Sistem TerdistribusiTIK-604

JaringanPertemuan 04: 20 Maret 2017

Husnihusni@trunojoyo.ac.id

Husni.trunojoyo.ac.id

Hari ini…

▪ Bahasan yang lewat:

▪ Model-model arsitektural dari sistem terdistribusi

▪ Bahasan hari ini:

▪ Tipe-tipe jaringan (network)

▪ Prinsip penting Networking: Layering, Enkapsulasi, Routingdan kendali kemacetan (kongesti)

▪ Skalabilitas, Reliabilitas dan Toleransi kegagalan di Internet

▪ Pemberitahuan:

▪ 2 minggu menuju deadline Proyek 2

Prinsip NetworkingTujuan Pembelajaran

▪ Mampu menjelaskan bagaimana komputer-komputer di Internet berkomunikasi

▪ Secara rinci, setelah kelas hari ini harus mampu:

▪ Menjelaskan tipe-tipe (berbeda) jaringan

▪ Mendeskripsikan prinsip-prinsip networking seperti layering, enkapsulasi dan packet-switching

▪ Mengetahui bagaimana paket-paket dirutekan dan bagaimana kemacetan dikendalikan

▪ Menguraikan konsep scalability, reliability dan fault-tolerance di dalam Internet

Network dalam Sistem Terdistribusi

Sistem terdistribusi “hanyalah” suatu koleksi komponen yang berkomunikasi untuk menyelesaikan suatu masalah.

Mengapa programmer sistem terdistribusi harus memahami jaringan komputer?

Persoalan networking sangat mempengaruhi kinerja, toleransi kegagalan dan keamanan sistem terdistribusi

Mis. Gmail outage pada Sep 1, 2010 – Jubir Google mengatakan “we had slightly underestimated the load which some recent changes placed on the request routers. … . few of the request routers became overloaded… causing a few more of them to also become overloaded, and within minutes nearly all of the request routers were overloaded.”

Network dalam Sistem Terdistribusi

Isu Networking Ulasan pada Rancangan Sistem Terdistribusi

Mempengaruhi latency dan data-transfer-rate dari pesan

Ukuran Internet bertambah. Diperkirakan lalulintas lebih besar di masa depan.

Deteksi error komunikasi & kerjakan error-checks pada application layer.

Install firewall. Pasang modul otentikasi, privasi dan keamanan end-to-end.

Perkiraan koneksi “nyambung-putus” untuk perangkat bergerak

Internet adalah karya terbaik. Sulit memastikan jaminan QoS tepat 100%, misalnya untuk pesan multimedia.

Performance

Scalability

Reliability

Security

Mobility

Quality-of-

service

Klasifikasi Jaringan

Cara penting mengklasifikasi jaringan:

1. Berbasis ukuranBody Area Networks (BAN)

Personal Area Networks (PAN)

Local Area Networks (LAN)

Wide Area Networks (WAN)

2. Berbasis teknologiEthernet Networks

Wireless Networks

Cellular Networks

Body Area Networks (BAN):

Perangkat membentuk unit wearable computing

Beberapa Body Sensor Units (BSUs)

berkomunikasi dengan Body Central Unit (BCU)

Khas, networking low-cost dan low-energy.

Personal Area Networks (PAN):

PAN menghubungi berbagai perangkat digital yang dimiliki oleh seorang pengguna (mobile phone, tablet, camera)

Networking Low-cost dan low-energy

Mis. Bluetooth

Klasifikasi Jaringan: BAN & PAN

Klasifikasi Jaringan: LANBeberapa komputer dikoneksikan oleh satu medium komunikasi

Mis. twisted copper wire, optical fiber

Data-transfer-rate tinggi dan latency rendah

LAN terdiri dari:

1. Segment

Biasanya di dalam suatu departemen/lantai gedung

Bandwidth dishare, tidak perlu routing.

2. Local Networks

Melayani kampus/gedung kantor

Banyak segmen dikoneksikan dengan switch/hub

Khas, mewakili jaringan di dalam suatu organisasi

Klasifikasi Jaringan: WAN

Biasanya meliputi area yang lebih luas (kota, negara,...)

Terdiri dari banyak jaringan berbeda organisasi /institusi

Lalu-lintas dirutekan dari satu organisasi ke lainnya

Banyak Router

Bandwidth dan delay

Bervariasi

Lebih buruk daripada LAN

WAN paling besar = Internet

Rangkuman Jaringan (Berdasarkan Ukuran)

Satu link Point-to-point

Jaringan dari jaringan

Satu Segment

Satu jaringan

Tipe Jaringan Berdasarkan Teknologi

Ethernet Networks

Sebagian besar digunakan dalam Internet berkabel (wire)

Wireless LANs

Terutama dirancang untuk menyediakan

akses nirkabel (wireless) ke Internet

Rentang rendah (100 meter), bandwidth tinggi

Cellular networks (2G/3G)

Awalnya dirancang untuk membawa suara

Rentang besar (beberapa km)

Bandwidth rendah

Kinerja Berbagai Tipe Jaringan

Network Contoh Rentang Bandwidth

(Mbps)

Latency (ms)

Wired LAN Ethernet 1-2 km 10 – 10,000 1 – 10

Wired WAN Internet Sedunia 0.5 – 600 100 – 500

Wireless PAN Bluetooth 10 – 30 m 0.5 – 2 5 – 20

Wireless LAN WiFi 0.15 – 1.5 km 11 – 108 5 – 20

Cellular 2G – GSM 100m – 20 km 0.270 – 1.5 5

Modern

Cellular

3G 1 – 5 km 0.348 – 14.4 100 – 500

Prinsip Networking

Protokol Jaringan

Transmisi Paket

Jaringan terbagi dalam banyak layer

Physical layer

Data-link layer

Network layer dan routing

Transport layer dan kendali kongesti

Protokol Jaringan

Jika dua entitas ingin berkomunikasi pada suatu jaringan, diperlukan persetujuan yang telah didefinisikan

Berapa bit harus digunakan untuk menandakan bit 0 atau bit 1?

Bagaimana receiver mengetahui bit terakhir dalam pesan?

Bagaimana receiver dapat mendeteksi jika pesan rusak?

Protokol adalah himpunan aturan dan format well-knownuntuk digunakan selama komunikasi antar entitas

Standarisasi himpunan protokol well-known ini mendukung komunikasi antar entitas heterogen

Transmisi Paket

Messages dipecah ke dalam packet-paketPaket adalah satuan data yang ditransmisikanantara asal dan tujuan

Paket dapat berubah-ubah panjangnya

Ukuran maksimum paket dikenal sebagai Maximum Transmission Unit (MTU)

MTU mencegah suatu host mengirimkan message terlalu panjang

Setiap paket mempunyai dua field utamaHeader: berisi informasi meta mengenai paket

Mis. Panjang paket, ID receiver

Data Header Data

Layer Jaringan

Software jaringan diatur ke dalam hirarki layer

Protokol dalam satu layer mengerjakan satu fungsi khusus (tertentu)

Layering merupakan rancangan scalable & modular bagi suatu software kompleks

Fungsi khusus dalam software jaringan:011100011 0011 011

Dest

Src

P1 P3P2

Mesin Tujuan

Fungsi Layer

Mengirimkan bit-bit ke media transmisi

Mengkoordinasi pengiriman antar host yang

langsung terhubung (LAN)

Merutekan paket melalui jaringan lanjutan (WAN)

Menangani messages – bukan paket – antara

proses sender dan receiver

Memenuhi persyaratan komunikasi untuk

aplikasi tertentu

Physical

Data link

Network

Transport

Application

Model Referensi OSI

Model referensi Open Systems Interconnection (OSI)Model networking berlapis yang distandardkan oleh ISO

Model ini mengidentifikasi 7 layer & fungsinya.

Fungsionalitas Layer Contoh Protokol

Memenuhi persyaratan komunikasi bagi aplikasi

khusus

Application HTTP, FTP

Mengirimkan data dalam representasi jaringan yang tak

bergantung dari representasi dalam komputer penggunaPresentation CORBA data

representation

Mendukung reliability dan adaptasi, seperti deteksi

kegagalan dan pemulihan otomatis

Session SIP

Menangani message - bukan paket - antara proses

sender dan receiver

Transport TCP, UDP

Merutekan paket melalui jaringan lanjutan Network IP, ATM

Mengkoordinasikan pengiriman antar host yang

secara langsung terhubung ke medium bersama

Data-link Ethernet MAC

Mengirimkan bit-bit ke medium transmisi Physical Ethernet

Enkapsulasi adalah teknik membungkus dan membuka paket data dalam suatu arsitektur ber-layer.

Enkapsulasi Paket

Physical Layer

Network Layer

Application Layer

Physical Layer

Network Layer

Application Layer

Source machine Destination machine

Layer akan dibahas hari ini...

1. Physical layer

2. Data-link layer

3. Network layer

4. Transport layer

Layer akan dibahas hari ini...

1. Physical layer

2. Data-link layer

3. Network layer

4. Transport layer

Physical Layer

Protokol physical layer mengirimkan serangkaian bit-bit ke suatu medium transmisi

Mengubah bit-bit ke dalam sinyal yang dapat dikirimkan ke medium

Medium Transmisi Tipe sinyal yang

dikirimkan

Twisted-pair

(Ethernet cable)

Electrical signal

Fiber Optic Circuits Light signal

Wireless channel Electro-magnetic signal

A physical layer protocol

Data-link layer protocol

Transmission Medium

Bits

Signal

Layer akan dibahas hari ini...

1. Physical layer

2. Data-link layer

3. Network layer

4. Transport layer

Data-link Layer

Protokol dalam data-link layer memastikan bahwa paket dihantarkan dari satu host ke lainnya dalam jaringan lokal

Protokol data-link layer menyediakan dua fungsi utama:

Bagaimana melakukan koordinasi antar transmitter(pemancar) sehingga paket diterima dengan sukses?

Koordinasi

Bagaimana mengidentifikasi host lain pada jaringan lokal?

Pengalamatan di jaringan lokal

Suatu paket tidak berhasil diterima di receiver jika sender mengirimkan data pada saat transmisi pengirim lain sedang aktif.

Paket dikatakan mengalami tabrakan (collision) jika tidak berhasil diterima di penerima

Tabrakan dihindari dengan “merasakan” medium

sebelum transmisi

Koordinasi pada Data-link Layer

Pengalamatan pada Jaringan Lokal

Setiap perangkap yang terkoneksi ke jaringan mempuyai suatu alamat unik bernama Medium Access Control (MAC) address

MAC address panjangnya 6 byteMis. 2A:D4:AB:FD:EF:8D

Pendekatan:

Data-link layer men-broadcast paket ke medium

Receiver membaca header paket dan memeriksa apakah paket ditujukan kepadanya

Ilustrasi Kerja Switch

Layer akan dibahas hari ini...

1. Physical layer

2. Data-link layer

3. Network layer

4. Transport layer

Network Layer

Protokol network layer mengerjakan peran routing

Protokol network layer memastikan bahwa paket dirutekan dari mesin asal ke mesin tujuan

Paket dapat melintasi LAN-LAN berbeda untuk mencapai tujuan

Internet Protocol (IP):protokol network layeryang luas digunakan.

IP Address biasanya

digunakan untuk

mengidentifikasi mesin.

Destination

SourceRouter

Router

Perangkat yang meneruskan paket melintasi beberapa jaringan

Router dikoneksikan ke dua atau lebih jaringan

Setiap network interface dihubungkan ke LAN atau host

Paket berjalan sampai network layer pada router

LAN-3Int-3Int-2

A Router

LAN-2

LAN-1

Physical

Data-link

Network

Transport

Application

Source machine

Physical

Data-link

Network

Transport

Application

Dest machine

Physical

Data-link

Network

Router

Int-1

Paket harus dikirimkan dalam serangkaian hop (lompatan) melewati beberapa router

Rangkaian hop yang ditempuh oleh suatu paket dikenal sebagai route

Algoritma Routing bertanggungjawab menentukan rute pengiriman paket

Tantangan perancangan algoritma routing di Internet:

Kinerja: Lalu lintas di jaringan yang berbeda bervariasi

Kegagalan router: Router di Internet mungkin gagal

Algoritma Routing

S DR1

R2

R4

R4

Algoritma Routing (lanj.)

Algoritma routing mempunyai dua aktifitas

1. Menentukan next-hop yang akan ditempuh setiap paket

Algoritmanya harus cepat dan efisien

2. Secara dinamis mengupdate informasi koneksi dan rute

Menjaga pengetahuan jaringan dengan memantau router dan trafik

Aktifitas tersebut terdistribusi di seluruh jaringan

Keputusan routing dibuat berbasis hop-by-hop

Informasi mengenai kemungkinan next-hop router disimpan di lokal

Informasi diupdate secara berkala

Salah satunya: “Distance Vector Algorithm”

Algoritma Distance Vector

Distance Vector (DV) menggunakan algoritma teori graf untuk menemukan rute terbaik dalam jaringan

Menggunakan algoritma jalur terpendek Bellman-Ford

Dua aktifitas pada algoritma routing DV:

1. Penentuan next-hop terbaik pada setiap router

2. Secara dinamis mengupdate informasi koneksi pada semua router

Algoritma Distance VectorPenentuan Next-hop

Setiap router memelihara table routing yang berisi:

Destination: IP address tujuan paket

Link: link keluar kemana paket akan diteruskan

Cost: jarak (distance) antara router dan next-hop

Mis. Biaya diperkirakan sebagai delay bagi paket untuk mencapai next-hop

Router membaca tabel untuk menentukan next-hop terbaik

Tabel routing pada router A

To Link Cost

A

B

C

D

E

local

1

1

3

1

0

1

2

1

2

A B

D

1

3 Links

RoutersHosts or local

networks

Tabel Routingdari Scenario Contoh

A B

ED

C

12

3 4

6

5

Routers

Hosts or local

networks

Links

Routings from A Routings from B Routings from C

To Link Cost To Link Cost To Link Cost

A

B

C

D

E

local

1

1

3

1

0

1

2

1

2

A

B

C

D

E

1

local

2

1

4

1

0

1

2

1

A

B

C

D

E

2

2

local

5

5

2

1

0

2

1

Routings from D Routings from E

To Link Cost To Link Cost

A

B

C

D

E

3

3

6

local

6

1

2

2

0

1

A

B

C

D

E

4

4

5

6

local

2

1

1

1

0

Algoritma Distance VectorUpdate Informasi Koneksi

Koneksifitas diupdate melalui pertukaran tabel routing.

Router Information Protocol (RIP) digunakan untuk mengirimkan pesan update

1. Kirim tabel routing ke router tetangga

Secara berkala atau ketika tabel lokal berubah

2. Ketika tabel routing tetangga diterima:

Kasus Jika tabel routing yang diterima … Update tabel routing

lokal

1 Ada tujuan baru yang tidak ada dalam tabel

routing lokalUpdate Cost & Link

2 Ada rute dengan biaya lebih baik ke tujuan dalam

tabel routing lokal Update Cost

3 Ada informasi yang lebih baruUpdate Cost & Link

Pseudocode RIPSend: Setiap t detik atau ketika Tl berubah, kirim Tl pada setiap link keluar tidak-rusak

Receive: Kapanpun tabel routing Tr diterima pada link n:

for all rows Rr in Tr {

if (Rr.link != n) {

Rr.cost = Rr.cost + 1; // Update cost

Rr.link = n; // Update next-hop

if (Rr.destination is not in Tl) {

add Rr to Tl; // tambahkan tujuan baru ke Tl

}

else for all rows Rl in Tl {

if (Rr.destination = Rl.destination) {

// Rr.cost < Rl.cost : remote node punya rute lebih baik

// Rl.link = n : Informasi lebih baru

if (Rr.cost < Rl.cost OR Rl.link = n) {

Rl = Rr;

}

}

}

}

}

A B

ED

C

12

3 4

6

5

Routing table at router A

To Link Cost

A

D

local

3

0

1

Tl at A

C 3 3

Routing table of router B

To Link Cost

A

B local

1 1

0

C 2 1

Tr recvd @ A from B on

link n=1

Kasus 1

Kasus 2

Kasus 3

Rangkuman: Routing Internet

Setiap mesin di Internet diidentifikasi oleh suatu IP Address

Mesin asal mengirimkan paket melalui jaringan lokalnya

Router lanjutan (perantara) memeriksa paket, dan meneruskannya ke router next-hop terbaik

Jika tujuan langsung terhubung ke jaringan lokal dari router, router meneruskan paket melalui jaringan lokal tersebut

Router saling bertukar informasi untuk menjaga informasi yang up-to-date tentang jaringan.

Destination

Source

Layer akan dibahas hari ini...

1. Physical layer

2. Data-link layer

3. Network layer

4. Transport layer

Transport Layer

Protokol transport layer menyediakan komunikasi end-to-endbagi aplikasi

Merupakan layer paling rendah untuk pengananan message(bukan packet).

Message ditujukan kepada port komunikasi yang melekat pada proses tersebut

Transport layer me-multiplexes setiappaket yang diterima ke portnya masing-masing.

P1 P3P2

Transport layer protocol

Mesin Tujuan

Network layer protocol

Protokol Transport Layer Sederhana

Protokol transport sederhana menyediakan layanan berikut

1. Layanan Multiplexing

2. Komunikasi connection-less: proses sender & receiver tidak memulai koneksi sebelum pengiriman message

Setiap message dibungkus dalam paket (dikenal juga datagram)

Message pada receiver dapat berbeda urutannya dengan saat dikirimkan oleh sender

Mis. User Datagram Protocol (UDP)

P1 P3P2

UDP protocol

Destination machine

P1 P3P1

UDP protocol

Source machine

Transport Control Protocol (TCP)

Protokol lapisan transport lanjut yang (biasanya) menyediakan layanan lebih dari multiplexing sederhana

Transmission Control Protocol (TCP) adalah protokol yang digunakan secara luas dan menyediakan tiga layanan tambahan:

1. Komunikasi berorientasi koneksi

2. Keandalan (Reliability)

3. Kendali kemacetan (Congestion)

1. Komunikasi Berorientasi Koneksi

Sender dan receiver akan berjabat-tangan sebelum pengiriman message

Jabat-tangan akan mensetup parameter koneksi & alokasi sumber daya pada tujuan (penerima) paket

Penerima menerima pesan & menatanya sesuai in-order deliveryPenerima membuffer paket sampai paket sebelumnya diterima

Menyampaikan paket ke proses atau layer lanjutan sesuai urutan pengiriman oleh mengirim

P1 P3P2

TCP protocol

Mesin Tujuan

P1 P3P1

TCP protocol

Mesin Asal

Akankah saya kirim?

OK. Mulai kirim

2. Reliability

Paket dapat hilang dalam jaringan karena buffer overflow pada router atau error transmisi

Dalam TCP, penerima mengirimkan suatu ACK kepada pengirim

Jika ACK tidak diterima oleh pengirim, pengirim akan menyimpulkan error paket, dan mengirim-ulang paket tersebut

3. Kendali Kemacetan

Kapasitas jaringan dibatasi oleh link komunikasi individu dan router

Ruang buffer dan link-bandwith yang terbatas.

Apa yang terjadi jika pengirim (asal) mengirimkan paket pada rate lebih besar dari kapasitas jaringan?

Paket di-drop pada router lanjutan. ACK tidak ada di pengirim

Pengirim memancarkan ulang paket tersebut

Akibat: lebih banyak paket di antrian router

Jaringan kolaps (macet total)

3. Kendali Kemacetan (lanj.)

Untuk menghindari kemacetan, diadopsi dua fungsi:

1. Deteksi kemacetan pada router:

Jika router memperkirakan akan buffer overflow, harus ikut satu dari dua strategi:

Drop paket di router. Pengirim akan mengatur ulang setelah mengalami kehilangan packet.

Kirim suatu paket “Explicit Congestion Notification (ECN)” kepada pengirim.

2. Mengatur masukan pada pengirim:

Jika TCP-sender memperkirakan macet (mis. Ia menerima paket ECN), maka pengirim mengurangi kecepatan pengirimannya.

Network dalam Sister

Persoalan

Networking

Ulasan pada rancangan Sistem

Terdistribusi

Faktor-faktor

Networking

Mempengaruhi latency dan data-transfer-rate dari message.

Ukuran Internet meningkat. Trafik lebih besar di masa depan

Deteksi error komunikasi & pemerik-saan error pada application layer.

Install firewall. Pasang modul otenti-kasi, privasi & keamanan end-to-end.

Perkirakan koneksi terputus-putus untuk perangkat mobile.

Internet upaya terbaik. Sulit untuk memastikan jaminan QoS yang ketat, mis. Untuk pesan multimedia.

Performance

Scalability

Reliability

Security

Mobility

Quality-of-

service

Bandwidth LAN, trafik LAN, routing delay

Kendali kemacetan, waktu pencarian tabel routing

Paket di-drop di router, tabrakan paket

Konfigurasi salah dari router & gateway

Kegagalan rute, bandwitch kecil dari LAN nirkabel

Router delay, kemacetan, kegagalan rute, trafik LAN.

Pertemuan Berikutnya...

Mempelajari komunikasi antar proses (Inter-process Communication) dalam sistem terdistribusi

Mencoba IPC melalui Socket API dan Remote Invocations (permintaan jarak jauh)

Menganalisa konsep dan middleware yang mendukung komunikasi berorientasi pesan (Message-oriented Communication)

Referensi

http://en.wikipedia.org/wiki/Remote_procedure_call

http://www.generalsoftwares.co.uk/remote-services.html

http://gmailblog.blogspot.com/2009/09/more-on-todays-gmail-issue.html

http://innovation4u.wordpress.com/2010/08/17/why-we-dont-share-stuff/

http://essentiawhipsfloggers.wordpress.com/2010/05/08/waiting-times-queue-jumping/

http://www.cdk5.net/