Download Materi 5 -Lapis Jaringan

Jaringan Komputer I
Materi 5
Lapis Jaringan
Lapis Jaringan (Network Layer)
Node
Link
Terminal
Jaringan
Lingkup Kerja Lapis Jaringan
Fungsi lapis 3

Memilih jalan (routing)



Default: dipilih jalan yang terpendek (Shortest Path
Algorithm) , saat ini terpendek = terkecil costnya
 Bellman-Ford
 Prim-Dijkstra
 Floyd-Warshall
RIP
BGP
Elemen Teknik Routing:
 Performansi: Hop, jarak, kecepatan, delay, cost
 Decision Time : paket, sesi
 Decision Place : terdistribusi, sentralisasi
 Informasi sumber : tidak ada, lokal, bertetangga,
sepanjang rute, semua node
 Strategi : tetap, adaptif, acak, flooding
 Waktu update routing adaptif : kontinu, periodik,
perubahan topologi, perubahan beban utama
Bellman-Ford





Mencari jalur terpendek antara 1 source node ke
titik-titik lainnya didalam jaringan
Jarak dapat positif atau negatif
Diasumsikan tidak ada cycle dengan jarak
negatif
di,j = ∞, jika (i,j) bukan arc dari graph
Didalam algoritma B-F, yang dicari mula-mula
adalah
Jarak terpendek dengan maksimum 1 arc
2. Jarak terpendek dengan maksimum 2 arc, dst
3. Jarak terpendek dengan maksimum h arc
 SHORTEST (≤ h) path
1.
Bellman-Ford
 Di(h) adalah jalur terpendek (≤h) dari node 1
(source node) ke node I
 = 0, untuk semua h
 Start : Di(0) = ∞, untuk semua I ≠ 1.
 Untuk setiap successive h ≥ 0,
Di(h+1) = minj[Dj(h) + dji], untuk semua I ≠ 1
 jumlah step maks = |N| - 1
Contoh Soal Bellman-Ford:
8
4
1
2
1
2
Source
Node
4
1
2
4
3
2
5
Mencari jalur terpendek
dari Node(1) Source ke
node-node lainnya di
dalam graph
D2(1)= 1
h=1
D1(1)= 0
D4(1)= ∞
2
4
1
h=3
4
3
5
D3(2)= 2
D5(2)= 4
1
(1)
D5 = ∞
D3 = 4
D2 = 1
2
5
(1)
(3)
D4(2)= 9
h=2
D1(1)= 0
3
D2(2)= 1
(3)
D4 = 9
4
h=4
D4(4)= 8
2
4
1
2
D2(4)= 1
1
(4)
D1 = 0
3
5
D3(3)= 2
D5(3)= 4
1
Final Tree d/p
Shortest Path
4
D1(3)= 0
1
D4(3)= 8
3
2
5
D3(4)= 2
D5(4)= 4
Complexity (jumlah iterasi) algoritma B-F = Φ(N3)
Algoritma Dijkstra
 Complexity algoritma Dijkstra = Φ(N2)
 Semua jarak d/p arc harus positif
 Terdapat 1 set node P
 Mencari jalur terpendek dari node 1 (source
node) ke setiap node lainnya didalam graph
 Estimasi jalur terpendek di update setiap kali,
dan jika estimasi sudah mencapai actual
distance, masukkan node dalam set P
 Kondisi mula:
P = {1}, D1 = 0, Dj = dij, j ≠ 1
jalur terpendek dari node 1
 Step 1:
 Step 2:
Jika tidak ada hubungan, maka Dj= ∞
Untuk setiap i* € P,
dimana: Di* = min Dj ; j € P
Set P = P U{i*}; jika P = N  stop, else
Update Dj untuk j € P
Dj = min[Dj, Di* + di*j]
Kembali ke step 1
4
4
1
2
1
2
Contoh soal:
8
1
2
4
 Inisialisasi: P = {1}
 Iterasi 1:
Step1:
Step2:
i*
D3
D4
D5
3
D1=0,D2=1,D3=4,D4=D5=∞
= 2, P={1,2}
= min(D3,D2+d23)
= min(4,1+1) = 2
= min(∞,1+8)= 9
=∞
= min(D5,D2+d25)
= min(∞, ∞)
Pilih min D  D3=2, untuk iterasi selanjutnya
2
5
8
4
1
2
Step 1:
4
 Iterasi 2:
2
1
4
1
2
3
i* = 3, P = {1,2,3}
D3 = 2, D2 = 1, D4 = 9, D5 = ∞
Step 2:
D4 = min (D4,D3+d34)
= min (9,2+∞) = 9
D5 = min (D5,D3+d35)
= min (∞,2+2)
=4
Pilih D5 untuk iterasi selanjutnya
2
5
2
4
4
2
4
i* = 5, P = {1,2,3,5}, D5 = 4
1
Update
D4 = min (9,D5+d54)
= min (9,4+4) = 8
Iterasi berakhir, karena jumlah node hanya 5.
Hasil akhir :
2
Step 1:
Step 2:
1
1
 Iterasi 3:
8
2
4
D2 = 1
4
1
1
1
Source
Node
D1 = 0
D3 = 2
D4 = 8
3
2
5
D5 = 4
3
2
5
Algoritma Floyd-Warshall
 Mencari jalur terpendek diantara semua pasangan node




secara bersama-sama
Jarak arc dapat positif atau negatif, tetapi tidak ada
cycle dengan jarak negatif
Algoritma F-W melakukan iterasi pada set node, yang
diperbolehkan sebagai intermediate nodes (titik-titik
antara) didalam graph
Start dengan arc tunggal (tanpa intermediate nodes)
Selanjutnya jarak terpendek dihitung dengan batasan
hanya node 1 (asumsi sebagai souce node) yang dapat
digunakan sebagai intermediate node, diteruskan dengan
batasan bahwa hanya node 1 dan node 2 yang dapat
digunakan sebagai intermediate node, dst
 Definisi : Dij(n) = jalur terpendek antara node i dan node j
dengan batasan (ketentuan) bahwa hanya node 1,2,…..,n yang
dapat digunakan sebagai intermediate nodes
 Step (1): Start  Dij(0) = dij, untuk semua i,j; i≠j
 Step (2): Untuk n=0,1,…,N-1
Dij(n+1) = min [Dij(n),Di(n+1)(n) + D(n+1)j(n)] untuk semua i≠j
dst.
Algoritma stop setelah n = N – 1, dimana N = jumlah node
dalam jaringan
 Kompleksitas algoritma F-W adalah Φ(N3) karena N step
dalam algoritma F-W harus dieksekusi untuk setiap node. =
jika algoritma Dijkstra diulang untuk setiap pilihan yang
mungkin untuk source node.
Distance Vector Algorithm
 DX(Y,Z)
= jarak dari X ke Y, melalui Z
sebagai hop selanjutnya
= c(X,Z) + minwZ{D (Y,w)}
Algoritma Distance Vector
Pada semua node,X:
1.
Inisialisasi
2.
Untuk semua node bersebelahan v
3.
DX(*,v) = ∞ {* berarti untuk semua baris}
4.
DX(v,v) = c(X,v)
5.
Untuk semua tujuan, y
6.
Kirim minwXD (y,w) kesetiap tetangga
7.
loop
8.
tunggu (sampai ada perubahan cost link ke tetangga V
atau diterima update dari tetangga V)
9.
If (c(X,V) berubah dengan d)
10.
then untuk semua tujuan y:
DX(y,V) = DX(y,V) + d
11.
Else if (diterima update dari V dengan tujuan Y)
12.
then untuk tujuan tunggal y:
DX(Y,V) = c(X,V) + nilai baru
13.
IF ada nilai baru minwDX(Y,w) untuk semua tujuan Y
14.
then kirim nilai baru minwDX(Y,w) ke semua tetangga
15.
terus menerus
Segmentation And Reassembly
 Tidak setiap data (pdu) dari suatu lapis bisa
dibawa utuh oleh lapis berikutnya
 Perlu ada layanan untuk membagi data tersebut
kedalam ukuran yang bisa diterima oleh lapis
berikutnya disisi pengirim
 Dan perlu ada layanan untuk menyatukan
kembali data tersebut menjadi data utuh pada
sisi penerima
 Proses ini dinamakan : fragmentation (atau
segmentation) & reassembly
MAC
L2
MAC
DATA (1500B)
IP
20B
DATA
(1480B)
CR
C
CRC
ID=1000
FO=0
M=1
+
L3
IP
DATA (4000B)
20B
≡
MAC
IP
20B
DATA
(1480B)
CRC
ID=1000
FO=1480
M=1
ID=1000
+
MAC
IP
20B
DATA
(1040B)
CRC
ID=1000
FO=2960
M=0
IP
 Internet Protocol
 Protokol paling populer dijagatraya
 Kelebihan:
 Mempunyai alamat sedunia/global (tidak ada alamat
yang sama, unik) = 4 G = 2^32
 Mendukung banyak aplikasi (protokol lapis 7: FTP,
HTTP, SMNP, dll)
 De facto standar protokol lapis 3 (mulai digunakan
tanpa protokol aplikasi standar: XoIP )
Format paket IP
1
2
3
Version
4
5
6
7
8
Header length
9
10
11
12
13
14
Priority (0-7)
low
high
high
 “1”
Precedence
D
T
R
unused
Total length
Identification
D
M
Fragment offset
Time to live (hops/seconds)
Protocol
Header checksum
Source IP address (4 Byte)
Destination IP address (4 Byte)
Option (0 word atau lebih)
Data
 64 kBData
15
16
Alamat IP
 Ada 2 jenis IP : IP standar atau IP versi 4
(sejak 1970) dan IPv6 (mulai 199x)
 IPv4 : 32 bit ≈ 4G alamat
202.134.21.3 = CA.22.15.03
 IPv6 : 128 bit ≈ 256 exa2
FF:01:07::::::::::CA:22:15:03
 2^32 bit = 1m  2^128 bit = lebar galaxy
bimasakti
Media
Maximum Transmission Unit (bytes) Notes
Internet IPv4 Path
At least 576
MTU (RFC 791)
Internet IPv6 Path
At least 1280
MTU (RFC 2460)
Practical path MTUs are generally higher. All
hosts must be prepared to accept datagrams of
up to 576 octets (whether they arrive whole
or in fragments). Systems may use path MTU
discovery (RFC 1191) to find the actual path
MTU.
Practical path MTUs are generally higher.
Systems may use path MTU discovery (RFC
1981) to find the actual path MTU.
Ethernet v2 (RFC
1500
1191)
Ethernet (802.3)
1492
(RFC 1191)
Nearly all IP over Ethernet implementations
use the Ethernet V2 frame format.
Ethernet Jumbo
Frames
The limit varies by vendor. For correct
interoperation, the whole Ethernet network
must have the same MTU. Jumbo frames are
usually only seen in special purpose networks.
1500-9000
802.11[1]
2272
802.5
4464
FDDI (RFC 1191) 4500
Internet Assigned Number Authority (IANA)
RIPE
APNIC
ARIN
LACNIC
AfriNIC
IPv4
 Punya 32 bit alamat = 4G alamat
 Format DDD.DDD.DDD.DDD
 Dibagi menjadi kelas-kelas (kelompok):
 A anggota : 2G ciri
0xxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx
0.0.0.0 sd 127.255.255.255
 B anggota : 1G ciri
10xxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx
128.0.0.0 sd 191.255.255.255
 C anggota : 0.5 G ciri
110xxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx
192.0.0.0 sd 223.255.255.255
Grouping IP
 Grup A anggota 2G terbagi menjadi:
 Mask : 11111111.000000000.00000000.00000000
 128 subnetwork dengan 16M host
 Grup B anggota 1G terbagi menjadi:
 mask : 11111111.11111111.00000000.00000000
 16k subnetwork dengan 64k host
 Grup C anggota 512M terbagi menjadi:
 Mask : 11111111.11111111.11111111.00000000
 2M subnetwork dengan 256 host
IP reserved
 #




10.0.0.0 - 10.255.255.255
- reserved for intranet local networks
# 127.0.0.0 - 127.255.255.255
- reserved for local loop on each computer
# 172.16.0.0 - 172.31.255.255
- reserved for intranet local networks
# 192.168.0.0 - 192.168.255.255
- reserved for intranet local networks
# 224.0.0.0 - 239.255.255.255
- used for multicast routing
IP ITTelkom : 222.124.204.254
Alokasi Alamat Kelas C
Alamat kelas C
Alokasi
194.0.0.0 s/d 195.255.255.255
Eropa
198.0.0.0 s/d 199.255.255.255
Amerika Utara
200.0.0.0 s/d 201.255.255.255
Amerika Tengah dan Selatan
202.0.0.0 s/d 203.255.255.255
Asia Pasifik
PR 30-4-7 dibahas 2-5-7
 Suatu jaringan dengan IP 10.14.15.xxx mask
255.255.255.240
 Pertanyaan:
 Berapa subnet di jaringan tersebut?
 Jika ingin mengirim semua anggota subnet ke 4, berapakah
alamat IP yang harus dituju?
Subnet
 Digunakan untuk membagi lagi kelompok IP menjadi kelompok yang lebih
kecil 
 kemudahan mengelola
 pengaturan routing
 10.14.64.255 mask 255.255.255.128 
00001010.00001110.01000000.11111111
11111111.11111111.11111111.10000000  mask
Hasil operasi and  10.14.64.128
Hasil operasi alamat and invers(mask)  127
 10.14.64.255/25 : subnet 10.14.64.128 dengan host 127
 10.14.64.64 mask 255.255.255.128 
00001010.00001110.01000000.01000000
11111111.11111111.11111111.10000000  mask
Hasil operasi and  10.14.64.0
Hasil operasi alamat and invers(mask)  64
 10.14.64.64/25 : subnet 10.14.64.0 dengan host 64
 Kesimpulan : mask /25 membagi menjadi 2 kelompok
Subnet
 10.14.64.xxx/25 akan membagi menjadi 2 kelompok:
 10.14.64.0 (lokal 10.14.64.0, broadcast 10.14.64.127)
 10.14.64.128  (lokal 10.14.64.128, broadcast 10.14.64.255)
 10.14.64.xxx/26 akan membagi menjadi 4 kelompok:
 10.14.64.0 (lokal 10.14.64.0, broadcast 10.14.64.63)
 10.14.64.64  (lokal 10.14.64.64, broadcast 10.14.64.127)
 10.14.64.128 (lokal 10.14.64.128, broadcast 10.14.64.191)
 10.14.64.192  (lokal 10.14.64.192, broadcast 10.14.64.255)
IP
Subnet mask
Network number
Host
Broadcast
10.14.201.3
255.255.255.0
10.14.201.0
3
10.14.201.255
10.14.201.3
255.255.240.0
10.14.192.0
9.3
10.14.207.255
10.14.201.3
255.255.128.0
10.14.128.0.0
0.0.73.3
10.14.255.255
10.14.201.3
255.255.224.0
10.14.192.0
9.3
10.14.223.255
10.14.201.3
Ada 3
10.14.192.0
9.3
Ada 3
10.14.201.3
Ada 3
10.14.200.0
1.3
Ada 3
10.14.201.3
255.255.0.0
10.14.0.0
201.3
10.14.255.255
Alokasi Alamat IPv4 - 1998
Source: www.caida.org
37
IP addressing: CIDR
 Classful addressing:
 inefficient use of address space, address space exhaustion
 e.g., class B net allocated enough addresses for 65K hosts, even if only 2K hosts
in that network
 CIDR: Classless InterDomain Routing
 network portion of address of arbitrary length
 address format: a.b.c.d/x, where x is # bits in network portion of address
network
part
host
part
11001000 00010111 00010000 00000000
200.23.16.0/23
4-38
Network Layer
Fungsi-fungsi Header IP
Version
Header length
Precedence
D T
R
X X
Total length
Identification
 Version (4 bit) menyatakan versi IP yang digunakan : 0100 (4)






= IPv4
Header length (4 bit) menyatakan panjang header IP dalam
dword : 0101 (5) = 20 byte
Precedence (3 bit)
Delay : D=1  low delay ; segera dikirim
Throughput : T=1  high throughput ;
Reliability : R=1  high reliability ; paket tidak boleh di drop
X = future used ; default = 0
Identification
D
M
Fragment offset
 Identification = nomor paket (berurut, dimulai random oleh
protokol IP)
 Don’t Fragment : D = 1  tidak boleh dilakukan framentasi
untuk paket ini
 More Fragment : M = 1  masih ada paket berikutnya, M =
0  potongan paket terakh
 Fragment Offset : berisi nomor byte awal dari potongan
paket ini, contoh : FO= 20 berarti paket ini dimulai dari
byte ke 20 paket asal (paket sebelum
difragmentasi/disegmentasi)
Time to live (seconds)
Protocol
 Time to live : Membatasi lamanya paket berada dijaringan,
dalam detik atau hop, contoh : TTL=128  paket hanya
boleh ada dijaringan selama maksimum 128 detik atau hop
 Protokol : menyatakan protokol lapis 4 yang dibawa,
contoh :
 TCP : 06
 UDP : 17
Contoh : Isi Tabel Router A
S
Network
Tujuan
Router
Selanjutnya
Jumlah Hop ke
tujuan
W
-
1
S
D
2
Y
D
3
Z
D
>3
Latihan : Isi tabel router dibawah ini
Port
add
FR0
201
X25.1 202
203
204
205
200
Eth2 200
203
202
204
205
hop
201
FR0
X25.1
202
eth2
eth1
dsl0
205
200
Port
dsl0
Eth1
Atm2
add
200
201
202
205
203
204
203
204
201
202
205
hop
atm2
204
203
IP Routing Protocol
RIP (Routing Information Protocol)
 Berbasis algoritma distant vector (vektor jarak
ke tujuan)
 Dibatasi maksimum 15 hop
 Bertukar jarak vektor setiap 30 detik melalui
Response Message yang biasa juga disebut
dengan istilah advertisement
 Setiap advertisement bisa membawa informasi
routing sampai 25 tujuan
Protokol Routing Lainnya
 RIP2
 Exterior Gateway Protocol (EGP)
 Border Gateway Protocol (BGP)
 IGRP (Interior Gateway Routing Protocol)
 BGP4
 Protocol Independent Multicast (PIM)
 Intermediate System – Intermediate
System (IS-IS)
 Next Hop Routing Protocol (NHRP)
RIP Table
192.168.1.0
2
#
192.168.2.0
7
#
192.168.3.0
1
#
<- network address
<- metric
<- separator line MUST be included!
RIP2 Table
192.168.1.0
<- network
255.255.255.0
<- netmask
0.0.0.0
<- next hop
7
<- metric
#
<- separator line MUST be included!
192.168.2.0
255.255.255.0
0.0.0.0
3
#
192.168.3.0
255.255.255.0
0.0.0.0
1
#
interior
<- route type, interior entries MUST come first, then system then exterior!
192.168.11.0 <- network
100
<- delay
1000
<- bandwidth
1500
<- MTU
255
<- reliability
1
<- load
0
<- hop count
#
<- separator line MUST be included!
system
192.168.9.0
100
IGRP Table
1000
1500
255
1
0
#
system
192.168.27.0
30
10000
1500
25
ICMP: Internet Control Message Protocol
 used by hosts, routers, gateways to
communicate network-level
information
 error reporting: unreachable host,
network, port, protocol
 echo request/reply (used by ping)
 network-layer “above” IP:
 ICMP msgs carried in IP datagrams
 ICMP message: type, code plus first 8
bytes of IP datagram causing error
4-49
Network Layer
Type
0
3
3
3
3
3
3
4
Code
0
0
1
2
3
6
7
0
8
9
10
11
12
0
0
0
0
0
description
echo reply (ping)
dest. network unreachable
dest host unreachable
dest protocol unreachable
dest port unreachable
dest network unknown
dest host unknown
source quench (congestion
control - not used)
echo request (ping)
route advertisement
router discovery
TTL expired
bad IP header
DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol
Goal: allow host to dynamically obtain its IP address from network server
when it joins network
Can renew its lease on address in use
Allows reuse of addresses (address of a “dead” host can be given to another)
Support for mobile users who want to join network (more shortly)
DHCP overview:
 host broadcasts “DHCP discover” msg
 DHCP server responds with “DHCP offer” msg
 host requests IP address: “DHCP request” msg
 DHCP server sends address: “DHCP ack” msg
4-50
Network Layer
 Best effort = tidak bisa menjamin seluruh data sampai
dengan cepat ke tujuan
Kesimpulan
 Fungsi lapis 3 : routing
 Cara routing : routing protokol berdasar informasi dari
router lain
 IP : L3, datagram (bisa loss), globally unique
 Fungsi IP sebagai L3 : routing berdasarkan mask (penentuan
subnet/ network number), SAR (menyesuaikan dengan
kapasitas L2), QoS
 Pada jaringan IP kecerdasan/kendali di tempatkan di router
(distributed control)