JARINGAN ENTERPRISE, PEMOGRAMAN BERORIENTASI OBJEK

Quality of Service (QoS) adalah persyaratan jaringan yang terus meningkat saat ini. Aplikasi baru, seperti transmisi suara dan video langsung, menciptakan ekspektasi yang lebih tinggi untuk kualitas pengiriman di antara pengguna. Kemacetan terjadi ketika beberapa jalur komunikasi berkumpul ke satu perangkat seperti router, dan kemudian banyak dari data itu ditempatkan hanya pada beberapa antarmuka keluar, atau ke antarmuka yang lebih lambat. Kemacetan juga bisa terjadi apabila paket data yang besar mencegah paket yang lebih kecil ditransmisikan secara tepat waktu. Ketika volume trafik lebih besar dari apa yang dapat diangkut di seluruh jaringan, perangkat mengantri (menahan) paket dalam memori sampai sumber daya tersedia untuk mengirimkannya. Antrian paket menyebabkan penundaan karena paket baru tidak dapat ditransmisikan sampai paket sebelumnya telah diproses. Jika jumlah paket yang harus diantri terus meningkat, memori di dalam perangkat akan terisi dan paket-paket akan dibatalkan. Satu teknik QoS yang dapat membantu dengan masalah ini adalah untuk mengklasifikasikan data ke dalam beberapa antrian, seperti yang ditunjukkan pada gambar 37.

Gambar 37 Antrian paket

Bandwidth jaringan diukur dalam jumlah bit yang dapat ditransmisikan dalam satu detik, atau bit per detik (bps). Misalnya, perangkat jaringan dapat digambarkan untuk memiliki kemampuan untuk melakukan transmisi 10 gigabit per detik (Gbps). Kemacetan jaringan menyebabkan penundaan. Sebuah interface mengalami kemacetan ketika ia disajikan dengan lalu lintas yang lebih banyak daripada yang bisa ditangani. Titik-titik kemacetan jaringan adalah kandidat ideal untuk mekanisme QoS. Gambar 38 ini menunjukkan tiga contoh titik kemacetan yang khas.

Gambar 38 Contoh Titik Kemacetan di jaringan

Penundaan atau latensi mengacu pada waktu yang diperlukan paket untuk melakukan perjalanan dari sumber ke tujuan. Dua jenis penundaan adalah tetap dan variabel. Penundaan tetap adalah jumlah waktu tertentu yang dibutuhkan proses tertentu, seperti berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk menempatkan bit pada media transmisi. Penundaan variabel membutuhkan waktu yang tidak ditentukan dan dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti berapa banyak lalu lintas yang sedang diproses. Sumber-sumber penundaan dapat dilihat dalam tabel.
Tabel 14 Sumber penundaan pada jaringan

Jitter adalah variasi dalam penundaan paket yang diterima. Di sisi pengirim, paket dikirim dalam aliran kontinu dengan paket-paket yang berjarak secara merata. Karena kemacetan jaringan, antrian yang tidak tepat, atau kesalahan konfigurasi, penundaan antara setiap paket dapat bervariasi, bukannya tetap konstan. Baik penundaan dan jitter perlu dikontrol dan diminimalkan untuk mendukung lalu lintas real-time dan interaktif.

Tanpa mekanisme QoS, paket diproses sesuai urutan penerimaannya. Ketika terjadi kemacetan, perangkat jaringan seperti router dan switch dapat menjatuhkan paket. Ini berarti bahwa paket yang sensitif terhadap waktu, seperti video dan suara real-time, akan dijatuhkan dengan frekuensi yang sama dengan data yang tidak sensitif terhadap waktu, seperti email dan web browsing.

Ketika router menerima aliran audio digital Real-Time Protocol (RTP) untuk Voice over IP (VoIP), Router harus mengkompensasi jitter yang ditemui. Mekanisme yang menangani fungsi ini adalah playout delay buffer. Playout delay buffer harus menyangga paket-paket ini dan kemudian mengalirkannya dalam aliran yang stabil, seperti yang ditunjukkan pada gambar 39. Paket digital kemudian dikonversi kembali ke aliran audio analog.

Gambar 39 Playout Delay Buffer mengkompensasi Jitter

Jika jitter begitu besar sehingga menyebabkan paket diterima di luar jangkauan buffer ini, paket di luar jangkauan akan dibuang dan putus terdengar dalam audio, seperti ditunjukkan dalam gambar 40.

Gambar 40 Paket Terputus Karena Jitter yang Berlebihan

Untuk kehilangan sekecil satu paket, prosesor sinyal digital (DSP) menginterpolasi apa yang dianggapnya sebagai audio yang seharusnya dan tidak ada masalah yang terdengar oleh pengguna. Namun demikian, apabila jitter melebihi apa yang dapat dilakukan DSP untuk mengganti paket yang hilang, masalah audio akan terdengar. Packet loss adalah penyebab yang sangat umum dari masalah kualitas suara pada jaringan IP. Dalam jaringan yang dirancang dengan benar, packet loss seharusnya mendekati nol. Codec suara yang digunakan oleh DSP dapat mentolerir beberapa tingkat packet loss tanpa efek dramatis pada kualitas suara. Insinyur jaringan menggunakan mekanisme QoS untuk mengklasifikasikan paket suara untuk nol packet loss. Bandwidth dijamin untuk panggilan suara dengan memberikan prioritas pada lalu lintas suara di atas lalu lintas yang tidak sensitif terhadap penundaan.

Kebijakan QoS yang diimplementasikan oleh administrator jaringan menjadi aktif ketika terjadi kemacetan pada link. Antrian adalah alat manajemen kemacetan yang dapat menyangga, memprioritaskan, dan jika diperlukan, menyusun ulang paket sebelum ditransmisikan ke tujuan. Berikut ini adalah sejumlah algoritma antrian tersedia. Untuk tujuan kursus ini, kita akan fokus pada yang berikut ini:yang di gunakan untuk QoS.

First In First Out (FIFO)
Dalam bentuknya yang paling sederhana, antrian First In First Out (FIFO), juga dikenal sebagai antrian yang pertama datang, pertama dilayani, menyangga dan meneruskan paket-paket sesuai urutan kedatangannya. FIFO tidak memiliki konsep prioritas atau kelas trafik dan akibatnya, tidak membuat keputusan tentang prioritas paket. Hanya ada satu antrian, dan semua paket diperlakukan sama. Paket-paket dikirim keluar antarmuka sesuai urutan kedatangannya, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Meskipun beberapa trafik mungkin lebih penting atau sensitif terhadap waktu berdasarkan klasifikasi prioritas, perhatikan bahwa trafik dikirim keluar sesuai urutan penerimaannya. Ketika FIFO digunakan, lalu lintas yang penting atau sensitif terhadap waktu dapat didrop ketika ada kemacetan pada router atau antarmuka switch.

Ketika tidak ada strategi antrian lain yang dikonfigurasi, semua interface, kecuali interface serial pada E1 (2.048 Mbps) dan di bawahnya, menggunakan FIFO secara default. (Interface serial pada E1 dan di bawahnya menggunakan WFQ secara default). FIFO merupakan metode antrian tercepat, efektif untuk sambungan besar yang mempunyai sedikit penundaan dan kemacetan minimal. Jika sambungan anda mempunyai sedikit kemacetan, antrian FIFO mungkin satu-satunya antrian yang perlu anda gunakan.

Gambar 41 Contoh FIFO

Weighted Fair Queuing (WFQ)
Weighted Fair Queuing (WFQ) adalah metode penjadwalan otomatis yang menyediakan alokasi bandwidth yang adil untuk semua lalu lintas jaringan. WFQ tidak mengijinkan pilihan klasifikasi untuk dikonfigurasi. WFQ menerapkan prioritas, atau bobot, untuk trafik yang teridentifikasi dan mengklasifikasikannya ke dalam percakapan atau aliran, seperti yang ditunjukkan pada gambar 42.

Gambar 42 Contoh WFQ

WFQ kemudian menentukan berapa banyak bandwidth yang diizinkan untuk setiap aliran relatif terhadap aliran lainnya. Algoritma berbasis aliran yang digunakan oleh WFQ secara simultan menjadwalkan trafik interaktif ke depan antrian untuk mengurangi waktu respon. Kemudian secara adil membagi bandwidth yang tersisa di antara arus bandwidth tinggi. WFQ memungkinkan Anda untuk memberikan prioritas pada lalu lintas interaktif bervolume rendah, seperti sesi Telnet dan suara, di bandingkan lalu lintas bervolume tinggi, seperti sesi FTP. Ketika beberapa arus transfer file terjadi secara bersamaan, transfer diberikan bandwidth yang sebanding. WFQ mengklasifikasikan lalu lintas ke dalam aliran yang berbeda berdasarkan pengalamatan header paket, termasuk karakteristik seperti alamat IP sumber dan tujuan, alamat MAC, nomor port, protokol, dan nilai Type of Service (ToS). Nilai ToS dalam header IP dapat digunakan untuk mengklasifikasikan lalu lintas.  Arus lalu lintas bandwidth rendah, yang merupakan mayoritas lalu lintas, menerima layanan istimewa yang memungkinkan seluruh muatan yang ditawarkan untuk dikirim secara tepat waktu. Arus lalu lintas bervolume tinggi berbagi kapasitas yang tersisa secara proporsional di antara mereka sendiri. Keterbatasan WFQ tidak didukung dengan tunneling dan enkripsi karena fitur-fitur ini memodifikasi informasi konten paket yang diperlukan oleh WFQ untuk klasifikasi. Meskipun WFQ secara otomatis beradaptasi dengan perubahan kondisi trafik jaringan, WFQ tidak menawarkan tingkat kontrol yang tepat atas alokasi bandwidth yang ditawarkan CBWFQ.

Class-Based Weighted Fair Queuing (CBWFQ)

Class-Based Weighted Fair Queuing (CBWFQ) memperluas fungsionalitas WFQ standar untuk memberikan dukungan bagi kelas lalu lintas yang ditentukan pengguna. Dengan CBWFQ, anda mendefinisikan kelas lalu lintas berdasarkan kriteria kecocokan termasuk protokol, daftar kontrol akses (ACL), dan antarmuka input. Paket-paket yang memenuhi kriteria kecocokan untuk sebuah kelas merupakan trafik untuk kelas tersebut. Antrian FIFO dicadangkan untuk setiap kelas, dan trafik yang termasuk dalam kelas diarahkan ke antrian untuk kelas itu, seperti yang ditunjukkan pada gambar 43. Ketika kelas telah didefinisikan menurut kriteria kecocokannya, Anda dapat menetapkan karakteristiknya. Untuk mengkarakterisasi kelas, Anda menetapkan bandwidth, bobot, dan batas paket maksimum. Bandwidth yang ditetapkan ke kelas adalah bandwidth terjamin yang dikirimkan ke kelas selama kemacetan. Untuk mengkarakterisasi kelas, Anda juga menentukan batas antrian untuk kelas itu, yang merupakan jumlah maksimum paket yang diizinkan untuk terakumulasi dalam antrian untuk kelas tersebut. Paket-paket yang termasuk dalam kelas tunduk pada bandwidth dan batas antrian yang menjadi ciri kelas.

Gambar 43 Contoh CBWFQ

Setelah antrian telah mencapai batas antrian yang dikonfigurasi, menambahkan lebih banyak paket ke kelas menyebabkan tail drop atau packet drop berlaku, tergantung pada bagaimana kebijakan kelas dikonfigurasi. Tail drop berarti router hanya membuang paket apa pun yang tiba di ujung ekor antrian yang telah sepenuhnya menggunakan sumber daya penahan paketnya. Ini adalah respon antrian default untuk kemacetan. Tail drop memperlakukan semua lalu lintas sama dan tidak membedakan antara kelas layanan.

Low Latency Queuing (LLQ)
Fitur Low Latency Queuing (LLQ) membawa antrian prioritas yang ketat (PQ) ke CBWFQ. PQ yang ketat memungkinkan paket-paket yang sensitif terhadap penundaan seperti suara dikirim sebelum paket dalam antrian lainnya. LLQ menyediakan antrian prioritas yang ketat untuk CBWFQ, mengurangi jitter dalam percakapan suara, seperti yang ditunjukkan pada gambar 44.

Gambar 44 Contoh LLQ

Tanpa LLQ, CBWFQ menyediakan WFQ berdasarkan kelas-kelas yang ditentukan tanpa antrian prioritas yang ketat yang tersedia untuk lalu lintas waktu nyata/real time. Bobot untuk paket yang termasuk dalam kelas tertentu berasal dari bandwidth yang Anda tetapkan ke kelas ketika Anda mengkonfigurasinya. Oleh karena itu, bandwidth yang ditetapkan ke paket dari kelas menentukan urutan paket yang dikirim. Semua paket dilayani secara adil berdasarkan berat; tidak ada kelas paket yang dapat diberikan prioritas yang ketat. Skema ini menimbulkan masalah untuk trafik suara yang sebagian besar tidak toleran terhadap penundaan, terutama variasi dalam penundaan. Untuk trafik suara, variasi dalam delay memperkenalkan ketidakteraturan transmisi yang bermanifestasi sebagai jitter dalam percakapan yang didengar. LLQ memungkinkan paket-paket yang sensitif terhadap penundaan seperti suara untuk dikirim terlebih dahulu (sebelum paket-paket dalam antrian lain), memberikan paket-paket yang sensitif terhadap penundaan perlakuan istimewa atas lalu lintas lainnya. Meskipun dimungkinkan untuk mengklasifikasikan berbagai jenis lalu lintas real time ke antrian prioritas yang ketat, Cisco merekomendasikan bahwa hanya lalu lintas suara yang diarahkan ke antrian prioritas.