Arsitektur Jaringan Komputer

Arsitektur komunikasi komputer merupakan suatu ketetapan yang dibutuhkan untuk melakukan komunikasi data. Untuk mempermudah pemeliharaan serta meningkatkan kompabilitas antar berbagai pihak yang mungkin terlibat, jaringan komputer terbagi atas beberapa lapisan yang saling independen satu dengan yang lainnya.

 Gambar 1. Contoh komunikasi dalam jaringan

Arsitektur jaringan lahir pada masa transisi. ARCnet, Ethernet, dan Token-Ring merupakan salah satu contoh arsitektur lama yang akan segera digantikan dengan arsitektur lain dengan kecepatan yang lebih tinggi. Arsitektur jaringan yang sekarang banyak dipakai, mendukung transmisi mulai dari 2,5 Mbps untuk jaringan ARCnet, 10 Mbps Ethernet, dan 16 Mbps untuk jaringan Token-Ring. Arsitektur jaringan ini telah dikembangkan untuk kinerja yang lebih tinggi. Jaringan ARCnet telah dikembangkan menjadi ARCnet Plus 20 Mbps dan Ethernet ditingkatkan menjadi 100 Mbps Fast Ethernet dan 1000 Mbps (1 Gbps) dengan nama Gigabit Ethernet.

Selain pengembangan yang sudah ada, juga mulai diimplementasikan arsitektur baru seperti fiber optik atau Fiber Distributed Data Interface (FDDI) dan Asynchronous Transfer Mode (ATM). Teknologi terakhir adalah Synchronous Optical Network  (SONET).

Protokol Jaringan

Protokol adalah aturan-aturan main yang mengatur komunikasi diantara beberapa komputer di dalam sebuah jaringan, aturan itu termasuk di dalamnya petunjuk yang berlaku bagi cara-cara atau metode mengakses sebuah jaringan, topologi fisik, tipe-tipe kabel dan kecepatan transfer data, sehingga komputer-komputer yang berbeda platform dapat berkomunikasi.

Fungsi-fungsi protokol adalah sebagai berikut.

a.    Enkapsulasi (pembungkusan paket data)

b.    Segmentasi dan perakitan ulang

c.    Kontrol koneksi

d.    Pengiriman berurutan

e.    Kontrol aliran data (Flow Control)

f.     Kontrol kesalahan (Error Control)

g.    Pengalamatan

h.    Multiplexing

i.      Layanan Transmisi

Protokol-Protokol yang dikenal adalah Ethernet, Local Talk, Token Ring, FDDI, ATM.

o   Ethernet

Protokol Ethernet, hingga saat ini adalah yang paling banyak digunakan. Ethernet menggunakan metode akses yang disebut CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection). Sistem ini menjelaskan bahwa setiap komputer memperhatikan ke dalam kabel dari jaringan sebelum mengirimkan sesuatu ke dalamnya. Jika dalam jaringan tidak ada aktifitas, komputer akan mentransmisikan data, jika ada transmisi lain di dalam kabel, komputer akan menunggu dan akan mencoba kembali transmisi jika jaringan telah bersih. Kadangkala dua buah komputer melakukan transmisi pada saat yang sama. Ketika hal ini terjadi, masing-masing komputer akan mundur dan akan menunggu kesempatan secara acak untuk mentransmisikan data kembali. Metode ini dikenal dengan koalisi dan tidak akan berpengaruh pada kecepatan transmisi dari jaringan.

Protokol Ethernet dapat digunakan dengan topologi star, bus, dan tree. Data dapat ditransmisikan melewati kabel twisted pair, koaksial, ataupun kabel fiber optik pada kecepatan 10 Mbps.

o   LocalTalk

LocalTalk adalah sebuh protokol network yang di kembangkan oleh Apple Computer, Inc. untuk mesin-mesin komputer Macintosh. Metode yang digunakan oleh LocalTalk adalah CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Hampir sama dengan CSMA/CD, adapter LocalTalk dan kabel twisted pair khusus dapat digunakan untuk menghubungkan beberapa komputer melewati serial port. Sistem Operasi Macintosh memungkinkan koneksi jaringan secara peer-to-peer tanpa membutuhkan tambahan aplikasi khusus.

Protokol LocalTalk bekerja dengan menghindari dari tabrakan saat pengiriman data, dan dapat digunakan untuk model jaringan bus, star, ataupun model tree dengan menggunakan kabel twisted pair. Kekurangan yang paling mencolok yaitu kecepatan transmisinya yang hanya 230 Kbps.

o   Token Ring

Protokol Token Ring dikembangkan oleh IBM pada pertengahan tahun 1980. Metode aksesnya melalui lewatnya sebuah token dalam sebuah lingkaran seperti cincin . Dalam lingkaran token, komputer-komputer dihubungkan satu dengan yang lainnya seperti sebuah cincin. Sebuah sinyal token bergerak berputar dalam sebuah lingkaran (cincin) di jaringan dan bergerak dari sebuah komputer-menuju ke komputer berikutnya. Jika pada persinggahan di salah satu komputer ternyata ada data yang ingin ditransmisikan, token akan mengangkutnya ke tempat di mana data itu ingin ditujukan. Token bergerak terus untuk saling mengkoneksikan masing-masing komputer.

Protokol Token Ring membutuhkan model jaringan star dengan menggunakan kabel twisted pair atau kabel fiber optic. Dan dapat melakukan kecepatan transmisi 4 Mbps hingga 16 Mbps. Sejalan dengan perkembangan Ethernet, penggunaan Token Ring makin berkurang sampai sekarang.

o   FDDI

Fiber Distributed Data Interface (FDDI) adalah sebuah protokol jaringan yang menghubungkan antara dua atau lebih jaringan bahkan pada jarak yang jauh. Metode akses yang digunakan oleh FDDI adalah model token.  FDDI menghubungkan beberapa komputer sampai jarak yang jauh. Topologi ini bentuknya sama dengan Token Ring tetapi menggunakan 2 buah ring dengan maksud apabila ring 1 ada masalah maka secara otomatis akan berpindah ke ring 2.

FDDI menggunakan topologi star. Keuntungan dari FDDI adalah kecepatannya 100 Mbps dengan menggunakan kabel fiber optic.

o   ATM

ATM adalah singkatan dari Asynchronous Transfer Mode (ATM) yaitu sebuah protokol jaringan yang mentransmisikan pada kecepatan 155 Mbps atau lebih. ATM mentarnsmisikan data ke dalam satu paket di mana protokol yang lain mentransfer pada besar-kecilnya paket. ATM mendukung variasi media seperti video, CD-audio, dan gambar.

ATM bekerja pada model topologi star, dengan menggunakan kabel fiber optic ataupun kabel twisted pair. ATM pada umumnya digunakan untuk menghubungkan dua atau lebih LAN. ATM juga banyak dipakai oleh Internet Service Providers (ISP) untuk meningkatkan kecepatan akses Internet untuk klien mereka.

Model Komunikasi Data

Untuk mengurangi kerumitan, jaringan diorganisasikan sebagai suatu tumpukan level atau layer. Tujuan tiap layer adalah memberikan layanan kepada layer yang berada di atasnya. Tiap layer memiliki protokolnya masing-masing. Protokol layer n pada satu mesin akan berbicara dengan protokol layer n pula pada mesin lainnya.

Pada kenyataannya, protokol layer n pada suatu mesin tidak dapat secara langsung berbicara dengan protokol layer n di mesin lain, melainkan harus melewatkan data dan mengontrol informasi ke layer yang berada di bawahnya, hingga layer paling bawah. Setiap layer yang berkomunikasi harus menggunakan interface. Himpunan layer dan protokol inilah yang disebut arsitektur jaringan.

Urutan protokol yang digunakan oleh suatu sistem, dengan satu protokol per layer disebut stack protocol. Agar suatu paket data dapat saling dipertukarkan antar layer, maka paket data tersebut harus ditambahkan suatu header yang menunjukkan karakteristik dari protokol pada layer tersebut.

o   OSI (Open System Interconnected) Reference Model

ISO (International Organization for Standardization) mengajukan struktur dan fungsi protokol dan komunikasi data yang dikenal sebagai model referensi OSI.

OSI terdiri atas tujuh layer (lapisan) yang mendefinisikan fungsi. Untuk tiap layernya, dapat terdiri atas sejumlah protokol yang berbeda, masing-masing menyediakan layanan yang sesuai dengan fungsi layer tersebut.

Layer-layer itu adalah sebagai berikut.

1.    Layer 1 – Physical

Layer ini berhubungan dengan kabel dan media fisik lainnya yang menghubungkan satu peralatan jaringan komputer dengan peralatan jaringan komputer lainnya. Lapisan ini juga berhubungan dengan sinyal-sinyal listrik, sinar, maupun gelombang radio yang digunakan untuk mengirimkan data. Pada lapisan ini juga dijelaskan mengenai jarak terjauh yang mungkin digunakan oleh sebuah media fisik. Pada lapisan ini juga diatur bagaimana cara melakukan collision control.

2.    Layer 2 – Data Link

Pada sisi pengirim, lapisan ini mengatur bagaimana data yang akan dikirimkan diubah menjadi deretan angka ‘1’ dan ‘0’ dan mengirimkannya ke media fisik, sedangkan pada sisi penerima, lapisan ini akan merubah deretan angka ‘1’ dan ‘0’ yang diterima dari media fisik menjadi data yang lebih berarti. Pada lapisan ini juga diatur bagaimana kesalahan-kesalahan yang mungkin terjadi ketika transmisi data diberlakukan. Lapisan ini terbagi atas dua bagian, yaitu Media Access Control (MAC) yang mengatur bagaimana sebuah peralatan dapat memiliki akses untuk mengirimkan data , dan Logical Link Control (LLC) yang bertanggung jawab atas sinkronisasi frame, flow control, dan pemeriksaan error. Pada MAC terdapat metode-metode yang digunakan untuk menentukan siapa yang berhak untuk melakukan pengiriman data. Pada dasarnya metode-metode itu dapat bersifat terdistribusi (contoh: CSMA/CD atau CSMA/CA) dan bersifat terpusat terhadap koneksi dari satu node ke node berikutnya dalam komunikasi data.

3.    Layer 3 – Network

Lapisan ini bertanggung jawab terhadap koneksi dari pengirim sampai dengan penerima. Lapisan ini akan menerjemahkan alamat logik sebuah host menjadi sebuah alamat fisik. Lapisan ini juga bertanggung jawab untuk mengatur rute yang akan dilalui sebuah paket yang dikirim agar dapat sampai pada tujuan. Jika dibutuhkan penentuan jalur yang akan dilalui sebuah paket, maka sebuah router akan menentukan jalur ‘terbaik’ yang akan dilalui paket tersebut. Pemilihan jalur atau rute ini dapat ditentukan secara statik maupun secara dinamis.

4.    Layer 4 – Transport

Lapisan ini bertanggung jawab untuk menyediakan koneksi yang bebas dari gangguan. Ada dua jenis komunikasi data jaringan komputer, yaitu Connection Oriented dan Connectionless. Pada jenis komunikasi Connection Oriented, data dipastikan sampai tanpa ada gangguan sedikitpun juga. Apabila ada gangguan, maka data akan dikirimkan kembali. Sedangkan jenis komunikasi Connectionless, tidak ada mekanisme untuk memastikan apabila data yang dikirim telah diterima dengan baik oleh penerima. Biasanya lapisan ini mengubah layanan yang sangat sederhana dari lapisan Network menjadi sebuah layanan yang lebih lengkap bagi lapisan di atasnya. Misalnya, pada layer ini disediakan fungsi kontrol transmisi yang tidak dimiliki oleh lapisan di bawahnya.

 Gambar 2. Jenis komunikasi data

5.    Layer 5 – Session

Lapisan ini bertanggung jawab untuk membangun, memelihara, dan memutuskan koneksi antar aplikasi. Pada kenyataannya, lapisan ini sering digabung dengan Application Layer.

6.    Layer 6 – Presentation

Agar berbagai aplikasi jaringan komputer yang ada di dunia dapat saling terhubung, seluruh aplikasi tersebut harus mempergunakan format data yang sama. Lapisan ini bertanggung jawab atas bentuk format data yang akan digunakan dalam melakukan komunikasi. Pada kenyataannya, lapisan ini sering pula digabung dengan Application Layer.

7.    Layer 7 – Application

Lapisan ini adalah di mana interaksi dengan pengguna dilakukan. Pada lapisan inilah semua jenis program jaringan komputer seperti browser dan email client berjalan.

o   Model TCP/IP

Pada implementasinya, lapisan jaringan komputer model OSI tidak digunakan karena terlalu kompleks dan ada banyak duplikasi tugas dari setiap lapisan. Lapisan OSI/ISO digunakan hanya sebagai referensi. Lapisan jaringan komputer yang banyak digunakan adalah lapisan TCP/IP yang terdiri dari lapisan-lapisan sebagai berikut.

1.    Link (Lapisan OSI 1 dan 2)

Contoh lapisan ini adalah Ethernet, WiFi, dan MPLS. Implementasi untuk lapisan ini biasanya terletak pada device driver ataupun chipset firmware.

2.    Internetwork (Lapisan OSI 3)

Seperti halnya rancangan awal pada lapisan network (OSI lapisan 3), lapisan ini bertanggung jawab atas sampainya sebuah paket ke tujuan melalui sebuah kelompok jaringan komputer. Lapisan ini memiliki tugas tambahan yaitu mengatur bagaimana sebuah paket akan sampai ke tujuan melalui beberapa kelompok jaringan komputer apabila dibutuhkan.

3.    Transport (Lapisan OSI 4 dan 5)

Contoh dari lapisan ini adalah TCP, UDP, dan RTP.

4.    Applications (Lapisan OSI 5 sampai 7)

Contoh dari lapisan ini adalah HTTP, FTP, dan DNS.

 Gambar 3. TCP/IP vs. OSI

Keuntungan Arsitektur Berlapis

o   Satu layer dapat dimodifikasi dan di-upgrade tanpa mempengaruhi layer lainnya.

o   Adanya modulisasi yang memudahkan perancangan arsitektur secara keseluruhan.

o   Layer yang berbeda dapat dinyatakan ke suatu standar yang berbeda pula.

o   Mesin yang berbeda dapat dipasangkan pada layer yang berbeda.

o   Menambah tingkat kompatibilitas dari mesin yang berbeda.

Kerugian Arsitektur Berlapis

o   Total overhead tinggi.

o   Terhadap perkembangan teknologi, mungkin arsitektur berlapis kurang efisien lagi.

Referensi

Faisal Akib. 2009. Local Area Network. http://teknik-informatika.com/local-area-network/ (diakses pada hari Jumat, 15 Juli 2011, pukul 16.09 WIB)

Endino. 2011. Protokol Jaringan. http://endino.wordpress.com/2011/01/31/perangkat-keras-jaringan-komputer/ (diakses pada hari Senin, 18 Juli 2011 pukul 22.43 WIB)