Switching, Bridging dan Internetworking

SWITCHING
Sederhananya , switching dapat diartikan sebagai suatu mekanisme yang bisa menghubungkan banyak link untuk membentuk sebuah jaringan yang lebih besar. Sebuah switch adalah alat multi-input dan multi-output yang mengirimkan packet-packet dari suatu input ke satu atau banyak output.
Switch dapat kita lihat pada topologi star.

Beberapa teknik dalam pengiriman paket data pada switch

Datagrams
Datagram adalah suatu metode pengiriman data agar data sampai ke alamat tujuan dengan tepat. Idenya sederhana, yaitu dengan memasukkan informasi berupa forwarding table ke dalam setiap paket, sehingga switch bisa memutuskan akan mengirimkan paket tersebut ke alamat yang tepat.
Berikut ilustrasinya :

Karakteristik Datagram :

• Sebuah host bisa mengirim paket dimanapun dan kapanpun. Artinya setiap paket data pada connection state tidak harus di-established sebelum  paket yang pertama dikirim, hal ini juga disebut datagram bersifat connectionless.
• Saat dikirim dari sebuah host, host tidak tahu apakah jaringan dapat mengirim paketnya, bahkan host tidak tahu apakah alamat tujuan sedang hidup atau mati.
• Setiap paket dikirim secara terpisah dan bisa saja melewati jalur yang berbeda.
• Switch / link failure tidak memberikan efek berarti dalam pengiriman paket, karena bisa mencari jalur alternative yang lain.

Virtual Circuit Switching
Virtual Circuit Switching adalah teknik pengiriman paket yang sangat berbeda dari Datagram, teknik ini menggunakan metode Virtual Circuit (VC).

Tidak seperti datagram yang connectionless, teknik VC mengharuskan host untuk melakukan test koneksi ke alamat tujuan terlebih dahulu sebelum melakukan pengiriman paket data. Metode ini disebut juga dengan connection-oriented method.

Apabila dizoom out lagi, kita bisa membagi urutan kerjanya menjadi 2 tahap, yaitu tahap connection setup dan tahap transfer data.

• Tahap connection setup
  Yaitu mengestablish connection setup di setiap switch yang ada di antara host dengan tujuan. Connection state di setiap connection berisi sebuah entry di dalam “CV Table” di setiap switch yang dilalui jalur terkoneksi.
• Tahap transfer data
  Sebuah entry dalam vc table di setiap switch berisi;
  – Virtual Circuit Identifier (VCI) yang mengidentifikasi koneksi di switch ini, data VCI di jadikan header dalam paket data yang akan dikirim.
  – Incoming interface dari setiap paket yang masuk ke switch
  – Outgoing interface untuk setiap paket yang akan meninggalkan switch
  – VCI potensial yang akan digunakan untuk outgoing packets

Ilustrasi pengiriman paket menggunakan VC (dari A ke B)

 

– pertama, host akan mengidentifikasi jalur yang akan dilalui dari A ke B
– administrator kemudian menset VCI yang saat ini tidak digunakan di setiap link untuk connection.

Contoh : misalkan nilai VCI yang dipilih untuk link dari host A ke Switch 1 adalah 5, sedangkan dari switch 1 ke switch 2 adalah 11, maka entry yang ada di VC Table adalah :

Switch 2 ke 3 VCI nya 7, VCI 4 untuk switch 3 ke host B, maka tabelnya :

 

Untuk setiap paket yang ingin dikirim dari A ke B, A menset VCI 5 di header agar paket dikirim ke switch 1, switch 1 menerima paket dari interface 2, lalu digunakan untuk mengkombinasikan interface dengan VCI di packet header untuk menentukan VCI di table entry. Table entry di switch 1 menyuruh switch untuk memforward paket keluar melalui interface 1 dan menset VCI menjadi 11 di headernya.

Berikut selengkapnya :

 

Karakteristik VC

• setidaknya adal 1 RTT delay sebelum mengirim data, karena harus melakukan tes koneksi dulu.
• Walaupun connection request berisi data full address dari alamat tujuan (bisa cukup besar), tapi setiap data paket hanya berisi small identifier yang unik di setiap link.
• Jika terjadi kegagalan koneksi, koneksi akan gagal dan harus dilakukan tes koneksi ulang lagi.

Kelebihan VC :

• Saat host akan mengirim paket data, host sudah tahu banyak tentang jaringan. Contohnya informasi tentang route ke receiver dan apakah receiver mau menerima data atau tidak.
• Juga bisa melakukan alokasi resource ke virtual circuit saat di establish.

Asynchronous Transfer Mode (ATM)

ATM (Asynchronous Transfer Mode) adalah connection-oriented packet-switched network. Dalam ATM, packet disebut cells yang berisi 5 byte header + 48 byte payload. Fixed length packet lebih mudah untuk di switch pada hardware, ATM lebih simple untuk di desain, dan enable parallelism.

Ada 2 Interface pada ATM, yaitu User-Network Interface (UNI) dan Network-Network Interface (NNI).

• User-Network Interface (UNI) :
  – Host-to-switch format
  – GFC: Generic Flow Control
  – VCI: Virtual Circuit Identifier
  – Type: management, congestion control
  – CLP: Cell Loss Priority
  – HEC: Header Error Check (CRC-8)
• Network-Network Interface (NNI) :
  – Network-Network Interface (NNI)
  – Switch-to-switch format
  – GFC becomes part of VPI field

Source Routing

Cara ketiga setelah Datagram dan Virtual Circuit Swithing adalah Source Routing, teknik yang digunakan adalah Host menyediakan semua informasi tentang network topology yang dibutuhkan untuk switch paket ke jaringan.

 

Pendekatan lain dalam source routing :

 

BRIDGES & LAN SWITCHES

Kelas switch yang digunakan untuk meneruskan paket antara LAN bersama media seperti Ethernets dikenal sebagai switch LAN, yang dikenal dengan Bridges (jembatan).

Misalkan Anda memiliki sepasang Ethernets yang ingin Anda hubungkan mungkin melebihi keterbatasan fisik Ethernet, yaitu :
• Tidak lebih dari empat repeater antara setiap pasang host
• Tidak lebih dari total 2.500 m panjang diperbolehkan

Strategi yang paling sederhana untuk Bridges yaitu merima frame LAN pada input dan meneruskannya ke semua output lain dan ini digunakan oleh birdges paling awal. Pada Learning Bridges, tidak perlu untuk meneruskan semua frame yang Bridges terima.
Misalkan, Ketika sebuah frame dari host A yang ditujukan kepada host B tiba di port 1, tidak perlu Bridges untuk meneruskan frame di atas port 2.
Perhatikan gambar beikut :

 

Jadi, Bagaimana Bridges meneruskan aksesnya pada port dimana ada banyak host? Solusinya, perhatikan tabel dimana setiap host menerima akses dari tiap portnya.

 

Jadi yang menetapkan host ke setiap portnya adalah User, maka dari itu harus dilakukan maintenance setiap saat.
Bridges dapat mendapatkan informasi data dengan sendirinya, yaitu dengan :

• Setiap Bridges memeriksa alamat sumber dalam semua frame yang diterimanya
• Mencatat informasi di Bridges dan membangun tabel
• Pada saat Bridges pertama proses boot, tabel masih kosong
• Entri ditambahkan dari waktu ke waktu
• Untuk melindungi terhadap situasi di mana sebuah host yang dipindahkan dari satu jaringan ke jaringan lainnya

Jika Bridges menerima frame yang ditujukan untuk menjadi host saat ini tidak dalam tabel maka akan diteruskan frame keluar pada semua port lain.
Strategi bekerja dengan baik jika LAN diperpanjang tidak memiliki loop di dalamnya. Kenapa? Karena Frame berpotensi loop melalui LAN diperpanjang seterusnya.

 

Bridges B1, B4, and B6 membentuk sebuah loop

Bagaimana jika LAN yang extended terdapat loop didalamnya?

• Jaringan akan dikelola oleh lebih dari satu administrator
• Loops dibangun ke jaringan untuk menyediakan redundansi dalam hal kegagalan

Solusi lainnya adalah menggunakan Spanning Tree Algotihm

Jenis Bridge
Bride merupakan piranti murni yang bekerja pada Layer Data Link pada model OSI, dimana merupakan cikal bakal daripada Switch LAN.
Ada tiga jenis Bridge, yaitu:

1. Transparant bridge (untuk jaringan Ethernet dan Token Ring)
2. Source-routing bridge (untuk jaringan Token Ring saja)
3. Source-routing transparant bridge (untuk jaringan Token Ring saja)

Transparant Bridge
Suatu bridge dikatakan transparent jika kedua piranti pengirim dan penerima dalam suatu komunikasi dua piranti tidak menyadari adanya suatu bridge. Yang mereka tahu hanyalah bahwa keduanya berada pada segmen yang sama.
Bagaimana Transparent Bridge bekerja?

• Transparent bridges membangun database mengenai data dari piranti dan disegmen mana piranti tersebut berada dengan cara memeriksa sumber address dari paket yang datang.
• Transparent bridge meneruskan paket berdasarkan aturan berikut:
  – Jika address tujuan tidak diketahui maka bridge meneruskan paket kesemua segmen
  – Jika address tujuan diketahui dan ada di segmen yang sama, maka bridge membuang paket tersebut, jadi tidak dilewatkan    ke segmen lainnya.
  – Jika address tujuan diketahui dan berada pada segmen yang lain, maka bridge meneruskan paket kepada segmen yang      tepat.

Transparent bridge meneruskan paket hanya jika kondisi berikut dipenuhi :

• Frame berisi data pada layer bagian atas (data dari sub layer LLC keatas)
• Suatu CRC yang valid
• Frame tersebut tidak dialamatkan kepada bridge

 

BASIC INTERNETWORKING (IP)

Internetworking adalah suatu jaringan komputer yang saling terhubung yang menyediakan semacam host-host untuk layanan pengeriman paket.contohnya pada gambar dibawah dimana ada beberapa host yang terhubung melalui beberapa router.

 

Dalam internetworking ada istilah IP yang merupakan singkatan dari Internet Protocol.IP digunakan  untuk membangun scalable dan, internetwork heterogen. Ini berlaku pada semua node dalam koleksi jaringan dan mendefinisikan infrastruktur yang memungkinkan node dan jaringan untuk berfungsi sebagai internetwork logis tunggal.

IP Service Model

Ada 2 Packet Delivery Model yaitu:

• Model Connectionless untuk pengiriman data
• Best-Effort delivery (layanan yang tidak diandalkan)
  -paket yang hilang
  -paket dikirim rusak
  -duplikat salinan paket dikirim
  -paket dapat ditunda untuk waktu yang lama
• Global Addressing Scheme
  Menyediakan jalan untuk mengidentifikasi host dalam suatu jaringan

Subnetting

Subnet mask menentukan partisi variabel bagian host dari alamat kelas A dan B

 

Forwarding table di router R1

 

Ada beberapa hal yang harus dipertimbangkan dalam melakukan subnetting yaitu:

• Menggunakan router default jika tidak ada yang cocok
• Dapat menaruh beberapa subnet dalam satu jaringan fisik
• Subnet tidak terlihat dari sisa internet
• Tidak diperlukan dalam satu subnet untuk bisa bersebelahan

Classless Addressing

• Classless Inter-Domain Routing
  CIDR berfungsi menyeimbangkan keinginan untuk meminimalkan jumlah rute yang perlu router untuk mengetahui kebutuhan untuk membagikan alamat secara efisien.
• CIDR menggunakan rute agregat
  Menggunakan satu entri dalam tabel forwarding untuk memberitahu router bagaimana untuk mencapai banyak jaringan yang berbeda dan merusak batas batas ketat antar alamat

 

Route Aggregation with CIDR

IP Forwarding Revisited

Mekanisme IP forwarding mengasumsikan bahwa ia dapat menemukan nomor jaringan dalam paket dan kemudian mencari nomor dalam tabel forwarding. Kita perlu mengubah asumsi ini dalam kasus CIDR  CIDR berarti bahwa prefiks mungkin setiap panjang, 2-32 bit.

Address Translation Protocol (ARP)

• Peta alamat IP ke alamat fisik : host tujuan next hop router
• Teknik :mengkodekan alamat fisik di bagian host dari alamat IP berdasarkan tabel
• ARP (Address Resolution Protocol)
  tabel IP ke alamat fisik binding
  menyiarkan permintaan jika alamat IP tidak dalam tabel
  mesin target merespon dengan alamat fisik
  entri tabel dibuang jika tidak refresh

ARP Packet Format

HardwareType : type of physical network (e.g., Ethernet) 
ProtocolType : type of higher layer protocol (e.g., IP) 
HLEN & PLEN  : length of physical and protocol addresses 
Operation    : request or response 
Source/Target Physical/Protocol addresses

Host Configurations

Alamat Ethernet dikonfigurasi ke dalam jaringan oleh pabrik dan mereka unik .Alamat IP harus unik pada internetwork diberikan tetapi juga harus mencerminkan struktur internetwork. Sebagian Sistem Operasi host menyediakan cara untuk mengkonfigurasi informasi IP untuk host secara manual.Kerugian dari konfigurasi manual adalah Banyak pekerjaan untuk mengkonfigurasi semua host dalam sebuah jaringan besar ,Proses konfigurasi error-prune, Proses Konfigurasi Otomatis diperlukan

Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)

DHCP server bertanggung jawab untuk memberikan informasi konfigurasi ke host. Setidaknya ada satu server DHCP untuk domain administrasi, DHCP server mempertahankan kolam yang tersedia alamat.

 

Baru boot mengirimkan pesan DHCP DISCOVER ke alamat IP khusus (255.255.255.255) ,Agen relay DHCP unicasts pesan ke server DHCP dan menunggu respon.

Internet Control Message Protocol (ICMP)

Mendefinisikan kumpulan pesan error yang dikirim kembali ke host sumber setiap kali router atau host tidak dapat memproses datagram IP berhasil

• Host tujuan unreachable karena link / kegagalan node
• Proses reassembly gagal
• TTL telah mencapai 0 (sehingga datagram tidak siklus selamanya)
• Header IP checksum gagal

ICMP-Redirect dari router ke host sumber dengan informasi rute yang lebih baik.