BAB 5MEKANISME QOS: MEKANISME

PENANGANAN TRAFFIK

Dr. I MADE OKA WIDYANTARA, ST, MToka.widyantara@unud.ac.id

RUANG LINGKUP MATERI

• Pendahuluan

• Klasifikasi

• Mekanisme Akses Kanal

• Mekanisme penjadwalan Paket (Packet Scheduling)

• Mekanisme Traffic Policing

PENDAHULUAN

• Mekanisme QoS dapat dikategorikan menjadi dua kelompok didasarkan pada bagaimana trafik aplikasi ditangani,

• Mekanisme penanganan trafik

• Mekanisme manajemen bandwidth

KLASIFIKASI

• Level layanan jaringan terendah adalah layanan best effort tidak menyediakan QoS seluruh trafik ditangani sama tanpa memperhati aplikasi atau host yang membangkitkan trafik.

• Banyak aplikasi yang membutuhkan/mensyaratkan QoS jaringan harus menyediakan mekanisme layanan yang selektif.

• Mekanisme klasifikasi mengenali dan memisahkan trafik aplikasi yang berbeda menjadi aliran (flow) atau mengelompokan aliran (aggregated flows atau classes).

• Maka setiap aliran atau setiap agregat aliran dapat ditangani secara selektif.

KLASIFIKASI• Mekanisme klasifikasi dapat

diimplementasikan dalam perangkat-perangkat jaringan yang berbeda (seperti end hosts, intermediate devices seperti switches, routers, access points).

• Trafik aplikasi (di end host) atau trafik yang datang dari host lain (di intermediate device) diidentifikasi dengan mekanisme klasifikasi dan dikirimkan ke layanan antrian dengan beberapa mekanisme seperti packet scheduler

• Level granularitas dari mekanisme klasifikasi dapat per-user, per-flow, atau per-class bergantung pada tipe dari layanan QoS yang diberikan.

• Contoh : layanan QoS per-Flow membutuhkan klasifikasi per-flow.

KLASIFIKASI

• Untuk mengidentifikasi dan mengklasifikasi trafik, mekanisme klasifikasi trafik membutuhkan beberapa bentuk tagging atau marking paket

• Teknik-teknik klasifikasi trafik dapat diterapkan pada end hosts atau pada intermediate hosts.

Contoh klasifikasi eksisting pada masing-masing OSI Layer

DATA LINK LAYER CLASSIFICATION

• Data link layer, atau layer 2, mengklasifikasi trafik didasarkan pada tag atau field yang terdapat pada header layer 2.

Priority Service• Contoh :

• IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802 user priority

• Header IEEE 802 memiliki field prioritas 3-bit sehingga terdapat 8 kelas prioritas.

• Sasarannya untuk mendukung layanan yang berbeda di layer 2 seperti LAN

• Mekanisme klasifikasi mengidentifkasi paket dengan menghitung field prioritas dari header IEEE 802 dan mengirimkan paket tersebut ke antrian yang tepat.

NETWORK LAYER CLASSIFICATION

• Contoh : IPTOS (Internet protocol type of service), DSCP (Internet protocol differential service code point)

• RFC 1349 mendefinisikan TOS field dalam header IPv4 3-bit precedence subfield, 4-bit TOS subfield (16 kelas layanan), final bit yang belum digunakan diset 0.

• Header IPv6 terdapat 8-bit class field layanan

TRANSPORT LAYER CLASSIFICATION

• Klasifikasi layer transport : 5-tuplet IP header (source IP, destination IP, source port, destination port, dan protocol IP).

• A 5-tuplet IP header dapat secara unik membedakan aplikasi individu atau sebuah flow. Klasifikasi menyediakan granularitas terbaik dan mendukung layanan QoS per-flow

• Aka tetapi, klasifikasi 5-tuplet IP header memiliki beberapa keterbatasan yaitu :

• Cocok untuk edge networks, tetapi tidak cocok untuk core networks (membawa trafik yang sangat besar.

• Jika traffik dilewatkan melalui firewall yang menggunakan NAT (network address translation), IP address sebenarnya (real) seperti IP address dari sumber trafik akan disembunyikan dari jaringan diluar firewall. Maka, 5-tuplet IP header yang diarahkan ke jaringan luar, firewall tidak dapat mengenali aplikasi

APPLICATION OR USER CLASSIFICATION

• Aplikasi atau user dapat dibedakan dengan menggunakan user/application identification (ID).

• ID dapat ditetapkan secara:

• Statis yaitu dengan policy atau contract

• Dinamik yaitu dengan connection signaling.

Terdapat sebuah central station entitas dalam jaringan yang bertanggung jawab membuat keputusan apakah mengijinkan sesion baru bergabung ke jaringan.

Prosedur :

• Application atau user mengirim connection request ke central station.

• Jika koneksi baru terbentuk tetapkan sebuah unique ID number.

• Paket dari aplikasi akan dikaitkan dengan ID number tersebut.

CHANNEL ACCESS MECHANISM

• COLLISION-BASED CHANNEL ACCESS• COLLISION-FREE CHANNEL ACCESS

COLLISION-BASED CHANNEL ACCESS

• Adalah metode akses kanal terdistribusi yang menyediakan mekanisme untuk mencegah dan mengatasi collisions

• Contoh : CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) adalah mekanisme akses kanal yang dikembangkan untuk Ethernet LAN.

• Karakteristik skema akses kanal berbasis collision :

• Retransmisi paket

• Probabilitas collision bergantung pada jumlah paket yang aktif

• Trafik tinggi jumlah collision dan retransmisi meningkat delay meningkat.

• Jumlah retransmisi dan retransmisi random tidak ada batasan (unbounded) delay

• Menyediakan layanan best effort --> seluruh host dalam jaringan menerima bandwidth sama dan mengalami unbounded delay yang sama.

COLLISION-BASED CHANNEL ACCESS

• Usaha peningkatan level layanan dapat dilakukan dengan:

• Over-provisioning : seluruh trafik akan menerima bandwidth lebih besar dan mengalami delay yang rendah.

• Menambahkan skema prioritas menggunakan ukuran backoff windows berbeda untuk kelas-kelas dengan prioritas berbeda, sehingga dapat disediakan layanan yang berbeda-beda.

Contoh :

• IEEE 802.11e Enhance current 802.11 MAC to expand support for applications with QoS requirement.

• IEEE 802.11 DCF (Home RF) CSMA/CA (Collision Avoidance)

COLLISION-FREE CHANNEL ACCESS

• Disetiap saat, hanya satu host yang diijinkan transmit paket ke jaringan

• Contoh mekanisme :

• Polling

• TDMA (Time Division Multiple Access).

POLLING

• Sebuah host dalam jaringan, atau perangkat jaringan spesialis seperti Access Point atau Base Station, dirancang sebagai poller, yang mengontrol semua akses ke saluran nirkabel dengan host lain didefinisikan sebagai pollees. Pollees tidak diijinkan transmit paket sebelum menerima paket poling dari poller.

• Beberapa pollees dapat menerima poll lebih sering dibandingkan dengan yang lain.

• Frekuensi polling (jumlah polls dalam sebuah perioda waktu) mecerminkan sebauh alokasi bandwitdh.

• Poller dapat mengalokasikan bandwidth secara dinamik ke pollees dengan mengatur frekuensi polling secara dinamik.

TDMA (TIME DIVISION MULTIPLE ACCESS)

• Jumlah slot waktu yang ditetapkan untuk sebuah host mencerminkan alokasi bandwidth untuk host

• Teknik membutuhkan sebuah host master untuk mengatur penetapan slot waktu untuk seluruh host dalam jaringan untuk transmit paket.

• Host master akan memberikan konfirmasi terkait paket yang ditranmsisikan ke host menggunakan meknisme signaling.

TDMA (TIME DIVISION MULTIPLE ACCESS)

• Filosofi penetapan jumlah tiem slot:

• Static time slot assignment: Setiap host menerima penetapan time slot tetap yang disediakan selama setuo koneksi.

• Dynamic time slot assignment: penetapan time slot assignment berubah secara dinamik selama masa umur dari sesion sebagai fungsi dari :

• Beban trafik

• Persyaratan QoS apliksi

• Kondisi kanal

• Skema ini lebih fleksible dama penggunaan kanal, akan tetapi overhead signaling membutuhkan komunikasi perubahan penetaoan slot ke host yang lain

PACKET SCHEDULING MECHANISMS

• Packet scheduling (Penjadwalan paket) adalah mekanisme yang memilih paket untuk transmisi dari paket yang menunggu dalam antrian transmisi.

• Packet scheduling memutuskan paket yang mana dan dari antrian yang mana, yang dijadwal kirim pada perioda waktu tertentu

• Packet scheduling mengontrol alokasi bandwidth untuk stasiun, kelas, dan aplikasi.

• Terdapat dua level mekanisme scheduling packet:

• Intrastation packet scheduling mengambil paket dari antrian dalam host yang sama.• Interstation packet scheduling: mengambil paket dari antrian dalam host yang berbeda.

PACKET SCHEDULING MECHANISMS

• Packet scheduling diimplementasikan menggunakan pendekatan hierarchical atau flat.

• Hierarchical packet scheduling: Bandwidth dialokasikan ke stations• Setiap station diperbolehkan transmit paket pada perioda waktu tertentu• Jumlah bandwidth yang ditetapkan ke masing-masing station dikontrol oleh

interstation policy dan module. • Ketika station memiliki kesempatan untuk transmit, intrastation packet scheduling

module akan menentapkan paket-paket mana yang bisa transmit

• Pendekatan ini adalah skalabel, karena interstation packet scheduling menjaga kondisi berbasis station (bukan berdasarkan koneksi atau aplikas).

• Bandwidth berbasis station dapat diterapkan dalam bentuk grup, departemen atau perusahaan) stations dapat memiliki kewenangan untuk mengatur bandwidth yang dialokasikan yang pertuntukan pada dirinya.

• Flat packet scheduling: Packet scheduling didasarkan pada seluruh antrian dari seluruh station. Setiap antrian menerima layanan secara individu dari jaringan.

FIRST IN FIRST OUT (FIFO)

• Adalah meknisme antrian yang paling sederhana. Seluruh paket dimasukan dalam antrian tunggal. Paket dijadwalkan sesuai urutan kedatangannya.

STRICT PRIORITY

• Antrian menetapkan urutan prioritas dan menjadwalkan paket berdasarkan urutan prioritas tersebut.

• Antrian prioritas rendah berpeluang mengirimkan paket hanya ketika tidak ada paket-paket menunggu dalam antrian prioritas tinggi.

WEIGHT FAIR QUEUE (WFQ)

• WFQ menjadwalkan paket-paket berdasarkan rasio bobot dari setiap antrian.

• Bobot, wi, ditetapkan untuk setiap antrian I selaras dengan policy jaringan.

• Contoh : terdapat 3 antrian A, B, C dengan bobot with weights w available bandwidth: w1, w2, w3. Antrian A, B dan C menerima ratio ketersediaan bandwidth masing-masing :w1/(w1+w2+w3), w2/(w1+w2+w3), dan w3/(w1+w2+w)

TRAFFIC POLICING MECHANISM

• Leaky Bucket

• Token Bucket

TRAFFIC POLICING MECHANISM

• Adalah mekanisme memonitor sesi traffik sehingga pada sesi tersebut tidak ada pelanggaran terhadap kontrak QoS

• Mekanisme traffic policing memastikan bahwa seluruh traffik yang lewat harus sesuai dengan parameter traffik yang telah disepakati.

• Jik terjadi pelanggaran, mekanisme traffic policing dapat menerapkan shaping traffic (membagi traffik sesuai kebutuhan)

LEAKY BUCKET

• Mekanisme leaky bucket digunakan untuk menghaluskan burstiness traffic dengan membatasi peak rate traffik dan ukuran maksimum burst

• Mekanisme leaky bucket:

• A : Rate R<r burtiness dari incoming traffik = outgoing traffik

• B : Rate R>r outgoing traffik = r (bucket rate)

• C: Rate R>r tetapi bucket penuh traffik berlebih dibuang atau dikirim sebagai layanan best effort

TOKEN BUCKET

• Mekanismenya hampir sama dengan leaky bucket, dengan penambahan mekanisme preservasi traffik burstiness

• Token bucket berukuran b bytes diisi dengan token di rate r (bytes per second). Ketika paket datang, paket ini mendapatkan token dari token bucket (asumsi token tersedia) dan paket dikirimkan ke stream traffik outgoing

• Sepanjang ada token pada token bucket, rate outgoing traffic dan polanya akan sama dengan rate dan pola traffik incoming.

• Jika token bucket kosong, packet incoming akan menunggu sampai sebuah token tersedia dalam bucket, dan selanjutnya dikirimkan

TOKEN BUCKET• (A) The incoming traffic rate is less than the token

arrival rate. In this case the outgoing traffic rate is equal to the incoming traffic rate.

• (B) The incoming traffic rate is greater than the token arrival rate. In case there are still tokens in the bucket, the outgoing traffic rate is equal to the incoming traffic rate.

• (C) If the incoming traffic rate is still greater than the token arrival rate (e.g., long traffic burst), eventually all the tokens will be exhausted. In this case the incoming traffic has to wait for the new tokens to arrive in order to be able to send out. Therefore, the outgoing traffic is limited at the token arrival rate.