Medium Access Control SubLayer

1. Medium Access Control SubLayer Computer Networks Eko Prasetyo TeknikInformatika UniversitasMuhammadiyah Gresik 2012

2. PosisiMAC dalamstack model OSI

3. Masalahalokasi channel dalamjaringan • Jaringandapatdibagimenjadiduakategori : koneksi point-to-point dan channel broadcast • Isukunciadalahbagaimanamenentukansiapa yang bolehmenggunakanchanelketikaadapersainganuntukmenggunakannya Analogisepertisituasirapat/pertemuan. • Banyakprotokol yang diusulkanuntukmenyelesaikan. • Protokoldigunakanuntukmenentukansiapa yang adadimultiaccesspadasublayer data link layer  MAC (Medium Access Control) sublayer. • MAC sublayerpentingdalam LAN, banyak yang menggunakanchanelmultiaccesssebagai basis komunikasi. WAN (sebaliknya) menggunakan link pont-to-point, kecualiuntukjaringansatelit.

4. Alokasi Channel di LAN dan MAN : Statis • Cara tradisionaluntukalokasi channel padakompetisi user adalahFrequency Division Multiplexing (FDM). • Jikaada N user, bandwidth akandibagimenjadi N bagian yang sama, setia user menggunakansatubagian. • Tidakadainterferensiantar user, • Ketikaadajumlah yang sedikitdantetap, setiap channel mempunyaimuatan (buffer) yang besarpadatrafik. • Mekanismealokasi FDM sederhanadanefisien. • Ketikajumlahpengirimbesardansecarakontinyuberubah-ubahatautrafikmembesar, FDM memberikanmasalah. • Jikaspektrumdipotongmenjadi N region danlebhkecildari N user masihmenggunakankomunikasi, sejumlahnilai yang besarpadaspektrumakanterbuang. • Jikalebihdari N user inginberkomunikasi, beberapadiantaranyaakanditolakkarenakekurangan bandwidth

5. Alokasi Channel di LAN dan MAN : Statis • Jumlah user yang disediakan (N) membagi channel tungal yang tersediasecarastatismenjadisubchanneladalahtidakefisien. • Ketikabeberapa user diammakabandwidthnyamenjadihilang, tidakdigunakan, dantidakada yang bolehmenggunakan. • Kebanyakansistemkomputerperbandingan data trafiksangatbesar (puncakdan rata-rata trafikumumnyaadalah1000:1). • Banyakchannel yang akan idle sepanjangwaktu. • Kalkulasiteoriantrian. T adalah rata-rata delay waktu, kapasitas channel C bps, lajupenyampaian (arrival rate)  frame/sec, setiap frame mempunyaipanjangdari exponential probability density function dengan rata-rata 1/µ bits/frame.Dengan parameter ini, arrival rate adalah frames/sec dan service rate adalah µC frames/sec. • Dari teoriantriandapatditunjukkanbahwa Poisson arrival danwaktulayanan (service times)

6. Alokasi Channel di LAN dan MAN : Statis • Jika C = 100 Mbps, rata-rata panjang frame, 1/µ, adalah 10,000 bits, frame arrival rate  adalah 5000 frames/sec, maka : • T = 1/(µC - ) = 1/((1/10000).100000000 - 5000) • = 1/(10000-5000) = 1/5000 = 0.0002 sec = 200 µsec. • Jikamengabaikan delay antrian (frame arrival) danmenghitungberapa lama pengiriman 10000 bit frame padajaringan 100 MBps, makadidapatkan 100 µsec. Hasil yang tidakbenar ! • Jika channel tunggaldibagimenjadi N subchannelsecaraterpisah, setiapsubchannelakanberkapasitas C/N bps. Rata-rata input rate padasetiapsubchannelakanmenjadi/N. • Jikakapasitastersebutdibagimenjadi 10 subchannelstatismakaakandidapat 10 Mbps untuktiap user dan rata-rata delay time akanberubahdari 200 µsec. menjadi 2 msec

7. Multiple Access Protocols • ALOHA • Carrier Sense Multiple Access Protocols • Collision-Free Protocols • Limited-Contention Protocols • Wavelength Division Multiple Access Protocols • Wireless LAN Protocols

8. Pure ALOHA • Idedasar : user mentransmisikankapanpun data yang akandikirim, akanterjaditabrakan, sepertipada model broadcasting, sender dapatmengetahuiapakahframenyarusakdengancaramendengarkan channel, cara yang samajugadigunakanoleh user yang lain. • Dalam LAN, feedback dapatsegeradiketahui; dengansatelitada delay sekitar 270 msecsebelum sender mengaetahuibahwatransmisiberhasil. Jika listening tidakmemungkinkan, maka acknowledge diperlukan, waktutungguharusacak • Frame dikirimdalamukuran yang sama (tetap). Efisiensipenggunaan channel sekitar 0.184 (18.4%) Sangatjelek, banyak yang terbuang

9. Slotted ALOHA • Idedasar : Berusahamenggandakankapasitassistem ALOHA murni • Membagiwaktukedalam interval diskrit, setiap interval berkaitandengansatu frame. Pendekataninimembutuhkankesepakatan user padaboundari slot. Satu kali sinkronisasidicapai, makahanyasatustasiun yang beradadisetiap interval (seperti clock) S = Probabilitastidakadatrafik lain pada slot yang sama Efisiensipenggunaan channel 0.368 (36.8%) 2 x lebihbaikdari pure ALOHA

10. Carrier Sense Multiple Access Protocols : 1-persistent CSMA • Ketika sebuah stasiun mempunyai data yang akan dikirim, dia mendengarkan channel dulu untuk mengetahui apakah ada yang sedang mentransmisikan data dalam channel. Jika channel sibuk, stasiun akan menunggu sampai kondisi idle. Ketika stasiun mendeteksi channel idle, dia akan mentransmisikan frame. Jika tabrakan terjadi, stasiun menunggu dengan waktu yang random dan memulai lagi dari awal. Jadi stasiun mentransmisikan dengan probabilitas 1 ketika mencari channel idle. • Delay propagasi mempunyai pengaruh penting pada kinerja protokol. Ada sedikit kesempatan yang dipunyai sebuah stasiun untuk mengirimkan frame, jika stasiun lain saat itu (stasiun pertama sedang mengirim) merasakan idle pada channel dan mengirimkan framenya, maka tabrakan akan terjadi. Delay propagasi yang lama akan membuat kinerja protokol ini menjadi jelek. • Protokol ini masih jauh lebih baik dibanding pure ALOHA karena kedua stasiun mempunyai keharusan untuk berhenti dari interferensi frame stasiun ketiga, dan hampir sama kinerjanya dengan slotted ALOHA.

11. Carrier Sense Multiple Access Protocols : nonpersistent CSMA • Sebelum pengiriman frame, stasiunmemeriksa kondisi channel, jika tidak ada yang sedang mengirimkan, maka dia akan memulai mengirim. • Jika channel sedang sibuk, maka akan menunggu dalam waktu yang random, kemudian mengulangi algoritmanya. • Konsekuensinya, algoritma ini akan menggunakan channel dengan lebih baik tetapi dengan delai yang lebih lama dibanding 1-persitent CSMA

12. Carrier Sense Multiple Access Protocols : p-persistent CSMA • Menerapkan slotted channel • Ketika stasiun siap mengirim, dia memeriksa channel. Jika idle, dia mentransmisikan dengan probabilitas p. Probabilitas q = 1 - p menangguhkannya sampai slot berikutnya. • Jika slot idle lagi, maka akan mentransmisikannya juga atau menanguhkan lagi, dengan probabilitas p dan q. • Proses ini diulang sampai frame-frame yang lain ditransmisikan atau stasiun lain memulai transmisi. • Jika stasiun merasakan bahwa channel sibuk, dia menunggu sampai slot berikutnya dan menerapkan algoritma diatas.

13. Comparison of the channel utilization versus load for various random access protocols

14. Collision-Free Protocols : basic bit-map • Jikasemuapihaksudahtahusiapasaja yang akanmengirimkanmakatidakakanpernahterjaditabrakan. • Setelahstasiunterakhirmengirimkan frame terakhir, semuapihakdapatmemonitor, N bit wadahakandimulailagi. • Jikasebuahstasiunsiapmengirimketikawadahbarusajalewatmakadiastasiun yang tidakberuntungkarenaharusmenungguprosesperiodewadahtersebutberakhirdandiulangikembali. • Protokolsepertiinidimanakebutuhanuntukmentransmisikanadalah broadcast sebelumtransmisiaktualdisebutreservasionprotokol • Efisiensi channel padamuatanrendah. Overhead per frame adalah N bits, danjumlah data adalah d bits, efisiensiadalah d/(N+d). • Padamuatantinggi, efisiensimenjadi d(d+1)

15. Collision-Free Protocols : Binary Countdown • Masalah dengan basic bit-map protocol adalah overhead bit 1 per stasiun, tidak dapat di skalakan untuk jaringan dengan ribuan stasiun. Lebih baik menggunakan binary station addresses. • Sebuah stasiun yang ingin menggunakan channel membroadcast alamatnya sebagai bit string biner, dimulai dengan high-order bit. Semua alamat diasumsikan mempunyai panjang yang sama. Bit setiap posisi alamat dioperasikan dengan OR. • Secara implisit mengasumsikan bahwa delay transmisi tidak penting sehingga semua stasiun dinyatakan dengan bit yang penting. • Untuk menghindari konflik, sebuah aturan diterapkan bahwa stasiun yang posisi bit high-order yang alamatnya 0 akan digantikan oleh yang lain yang alamatnya 1. • Alamat yang memenangkan kompetisi perhitungan alamat akan mengirimkan framenya, dilanjutkan pemenang berikutnya, sampai alamat dengan low-numbered station. Efisiensipenggunaan channel (d/(d+log2N)

16. Wireless LAN Protocols : MACA dan MACAW • Ide dasar MACA (Multiple Access with Collision Avoidance) : sender menstimulasi receiver kedalam keluaran frame pendek, sehingga stasiun yang berada didekatnya dapat mendeteksi transmisi ini dan mengindari pentransmisian selama durasi selanjutnya data frame besar • A memulai dengan mengirim frame RTS (Request To Send) ke B, frame pendek (30 byte) ini berisi panjang dat aframe yang akan mengikuti. Maka B membalas dengan frame CTS (Clear To Send). Frame CTS berisi panjang data (salinan frame RTS). Sejak penerimaan frame CTS, A memulai transmisi. • Sembarang stasiun yang mendengar RTS didekat A dan harus diam selama CTS ditansmisikan kembali ke A tanpa konflik. Sembarang stasiun yang mendengar CTS yang dekat dengan B harus dian selama transmisi data berikutnya, dima lamanya diketahui dengan memeriksa frame CTS. • A sending an RTS to B. • (b) B responding with a CTS to A

17. MACAW • MACAW (MACA for Wireless) memperbaiki kinerja MACA • MACA tidak menggunakan data link layer untuk acknowledgements, frame yang hilang tidak ditransmisikan ulang sampai transport layer memberitahu ketiadaannya kemudian. • MACAW memperbaiki ini dengan memperkenalkan frame ACK setelah setiap frame data yang sukses dikirimkan.

18. Multiple LAN dalam organisasi • Banyak department yang berbeda membutuhkan koneksi jaringan dalam department masing-masing. • Antar departement juga ada komunikasi yang kapasitasnya tidak sebanyak intra department. • Departemen-departemen tersebut terpisah secara geografis, • misalnya : terpisah dalam gedung yang berbeda, terpisah jarak didalam kota. • Perlu memecah jaringan secara logik sebuah LAN tunggal menjadi LAN yang terpisah untuk mengakomodasi load yang dibutuhkan, • misalnya koneksi file server untuk masing-masing departemen • LAN yang menggunakan jarak antar mesin yang melebihi jarak maksimal media fisik (misalnya Coaxial tidak lebih dari 500 m) • maka solusinya harus dipecah menjadi dua LAN dan dihubungkan dengan bridge sehingga total jarak antar mesin dapat ditingkatkan. • Menangani titik-titik tertentu jaringan yang menjadi titik kritis karena interferensi (mis : medan magnet, cuaca) yang dapat menyebabkanlemahnya sinyal yang ditransmisikan. • Memberikan pengamanan paket-paket yang berjalan lintas LAN yang dapat disusupi penyerang, • dengan isolasi LAN maka paket-paket yang ilegal dapat diblokir

19. Bridge • Bridge memberikan transparansi penuh, dapat memindahkan paket-paket dari segmen kabel yang satu ke segmen yang lain tanpa perubahan hardware, software, atau konfigurasi • Memungkinkan semua mesin dari sembarang segmen berkomunikasi dengan mesin di segmen lain tanpa memandang tipe LAN yang digunakan pada dua segmen, misalnya : IPv4, IPv6, AppleTalk, dsb. Multiple LANs connected by a backbone to handle a total load higher than the capacity of a single LAN.

20. Bridges from 802.x to 802.y Operation of a LAN bridge from 802.11 to 802.3.

21. Bridges from 802.x to 802.y (2) The IEEE 802 frame formats. The drawing is not to scale.

22. Repeaters, Hubs, Bridges, Switches, Routers and Gateways (a) Which device is in which layer. (b) Frames, packets, and headers.

23. Repeaters, Hubs, Bridges, Switches, Routers and Gateways (2) Repeater • Perangkat analog yang menggabungkan dua kabel segmen. • Sinyal yang didapatkan dari sebuah segmen akan diperkuat kemudian ditransmisikan kembali ke segmen yang lain. • Tidak dapat memahami frame, paket, header. Hanya memahami tegangan. • Ethernet klasik didesain untuk bisa menggunakan empat repeater agar panjang maksimal kabel dapat ditambah dari 500 m menjadi 2500 m. Hub • Mempunyai sejumlah line input dan menggabungkannya secara elektrik. • Frame yang tiba dari sembarang line akan dikirimkan kembali ke line yang lain. • Dua frame yang tiba pada saat yang sama akan mengalami tabrakan (seperti coaxial kabel). • Dalam semua bagian hub, tabrakan tunggal terjadi dalam domain tersebut. Semua line masuk harus beroperasi pada speed yang sama. • Hub berbeda dengan repeater karena hub (biasanya) tidak memperkuat sinyal yang masuk dan didesain untuk menghandle multiple line card dimana setiap line card dengan multiple input. • Seperti repeater, hub tidak memeriksa alamat 802 atau menggunakannya dengan cara apapun

24. Repeaters, Hubs, Bridges, Switches, Routers and Gateways (3) (a) A hub. (b) A bridge. (c) a switch.

25. Repeaters, Hubs, Bridges, Switches, Routers and Gateways (4) Bridge • Menghubungkan dua atau lebih LAN. • Ketika frame tiba, software dalam bridge mengekstrak alamat tujuan dari header frame dan mencari dalam tabel untuk melihat kearah mana frame akan dikirim. • Untuk Ethernet, alamatnya 48 bit. • Seperti hub, bridge modern mempunyai line card, biasanya empat atau delapan line input. Line card digunakan untuk membedakan type jaringan dan perbedaan kecepatan. • Setiap line mempunyai domain tabrakan dalam linenya sendiri.

26. Repeaters, Hubs, Bridges, Switches, Routers and Gateways (5) Switch • Mirip dengan bridge dalam fungsi pengalihan alamat frame. Banyak yang menganggap sama. • Perbedaan utama adalah bahwa switch digunakan untuk menghubungkan komputer individu. • Jika A (gambar B) mengirim frame ke B, jika bridge mendapati aket tersebut, dia akan mengabaikannya (karena dalam satu segmen LAN), switch (gambar C) akan menforward frame dari A ke B. • Karenanya setiap port switch berhubungan dengan sebuah komputer tunggal, switc harus mempunyai space untuk line card yang lain untuk melakukan bridge agar bisa terhubungan menjadi LAN. • Setiap line card mempunyai buffer space sendiri untuk frame yang tiba di port itu. • Tabrakan yang terjadi hanya dalam domain port itu sendiri. • Switch tidak pernah kehilangan frame saat tabrakan. Jika frame datang terlalu cepat dari pada pentramisiannya, dia dapat run out of buffer space yang harus membuang frame berikutnya yang datang. • Tidak store and forward.

27. Repeaters, Hubs, Bridges, Switches, Routers and Gateways (6) Router • Ketika paket datang kedalam router, frame header dan trailer dilepaskan dan paket yang ditempatkan di dalam field payload frame dimasukkan ke software routing. • Software ini menggunakan header paket untuk memilih line output. • Untuk IP paket, header paket akan berisi alamat 32 bit (IPv4) atau 128 bit (IPv6), bukan 48 bit alamat 802. • Software routing tidak meihat alamat frame dan tidak peduli paket tersebut datangnya dari mana dalam LAN atau poin-to-point. Gateway • Menghubungkan dua komputer yang menggunakan protokol transport connection-oriented yang berbeda. • Misalnya andaikan sebuah komputer menggunakan protokol connection-oriented TCP/IP ingin berhubungan ke komputer yang menggunakan protokol transport connection-oriented ATM. • Transport gateway bissa menyalin paket dari satu koneksi ke koneksi yang lain, menformatnya kembali seperti yang dibutuhkan.

28. ANY QUESTIONS ?