritma ini memiliki 3 tahapan:

1.    Tetapkan M={S). Untuk setiap node neN-S, tetapkan C1(n)=1(S,n).

2.    Cari WeN-M sehingga C1(W0 minimum dan tambahkan ke M. Kemudian C1 (n) = MIN[C1(n), C1(W) + 1(W,n) untuk tiap node neN-M. Apabila pernyataan terakhir bernilai minimunv, jalur dari S ke n sebagai jalur S ke W menotong Jink dari W ke n.

3.    Ulang langkah 2 sampai M=N. Keterangan:

·          N = himpunan node dalam jaringan

·         S = node sumber

·         M = himpunan node yang dihasilkan oleh algoritma

·         1 (I,J) = link cost dari node I sampai node ke }, biaya bernilai > jika node tidak secara langsung terhubung.

·         C1(n) = biaya daru jalur biaya terkecil dari S ke n yang dihasilkan pada saat algoritma dikerjakan.

            Untuk memperjelas dari penggunaan forward search algorithm, perhatikan Gambar.4 yang menjelaskan rute jaringan yang menghubungkan 6 titik (node).

Gambar .4 RuteJaringan Pada 6 Titik

            Dengan menggunakan S=1 dan berdasarkan gambar diatas, diperoleh hasil dari forward search algorithm yang tertuang pada Gambar  5.5.

Gambar .5Hasil Forward Searc Algoritm

2.1.1.Backward Search Algorithm

Digunakan untuk menentukan jalur biaya terkecil yang diberikan node tujuan dari semua node yang ada (Gambar 5.6). Algoritma ini juga diproses tiap St&ge. Pada tiap stage, algoritma menunjuk masing-masing node.

Devinisi yang digunakan:

·         N = Himpunan node yang terdapat pada jaringan

·         D = node tujuan

·         1(i,j) = seperti keterangan diatas

·         C2(n) = biaya dari jalur biaya terkecil dari n ke D yang dihasilkan saat algoritma dikerjakan.

Algoritma ini juga terdiri dari 3 tahapan:

1.       Tetapkan C2(D)=0. Untuk tiap node neN-D, tetapkan C2(n)=8.

2.       Untuk tiap node neN-D, tetapkan C2(n)=MIN WN[C2(N), C2(W) + 1(n,W)]. Apabila pada pernyataan terakhir bernilai minimum, maka jalur dari n ke D saat ini merupakan link dari n ke W dan menggantikan jalur dari W ke D.

3.       Ulangi langkah ke-2 sampai tidak ad cost yang berubah.

Gambar 5.6 berikut ini adalah hasil pengolahan Gambar 5.4 dengan D=1.

Gambar .6Hasil Backward Search Algoritm

2.2 Strategi Routing

            Dalam mencari rute bagi paket yang dikirim dari komputer sumber ke komputer tujuan ada beberapa strategi yang dipakai. Strategi itu meliputi fixed routing, flooding, random routing, dan adaptive routing.

2.2.1 Fixed Routing

            Merupakan cara routing yang paling sederhana. Dalam hal ini rute bersifat tetap atau paling tidak, rute hanya diubah apabila topologi jaringan berubah. Gambar 5.7 berikut (mengacu dari Gambar 5.4) memperlihatkan bagaimana sebuah rute yang tetap dikonfigurasikan.

Gambar .7Direktori Untuk Fixed Routing

            Kemungkinan rute yang bisa dikonfogurasikan, dirunjukkan pada Gambar .8 sebagai berikut:

Gambar .8Direktori Untuk Masing-Masing Node

            Tabel pada Gambar 5.8 disusun berdasarkan rute terpendek dengan menggunakan least-cost algorithm. Sebagai misal direktori node 1. Dari node 1 untuk mencapai node 6, maka rute terpendek yang bisa dilewati adalah rute dari node 1,4,5,6. Maka pada tabel direktori node 1 dituliskan destination = 6, dan next node = 4.

            Keuntungan konfigurasi dengan rute tetap semacam ini adalah bahwa konfigurasi menjadi sederhana. Penggunaan sirkuit aya atau datagram tidak dibedakan. Artinya semua paket dari sumber menuju titik tujuan akan melewati rute yang sama . kinerja yang bagus terdapat apabila beban bersifat tetap. Tetapi pada beban yang bersifat dinamis, kinerja menjadi turun. Sistem ini tidak memberi tanggapan apabila terjai error maupun kemacetan jalur.

2.2.2 Flooding

            Teknik routing yang lain yang dirasa sederhana adalah flooding. Cara kerja teknisi ini adalah mengirimkan paket dari suatu sumber ke seluruh node tetangganya. Pada tiap ode, setiap paket yang datang akan ditransmisikan kembali ke seluruh link yang dipunyai kecuali link yang dipakai untuk menerima paket tersebut. Mengambil dari contoh yang sama, sebutlah bahwa node 1 akan mengirimkan paketnya ke node 6. Pertama kali node 1 akan mengirimkan paket ke seluruh tetangganya, yakni ke node 2, node 4 dan node 5 (Gambar 5.9).

            Selanjutnya operasi terjadi pada node 2, node 3 dan node 4. Node 2 mengirimkan paket ke tetangganya yaitu node 3 dan node 4. Sedangkan node 3 meneruskan paket ke node 2, node 4, node 5 dan node 6. Node 4 meneruskan paker ke node 2, node 3, node 5. Semua node ini tidak mengirimkan paket ke node 1. Ilustrasi tersebut digambarkan pada Gambar 5.10.