Computer Networks: An Open Source Approach

CHAPTER 1 : FUNDAMENTAL

Jaringan Komputer adalah seperangkat ilmu yang mengghubungkan antara sistem operasi dengan perangkat lunak. Sejak muncul pertama kali yang diberi nama ARPANET (Advanced Research Project Agency Network, yang kemudian berganti nama menjadi Internet) didirikan pada tahun 1969, teknologi switching packet store dan forward membentuk arsitektur Internet, yang merupakan solusi untuk memenuhi persyaratan dan prinsip - prinsip dasar komunikasi data Solusi ini digabungkan dengan protokol TCP / IP suite di 1983 dan terus berkembang sampai dengan sekarang. 

Ada banyak implementasi solusi Internet pada segala macam sistem komputer atau perangkat. Diantaranya, open-source implementations share semangat terbuka dan bottom-up yang sama dengan arsitektur Internet, menawarkan kepada publik akses praktis ke kode sumber perangkat lunak. Dalam pendekatan bottom-up, beberapa memberikan desain atau implementasinya sambil mencari dukungan dan konsensus dari komunitas pengembang, berbeda dengan pendekatan top-down yang didorong oleh otoritas. Menjadi open source dan tersedia secara gratis, implementasi ini berfungsi sebagai contoh yang baik tentang bagaimana berbagai mekanisme jaringan bekerja dalam rincian yang spesifik.

1.1 SYARAT - SYARAT JARINGAN KOMPUTER

Kumpulan persyaratan untuk jaringan komputer dapat diterjemahkan ke dalam satu set Tujuan yang harus dipenuhi saat merancang, mengimplementasikan, dan mengoperasikan  jaringan komputer. 

Tiga persyaratan untuk komunikasi data dan isu-isu yang relevan : 

(1) konektivitas: siapa dan bagaimana cara menyambungkan,

(2) skalabilitas: berapa banyak untuk terhubung, dan 

(3) berbagi sumber daya: bagaimana memanfaatkannya konektivitas.

1.1.1 Konektivitas: Node, Link, Path

Berbagai media dan perangkat dapat digunakan untuk membangun konektivitas antar node, dengan perangkat menjadi hub, switch, router, atau gateway dan media kabel atau nirkabel. 

Node: Host atau Intermediary 

Sebuah Node dalam jaringan komputer bisa berupa komputer host atau perantara. Perangkat interkoneksi yang pertama adalah komputer titik akhir yang menampung pengguna dan aplikasi, sementara yang kedua berfungsi sebagai titik peralihan dengan lebih dari satu link interface untuk interkoneksi komputer host atau perantara lainnya. Hub, switch, router, dan gateway adalah contoh perantara yang umum.

Tidak seperti host yang berbasis komputer, Intermediary  mungkin dilengkapi khusus dirancang CPU-off loading hardware untuk meningkatkan kecepatan pemrosesan atau untuk mengurangi perangkat keras dan biaya pemrosesan Seiring kecepatan pemasangan, memerlukan CPU yang lebih cepat atau perangkat keras khusus, misalnya aplikasi spesifik sirkuit terpadu (ASIC), untuk melepaskan CPU. 

Link: Point-to-Point atau Broadcast

perbedaan utamanya adalah bahwa node yang terhubung ke link broadcast perlu memperjuangkan hak untuk mentransmisikan. Node yang berkomunikasi melalui link point to point biasanya mentransmisikan sesuai keinginan jika itu adalah link full - duplex; bergiliran untuk mengirim jika itu adalah link half-duplex; atau memanfaatkan dua link untuk mentransmisikan, satu untuk setiap arah, jika iu adalah link simpleks. 

Tampilan fisik dari sebuah link dapat dihubungkan dengan kabel atau nirkabel, baik itu point-to-point atau broadcast. Biasanya link di jaringan area lokal (LAN), kabel atau nirkabel, termasuk jenis siaran, sedangkan link di jaringan area luas (WAN) bersifat point to point. Ini karena beberapa metode akses yang digunakan dalam link broadcast biasanya lebih efisien dalam jarak pendek. Namun, pengecualian memang ada. Misalnya, sistem ALOHA berbasis satelit menggunakan tautan tipe siaran untuk WAN. Ethernet, yang awalnya dirancang sebagai link broadcast untuk LAN, telah berkembang menjadi point-to-point di LAN dan WAN. 

Wired or Wireless 

Untuk sambungan kabel, media umum termasuk twisted pair, kabel coaxial, dan fiber optics. Sebuah twisted pair memiliki dua garis tembaga yang disatukan untuk kekebalan yang lebih baik terhadap kebisingan; Mereka banyak digunakan sebagai jalur akses di sistem telepon biasa (POTS) dan LAN seperti Ethernet. Pasangan Kategori-5 (Cat-5) twisted pair, dengan ukuran yang lebih tebal daripada kabel twisted pair untuk kabel POTS di rumah, dapat membawa 10 Mbps dalam jarak beberapa kilometer sampai 1 Gbps atau lebih tinggi dari 100 meter atau lebih. Kabel koaksial memisahkan garis tembaga yang lebih tebal dari kawat tembaga nested yang lebih tipis dengan perisai plastik, dan cocok untuk transmisi jarak jauh seperti distribusi TV kabel lebih dari 100 saluran TV 6 MHz untuk area seluas 40 km. Melalui modem kabel, beberapa saluran masing-masing dapat didigitalkan dengan kecepatan 30 Mbps untuk layanan data, suara, atau video. Serat optik memiliki kapasitas besar dan bisa membawa sinyal jarak jauh lebih jauh. Kabel serat optik sebagian besar digunakan untuk jaringan tulang punggung (Gbps sampai Tbps) dan terkadang untuk jaringan lokal (100 Mbps sampai 10 Gbps).

Path: Routed or Switched

Setiap upaya untuk menghubungkan dua node yang jauh, pertama yang harus dilakukan adalah menemukan router nya, adanya rangkaian link dan  Intermediary  atau perantara. 

Evolusi Sejarah: ATM pudar

ATM pernah menjadi teknologi switching tulang punggung yang dianggap penting untuk komunikasi data. Berbeda dengan arsitektur Internet, ATM mengadopsi konsep perpindahan stateful dari POTS: Switchnya menyimpan informasi keadaan yang berorientasi pada koneksi untuk memutuskan bagaimana koneksi harus diaktifkan. Karena ATM masuk di awal 1990-an, ia harus menemukan cara untuk hidup berdampingan dengan arsitektur Internet, yang paling banyak teknologi jaringan saat itu. Namun, mengintegrasikan switching connectionoriented dengan teknologi routing tanpa koneksi menciptakan banyak overhead. Integrasi keduanya bisa berbentuk internetworking domain ATM dengan domain internet, atau hibrida berlapis yang menggunakan ATM untuk membawa paket internet. Keduanya membutuhkan koneksi ATM atau membangun yang ada namun kemudian merobek koneksi ATM baru setelah mengirimkan hanya beberapa paket. Selain itu, pendekatan hibrida berlapis secara brutal merusak sifat arsitektur Internet tanpa kewarganegaraan. Dengan cepat atau lambat, ATM dimaksudkan untuk pergi.

 1.1.2 Scalability: Number of Nodes 

Karena apa yang bisa bekerja pada kelompok kecil tidak harus bekerja pada kelompok besar, kita membutuhkan metode terukur untuk mencapai konektivitas. Dengan demikian, jaringan komputer, dari sisi skalabilitas, harus menawarkan "platform terukur kepada jumlah besar node sehingga masing-masing node tahu bagaimana cara mencapai simpul lainnya. "

Hierarchy of Nodes

Salah satu cara mudah untuk menghubungkan sejumlah besar simpul besar adalah dengan mengaturnya kedalam banyak, masing - masing terdiri dari sejumlah kecil simpul.  Dimana pengemlompokan terdiri dari SuperSupergroup, SuperGroup dan Group.

mengilustrasikan bagaimana 4 miliar node dapat diorganisasikan dan dihubungkan ke hierarki tiga tingkat sederhana, dengan 256 cabang di tingkat bawah dan menengah dan 65.536 cabang di tingkat atas. Seperti yang akan kita lihat di Bagian 1.3, Internet menggunakan metode pengelompokan yang serupa dimana grup dan supergroup disebut subnet dan domain.

LAN, MAN, WAN

Jaringan Area Metropolitan (Metropolitan Area Network) adalah jaringan yang menghubungkan dua atau lebih komputer, mengkomunikasikan perangkat atau jaringan dalam satu jaringan yang memiliki wilayah geografis lebih besar daripada yang dilapisi oleh 'Local Area Network' yang besar namun lebih kecil dari wilayah yang dicakup oleh 'Wide Area Network .

1.1.3 Resource Sharing 

dapat didefiniskan jaringan komputer dari segi pembagian sumber daya adalah " platform bersama dimana kapsitas node dan tautan digunakan untuk mentransfer pesan komunikasi antar node".

Packet Switching vs. Circuit Switching

POTS latihan circuit switching, sedangkan internet dan ATM latihan packet switching. Jalur ATM "diaktifkan" sementara jalur Internet "diarahkan". Dengan demikian mungkin membingungkan pembaca bahwa Internet telah "mengarahkan" jalur di jaringan "switching" paket. Sayangnya, komunitas ini tidak membedakan teknologi jaringan ini dengan namanya. Tepatnya, Internet menjalankan routing paket sementara ATM dan POTS menjalankan packet switching dan circuit switching. Dalam beberapa hal, ATM meniru rangkaian switching dengan pengaturan koneksi untuk mendapatkan kualitas komunikasi yang lebih baik.

Packetization

Untuk mengirim pesan, beberapa informasi header harus dilampirkan pada pesan untuk membentuk sebuah paket sehingga jaringan tahu cara menanganinya. Pesan itu sendiri disebut muatan paket. Informasi header biasanya berisi sumber dan alamat tujuan dan banyak bidang lainnya untuk mengontrol proses pengiriman paket. Tapi seberapa besar paket dan payload bisa? Itu tergantung pada teknologi link yang mendasarinya. Seperti yang akan kita lihat di Bagian 2.4, sebuah link memiliki batas pada panjang paket, yang dapat menyebabkan node pengiriman memecah pesan menjadi potongan-potongan yang lebih kecil dan melampirkan header ke setiap bagian untuk transmisi melalui tautan, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 1.2. Header paket akan memberi tahu node intermediate dan node tujuan bagaimana cara mengirimkan dan bagaimana memasang kembali paket. Dengan header, setiap paket bisa diproses baik secara independen maupun semi independen saat melintasi jaringan. 

 Queuing 

 Prinsip dalam Tindakan: Datacom vs Telecom

Inilah tempat yang baik untuk menekankan kembali perbedaan utama antara datacom, yaitu komunikasi data atau jaringan komputer, dan telekomunikasi, yaitu telekomunikasi untuk menyelesaikan diskusi kita mengenai persyaratan jaringan komputer. Di antara konektivitas, skalabilitas, dan pembagian sumber daya, keduanya tidak berbeda satu sama lain dalam skalabilitas, namun perbedaan utamanya terletak pada jenis konektivitas yang mereka gunakan dan cara mereka berbagi sumber daya. Telekomunikasi tradisional hanya menetapkan satu jenis konektivitas antara dua pihak komunikasi, mendukung satu aplikasi tunggal (telephony). Di sisi lain, ada spektrum aplikasi yang luas di datacom, yang menuntut berbagai jenis konektivitas. Konektivitas dapat diatur antara dua klien (misalnya teleponi), antara klien dan proses server (misalnya download file atau streaming), antara dua proses server (misalnya, relay mail atau update konten), atau bahkan di antara sekelompok individu atau proses. Setiap aplikasi mungkin memiliki profil lalu lintas yang unik, meledak atau terus menerus. Tidak seperti lalu lintas telekomunikasi yang homogen dan biasanya terus menerus, yang dibawa oleh teknologi circuit-switching pada efisiensi tinggi, lalu lintas datacom memerlukan packet switching untuk memanfaatkan pembagian sumber daya. Namun, dibandingkan dengan rangkaian penyangga buffer-less dimana probabilitas call-blocking atau call-dropping adalah satu-satunya perhatian utama, packet switching memperkenalkan isu kinerja yang lebih kompleks. Seperti yang akan kita lihat di bagian selanjutnya, datacom perlu mengendalikan buffer overflow atau loss, throughput, latency, dan latency variation.

 1.2 UNDERLYING PRINCIPLES

1.2.1 Performance Measures 

Hasil kinerja suatu sistem datang baik dari simulasi matematis atau simulasi sistem sebelum sistem nyata diimplementasikan, atau dari percobaan pada test bed setelah sistem telah diimplementasikan.

Bagaimana sistem melakukan, seperti yang dirasakan oleh pengguna, bergantung pada tiga hal:

(1) kapasitas perangkat keras sistem, 

(2) beban yang ditawarkan atau masukan lalu lintas ke sistem ini, dan

(3) mekanisme internal atau algoritma yang dibangun ke dalam sistem ini untuk menangani

      beban yang ditawarkan

Bandwidth, Offered Load, and Throughput 

istilah "bandwidth" berasal dari studi radiasi elektromagnetik dan awalnya mengacu pada lebar pita frekuensi yang digunakan untuk membawa data. Namun, di jaringan komputer istilah biasanya digunakan untuk menggambarkan jumlah maksimum data yang bisa ditangani oleh sebuah sistem.

 Latency: Node, Link, Path 

Selain throughput, latency adalah ukuran kunci lain yang harus diketahui. Antrian teori, yang pertama kali dikembangkan oleh Agner Krarup Erlang pada tahun 1909 dan 1917, memberi tahu kita jika kedua waktu pengiriman paket antar waktu dan waktu layanan paket didistribusikan secara eksponensial dan yang pertama lebih besar dari yang terakhir, ditambah ukuran buffer yang tak terbatas, latensi rata-rata adalah kebalikan dari perbedaan antara bandwidth dan beban yang ditawarkan, yaitu,

T = 1/( m − l),

Dimana m adalah bandwidth, saya ditawari beban, dan T adalah latensi rata-rata. Padahal pada kenyataannya distribusi eksponensial tidak berlaku untuk lalu lintas jaringan yang nyata, persamaan ini memberi kita hubungan dasar antara bandwidth, beban yang ditawarkan, dan latency. Dari persamaan, latency akan dibagi dua jika kedua bandwidth dan beban yang ditawarkan dua kali lipat, yang berarti sistem yang lebih besar biasanya memiliki latency lebih rendah. Dengan kata lain, sumber daya tidak boleh dibagi menjadi beberapa bagian kecil, dari sudut pandang latency. Sekali lagi, jika sistem dibagi menjadi dua sistem yang sama kecilnya untuk menangani beban penawaran yang dibagi rata, latency untuk kedua sistem yang lebih kecil akan berlipat ganda.

Jitter or Latency Variation 

beberapa aplikasi dalam data, packet voice, misalnya tidak hanya membutuhkan latency kecil tapi juga konsistekomunikasi n.

Loss 

Ukuran kinerja yang terakhir namun tidak sedikit adalah probabilitas packet loss. adalah dua alasan utama untuk packet loss: kemacetan dan kesalahan.

1.2.2 Operations at Control Plane   

Control Plane vs. Data Plane 

Mengoperasikan jaringan packet-switching melibatkan penanganan dua jenis paket: kontrol dan data Paket kontrol membawa pesan yang dimaksudkan untuk mengarahkan simpul tentang cara mentransfer paket data, sementara paket data menyertakan pesan yang benar-benar ingin mentransfer pengguna atau aplikasi. Himpunan operasi untuk menangani paket kontrol disebut bidang kontrol, sedangkan yang satu untuk paket data disebut  data plane. 

Routing 

didefinikan sebagai mencari tempat untuk mengirim paket dan forwatting. Routing juga menghitung rute dan menyimpannya dalam tabel yang dicari saat meneruskan paket. Routing biasanya dilakukan di latar belakang secara berkala, sehingga untuk menjaga dan memperbarui tabel forwarding. 

 1.2.3 Operations at Data Plane 

 Berbeda dengan operasi pada bidang kontrol, yang mungkin hanya berlaku untuk paket kontrol dalam skala waktu ratusan milidetik hingga puluhan detik, hal-hal di bidang data berlaku untuk semua paket dan dilanjutkan dalam mikrodetik atau kurang.

 Classification 

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, banyak layanan memerlukan operasi klasifikasi paket, proses pencocokan yang membutuhkan satu atau beberapa bidang dalam header paket agar sesuai dengan seperangkat aturan

Deep Packet Inspection 

Proses muatan pencocokan paket masuk disebut Deep Packet Inspection. 

Error Control  

Pertanyaan pertama menyangkut bagaimana penerima paket mendeteksi kesalahan dan menangani kesalahannya Dua pendekatan ada: Penerima dapat mendeteksi kesalahan dengan bit tambahan berlebihan dan memberitahukan pengirim untuk mentransmisikan kembali, atau mungkin mendeteksi dan memperbaiki kesalahan secara langsung jika bit berlebihan berlebihan dapat menunjukkan bit yang tepat yang salah. Pendekatan yang terakhir akan membutuhkan bit yang lebih berlebihan, dan karenanya menghasilkan overhead yang lebih tinggi. Baik untuk melakukan koreksi kesalahan tergantung pada jenis lalu lintas yang dibawa. Untuk lalu lintas realtime, memberi tahu pengirim untuk mentransmisikan ulang bukanlah pendekatan yang menarik. Hal ini kemudian layak untuk hanya menjatuhkan paket dalam kesalahan tanpa tindakan lebih lanjut jika aplikasi dapat mentolerir persentase kecil dari kerugian; Jika tidak, koreksi kesalahan harus dilakukan.

 Traffic Control 

Operasi per paket lainnya di bidang data mengatur proses pemompaan dari aliran paket Memompa paket terlalu cepat mungkin meluap di antara router atau node tujuan, menghasilkan banyak transmisi ulang yang mengintensifkan kemacetan. Memompa terlalu lambat mungkin melemahkan buffer mereka, menyebabkan rendah pemanfaatan sumber daya bandwidth Kontrol lalu lintas adalah istilah generik untuk apapun mekanisme untuk menghindari atau mengatasi kemacetan, tapi kemacetan itu sendiri bisa terjadi cukup rumit Ini bisa menjadi end-to-end (antara sumber dan tujuan di jalan), hop-by-hop (antara pengirim dan penerima di link), atau hot spot (bottleneck node atau link) fenomena. 

 Quality of Service

1.2.4 Interoperability  

Standard vs. Implementation-Dependent

Ada dua cara yang mungkin untuk berbagai perangkat untuk berbicara satu sama lain. Salah satunya adalah membeli semua perangkat dari hanya satu vendor. Yang lainnya adalah mendefinisikan protokol standar di antara perangkat sehingga selama vendor mengikuti protokol ini, kita dapat mengoperasikan perangkat yang dioperasikan dari vendor yang berbeda. Interoperabilitas semacam ini adalah suatu keharusan, terutama bila kita tidak ingin terikat dengan vendor tertentu setelah kita membeli perangkat batch pertama dari mereka. Di sisi lain, vendor yang mendominasi pasar mungkin ingin menerapkan beberapa protokol proprietary, yang didefinisikan oleh vendor sendiri dan bukan organisasi standar, ke dalam perangkat mereka untuk mengikat pelanggan mereka . Untuk proses penanganan paket, beberapa bagian perlu dilakukan standar sementara sisanya mungkin ditinggalkan oleh vendor untuk diputuskan. Bagian yang perlu standardisasi adalah yang mempengaruhi interoperabilitas perangkat dari yang berbeda vendor . Format pesan protokol tentu perlu distandarisasi. Namun, banyak mekanisme internal (misalnya, struktur data tabel dan pencariannya

dan update algoritma) yang tidak mempengaruhi interoperabilitas dengan perangkat lain tersebut

implementasi-dependent (vendor-specific), dan sering kali vendor ini spesifik desain yang membuat perbedaan dalam kinerja yang dihasilkan. Poin ini menunjuk dimana desain standar dan implementasi tergantung dapat berperan.

Standard Protocols and Algorithms

Protokol kontrol menempatkan data kontrol di header pesan protokol untuk pengoperasian kontrol panel . Di sisi lain, protokol data memasukkan semua jenis data, data pengguna atau data kontrol, dalam muatan pesan protokol mereka. Informasi header mereka hanya menceritakan bagaimana paket harus diteruskan. Selain sintaks dan semantik pesan protokol, beberapa algoritma pada kontrol dan bidang data harus distandarisasi juga. Misalnya, perutean Algoritma pada bidang kontrol harus disepakati oleh semua router yang berpartisipasi jika mereka harus mencapai pandangan yang konsisten tentang jalan terpendek.

Implementation-Dependent Design

Tidak seperti spesifikasi protokol, ada banyak fleksibilitas dalam implementasi protokol. Tidak setiap bagian dari algoritma di kontrol dan bidang data perlu distandarisasi. Sebagai contoh, mewujudkan algoritma routing, misalnya, Dijkstra's, memerlukan struktur data untuk menyimpan topologi jaringan dan algoritma pada struktur data tersebut untuk menemukan jalur terpendek ke semua tujuan, namun penerapannya tidak perlu distandarisasi. Seseorang mungkin merancang metode yang lebih efisien untuk dihitung daripada yang tercantum dalam buku teks. Contoh lainnya adalah algoritma lookup tabel dalam packet forwarding. Selalu merupakan tantangan yang menarik untuk merancang struktur data untuk menyimpan sejumlah besar entri dan merancang algoritma pencarian dan pembaruan sehingga mereka dapat mengalahkan desain arus terbaik dalam hal kecepatan dan ukuran.

Layered Protocols

Sebenarnya, masalah interoperabilitas tidak hanya terjadi di antara dua sistem tetapi juga antara dua protokol. Satu protokol tunggal tidak cukup untuk menggerakkan sebuah sistem. Sebenarnya, ini adalah tumpukan protokol yang menggerakkan keseluruhan sistem. Tumpukan protokol terdiri dari seperangkat protokol berlapis, di mana setiap lapisan mencakup sebagian mekanisme komunikasi data dan memberikan layanan ke lapisan atas. Ini adalah evolusi alami untuk membuat sistem kompleks menjadi entitas modular, yaitu protokol berlapis di sini, sehingga lapisan bawah menyembunyikan detail dari dan memberikan layanan ke lapisan atas mereka.

1.3 THE INTERNET ARCHITECTURE

Mengingat kendala utama packet switching, Internet memiliki solusinya mencapai tiga persyaratan komunikasi data, yaitu konektivitas, skalabilitas, dan pembagian sumber daya. Meski begitu, ada lagi arsitektur komunikasi data lainnya, seperti Asynchronous Transfer yang pudar.

1.3.1 Solutions to Connectivity

tiga keputusan yang dapat diambil : 

(1) konektivitas yang dialihkan atau dialihkan, 

(2) mekanisme end-to-end atau hop-byhop untuk menjaga kebenaran (pengiriman paket yang andal dan teratur) dari konektivitas ini, dan 

(3) bagaimana mengatur tugas dalam membangun dan memelihara konektivitas ini. 

Untuk Internet, diputuskan untuk merutekan konektivitas ini, mempertahankan kebenarannya pada tingkat end-to-end, dan mengatur tugas menjadi empat lapisan protokol.

Routing: Stateless and Connectionless

Perutean di Internet mengambil alamat tujuan lengkap dari sebuah paket yang cocok digunakan untuk entri dalam tabel penerusan (kadang disebut tabel routing), yang membutuhkan proses pencocokan untuk melintasi struktur data yang besar dan karenanya memerlukan beberapa akses memori dan instruksi yang sesuai.

The End-to-End Argument

Untuk menyediakan pengiriman paket yang andal dan teratur dari sumber ke tujuan, kesalahan dan kontrol lalu lintas harus dilakukan secara hop-by-hop atau end-to-end dasar. Mekanisme end-to-end masih berfungsi sebagai penjaga utama untuk menjamin kebenaran konektivitas.

The Four-Layer Protocol Stack

Abstraksi dalam perancangan sistem komunikasi data yang kompleks menyebabkan layered protokol dimana lapisan bawah menyembunyikan detail dari lapisan atas. Tapi berapa banyak Lapisan dibutuhkan dan apa tepatnya yang harus dimasukkan ke dalam setiap lapisan? Arsitektur Internet empat lapis kadang disebut arsitektur TCP / IP setelah dua protokol penting, yang mewakili dua lapisan. Lapisan paling bawah adalah lapisan link, yang mungkin terdiri dari banyak protokol untuk berbagai link. Protokol lapisan link bergantung pada perangkat keras dan diimplementasikan oleh kombinasi perangkat keras (kartu adaptor) dan perangkat lunak (adaptor sopir).

1.3.2 Solutions to Scalability

Bagaimana mengelompokkan sejumlah besar simpul menentukan seberapa terukur suatu sistem. Mengatasi simpul ini adalah isu utama. Tapi bagaimana kita menangani dan mengatur simpul ini? Agar Internet bisa mencapai empat miliar host sebagai tujuan disain, tiga masalah desain mendasar harus dijawab: (1) berapa tingkat hirarki, (2) berapa banyak entitas di setiap hierarki, dan (3) bagaimana mengelola hirarki ini. Jika pengelompokan simpul hanya memiliki satu tingkat dan ukuran kelompok adalah 256, jumlah kelompok akan menjadi 16.777.216, yang terlalu besar untuk interkoneksi.

Subnet

Internet menggunakan subnet untuk menunjukkan simpul dalam jaringan fisik dengan bersebelahan blok alamat Jaringan fisik terdiri dari sebuah link, baik point-to-point atau broadcast, dan simpul yang melekat padanya. Sebuah subnet pada link broadcast membentuk LAN, yaitu sebuah domain broadcast Artinya, paket yang dituju untuk host di LAN bisa ditransmisikan oleh host atau router di LAN ini dan diterima oleh host yang ditakdirkan dalam satu hop secara otomatis. Namun, paket yang dikirim antara subnet atau LAN membutuhkan hop-by-hop diteruskan oleh router. Subnet pada link point-to-point biasanya membentuk link WAN antara dua router.

Autonomous System (AS)

Otonom Sistem (AS, kadang disebut domain) terdiri dari subnet dan interkoneksi . Sebuah router di dalam AS tahu segalanya router intra-AS dan subnet di AS, ditambah satu atau beberapa router antar-AS di Indonesia biaya routing antara AS. Sebuah paket yang ditujukan ke host di AS yang sama akan terjadi diteruskan oleh router intra-AS. Hal menjadi lebih rumit jika sebuah paket ditakdirkan ke host di AS yang lain. Ini akan pertama diteruskan oleh beberapa router intra-AS menjadi satu dari router antar AS dari AS setempat, kemudian diteruskan oleh router antar AS ke tujuan AS, dan akhirnya diteruskan oleh router intra-AS dari tujuan host itu . Dengan subnet dan AS, baik intra-AS atau antar AS forwarding paket dapat dilakukan keluar dengan cara yang terukur tanpa terlalu banyak beban pada router intra-AS dan antar-AS. Jika jumlah rata-rata subnet dalam AS adalah 50, jumlah ASs akan menjadi 20.000, yang merupakan nomor terjangkau untuk router antar-AS untuk ditangani.

1.3.3 Solutions to Resource Sharing

Menentukan cara berbagi sumber daya:

(1) apakah akan membedakan perlakuan lalu lintas dari aplikasi yang berbeda,

(2) kebijakan berbagi sumber daya apa, dan

(3) di mana letakkan mekanisme kontrol lalu lintas untuk memberlakukan kebijakan tersebut

Common Best-Effort Service: IP

Aplikasi dapat dikategorikan menjadi setidaknya tiga jenis: interaktif, file transfer, dan real-time.

End-to-End Congestion Control and Error Recovery: TCP

TCP adalah protokol end-to-end yang mengatur bit paket yang beredar dari sebuah sumber sehingga semua arus bisa berbagi sumber daya secara adil.

1.3.4 Control-Plane and Data-Plane Operations

Dengan keputusan dalam menyelesaikan konektivitas, skalabilitas, dan pembagian sumber daya, masih banyak rincian yang harus dikerjakan agar Internet dapat beroperasi seperti yang diharapkan. Mereka termasuk routing dan error reporting pada control plane, forwarding, error control, dan traffic control pada data plane.

Control-Plane Operations

Pilihan yang dibuat dapat diringkas sebagai berikut: precomputed in background, hop-by-hop, per-destination-prefix (subnet atau AS) granularity, informasi jaringan sebagian atau global untuk routing intra-AS, informasi keadaan jaringan parsial untuk routing antar-AS, dan kebanyakan jalur terpendek tunggal.

Data-Plane Operations

Tujuan pengendalian lalu lintas adalah untuk menghindari dan mengatasi kemacetan, serta untuk cukup berbagi sumber daya bandwidth.

1.4 OPEN SOURCE IMPLEMENTATIONS

Implementasi open source arsitektur Internet mendorong semangat keterbukaan yang jauh lebih baik.

1.4.1 Open vs. Closed

Vendors: System, IC, Hardware, and Software

Untuk host atau sebuah Router, sebuah sistem terdiri dari perangkat lunak, perangkat keras, dan komponen IC. Di host, Arsitektur internet sebagian besar diimplementasikan dalam perangkat lunak dan sebagian di IC. Antara protokol, TCP, UDP, dan IP diimplementasikan dalam sistem operasi, sementara protokol aplikasi dan protokol link diimplementasikan dalam program aplikasi dan IC pada kartu antarmuka.

From Proprietary, Third-Party, to Open Source

Ada tiga cara untuk mengimplementasikan arsitektur internet menjadi sistem yang ada baik dalam host atau router. Mereka (1) milik tertutup, (2) pihak ketiga ditutup, dan (3) open source Vendor

Openness: Interface or Implementation?

Arsitektur internet adalah sebuah antarmuka yang terbuka, sementara Linux merupakan implementasi yang terbuka dari antarmuka terbuka ini sebenarnya, , salah satu kriteria protokol untuk menjadi bagian dari Arsitektur internet adalah menjalankan kode yang stabil dan tersedia secara terbuka. Disini buka interface dan buka implementasinya terus berjalan.

1.4.2 Software Architecture in Linux Systems

The Process Model

Seperti sistem operasi UNIX lainnya atau sistem operasi modern lainnya, sistem Linux memiliki pengguna ruang dan program ruang kernel. Program ruang kernel memberikan layanan kepada pengguna program luar angkasa Sebuah proses adalah inkarnasi dari ruang pengguna atau program ruang kernel yang bisa dijadwalkan berjalan di atas CPU. Proses ruang kernel berada di kernel ruang memori untuk mengelola operasi sistem sehingga bisa memberikan layanan proses ruang pengguna, meski mereka tidak memberikan layanan secara langsung. Proses ruang pengguna berada di ruang memori pengguna dan bisa berjalan di latar depan sebagai aplikasi klien atau latar belakang sebagai server aplikasi. Di dalam ruang kernel, ada beberapa program, yang disebut device driver, untuk menjalankan beberapa operasi I / O pada perangkat perangkat. Driver adalah perangkat keras yang bergantung dan harus sadar akan perangkat keras periferal untuk mengendalikannya Bila proses ruang pengguna memerlukan layanan khusus (mis., Mengirim atau menerima sebuah paket) dari program ruang kernel

Where to Implement What?

Semua protokol aplikasi diimplementasikan ke dalam klien ruang pengguna dan server, sementara TCP, UDP, dan IP diimplementasikan ke dalam kernel Linux berbagai lapisan link yang bergantung pada perangkat keras diimplementasikan sebagai driver dan perangkat keras.

Inside a Router and a Host

Perbedaan yang jelas antara a host dan router adalah bahwa tidak ada packet forwarding di host, dan karena itu dibutuhkan hanya satu link interface atau kartu adapter.

1.4.3 Linux Kernel

komponen kunci di dalam kernel Linux. Ada lima komponen utama: manajemen proses, manajemen memori, sistem file, perangkat kontrol, dan jaringan.  Setiap komponen memiliki dua lapisan: hardware-independent dan hardware-dependent. Bagian yang bergantung pada perangkat keras sebenarnya adalah driver untuk disk, konsol, dan adaptor kartu, atau kode yang bergantung pada arsitektur CPU dan manajer memori virtual berbagai arsitektur CPU

1.4.4 Clients and Daemon Servers

Penggunaan system client servers biasanya digunakan pada system warnet atau dalam suatu pendidikan, dimana satu computer sebagai servers yang mengawasi beberapa server.

1.4.5 Interface Drivers

Driver perangkat adalah seperangkat fungsi yang terhubung secara dinamis yang disebut oleh kernel. Perangkat menghasilkan interupsi perangkat keras saat telah menyelesaikan operasi I / O atau mendeteksi suatu kejadian yang perlu ditangani. Interupsi ini harus ditangani oleh driver yang mengerti perangkat ini, tapi semua interupsi pertama kali ditangani oleh inti.

1.4.6 Device Controllers

di dalam perangkat ada device controller, yang biasanya merupakan chip sirkuit terpadu (IC) yang bertanggung jawab untuk berkomunikasi dengan drivernya Pengontrol menyediakan satu set register untuk driver membaca dan menulis. Dengan menulis atau membaca register ini, driver dapat mengeluarkan perintah atau membaca status dari perangkat selain itu, berdasarkan jenis arsitektur CPU, ada dua metode yang berbeda untuk mengakses register ini. Beberapa CPU menyediakan satu set I / O khusus perintah, misalnya, masuk dan keluar, agar driver bisa berbicara dengan perangkat sementara ada cadangan berbagai alamat memori bagi driver untuk mengeluarkan perintah I / O seperti akses memori, Yaitu, memori yang dipetakan I / O.

1.5 BOOK ROADMAP: A PACKET’S LIFE

Kami telah melalui perjalanan yang mengenalkan mengapa dan bagaimana mengenai arsitektur Internet dan implementasi open source-nya. Tapi belum cukup detil yang tersentuh sejauh ini. Bab berikutnya membahas secara rinci mengapa dan bagaimana di setiap lapisan tumpukan protokol, dan kami menangani dua masalah mendesak di Internet: QoS dan keamanan. Sebelum melanjutkan ke bab-bab ini, secara instruktif dan menghibur untuk melihat bagaimana sebuah paket dapat disimpan dan diproses di dalam host akhir atau perangkat perantara. Bagian ini juga memberi Anda latar 

belakang untuk memahami implementasi open source yang tercakup dalam teks ini.

1.5.1 Packet Data Structure:   sk_buff  

dari sebuah paket Untuk menghindari seringnya menyalin data antar modul ini, yang umum Struktur data digunakan untuk menyimpan dan menggambarkan sebuah paket, sehingga setiap modul dapat melewati atau mengakses paket hanya dengan sebuah penunjuk memori. Di Linux, struktur data semacam itu dinamai sk_buff, yang didefinisikan dalam file skbuff.h. Struktur sk_buff digunakan untuk menyimpan satu paket dan informasi terkaitnya, misalnya panjang, jenis, atau data yang dipertukarkan bersama dengan paket antara modul jaringan

1.5.2 A Packet’s Life in a Web Server

Karena tujuan router atau gateway adalah meneruskan atau menyaring paket di Internet atau antara Internet dan intranet modul routing dan penyaringan perlu menentukan adaptor mana yang akan meneruskan paket ke dan apakah sebuah paket harus dibuang untuk keamanan intranet, masing-masing. Operasi dasar, seperti penanganan sk_buff, kontrol kesalahan, dan interaksi antar modul, tetap sama seperti yang di server. Router atau gateway biasanya tidak memiliki TCP atau modul lapisan atas kecuali beberapa daemon untuk fungsi routing dan keamanan, tapi juga Akankah fungsi forwarding, firewall, dan QoS diaktifkan di kernel.

1.5.3 A Packet’s Life in a Gateway

Kami memulai dari tiga persyaratan atau tujuan, yaitu konektivitas, skalabilitas, dan pembagian sumber daya, yang harus dipuaskan dalam membangun jaringan komputer. Kemudian kami menjelaskan prinsip atau kendala pada kinerja, operasi, dan interoperabilitas yang membatasi ruang solusi yang bisa kami jelajahi. Selanjutnya solusi Internet dipresentasikan bersama dengan open source berbasis Linux Keputusan desain tunggal terbesar yang dibuat dalam evolusi Internet adalah argumen end-to-end. Ini mendorong kompleksitas kesalahan dan kontrol lalu lintas ke host akhir, sekaligus menjaga jaringan inti tetap sederhana. Intinya sangat sederhana sehingga menjalankan stateless routing bukan stateful beralih dan menawarkan hanya usaha terbaik, layanan IP yang tidak dapat diandalkan. Lapisan transport end-to-end pada host kemudian menjalankan TCP berorientasi koneksi yang andal dengan kesalahan dan kontrol lalu lintas, atau UDP tanpa koneksi yang tidak dapat diandalkan tanpa banyak kontrol. Ini adalah aliran TCP yang sopan dan pengendalian kemacetan yang membuat Internet tetap sehat dan adil di komunitas berbagi sumber daya. Keputusan besar lainnya adalah penataan Internet ke dalam hierarki bertingkat dengan domain dan subnet dari blok alamat IP yang berdekatan. Ini memecahkan masalah skalabilitas dengan memecahkan masalah routing menjadi masalah intra-domain dan masalah antar-domain. Ukuran masalah yang pertama biasanya kurang dari 256, sedangkan ukuran yang terakhir ada pada skala 65.536; Kedua ukuran dapat dikelola namun memerlukan skema yang berbeda untuk skala The Hourglass Berkembang Saat ini, Internet memiliki satu teknologi IP di lapisan jaringan dan beberapa di lapisan transport, namun memiliki banyak jenis tautan dan menawarkan aplikasi yang besar. jasa. Kumpulan protokol berbentuk jam pasir ini terus berkembang dengan banyak inovasi yang akan datang. Lapisan tengah tetap cukup stabil namun menghadapi implementasi. Akhirnya kami menyusun peta jalan buku ini dengan mengilustrasikan kehidupan paket dalam Web server dan router. Dalam bab ini, kami memperkenalkan banyak konsep dan terminologi yang akan digunakan di seluruh buku ini. Di antara mereka, beralih, routing, stateless, soft-state, best-effort, data plane, dan control plane penting bagi pembaca untuk memahaminya. tekanan untuk transit dari IPv4 ke IPv6 dan membatasi lalu lintas UDP yang tidak tepat, seperti yang akan kami jelaskan di Bab 4 dan Bab 5, masing-masing. Sementara itu, kewarganegaraannya telah ditantang secara terus - menerus, seperti kami sudah jelaskan Lapisan bawah telah terkonvergensi ke satu atau beberapa teknologi di setiap segmen pasar, meskipun nirkabel mil terakhir tetap tidak stabil medan perang. Kita banyak lihat di Bab 2 dan Bab 3. Di bagian atas, aplikasi client-server tradisional terus berkembang perlahan, namun baru Aplikasi peer-to-peer (P2P) muncul dengan cepat, seperti yang akan kita lihat di Bab 6. Pada akhir tahun 1990an dan awal tahun 2000an, diharapkan bahwa Internet bisa direkayasa ulang untuk memberikan kualitas layanan (QoS) untuk menjamin tingkat latency, throughput, atau loss rate. Tapi semua proposal yang dibutuhkan menambahkan beberapa keaslian ke dalam jaringan inti, yang bertentangan dengan sifat aslinya yang tidak bernegara dan dengan demikian gagal. Saat ini banyak teknologi QoS hanya diterapkan pada tingkat link tapi tidak pada tingkat toend end. Bab 7 lebih banyak mengatakannya. Sebagai tambahan ke nirkabel dan P2P, keamanan mungkin adalah masalah mendesak terpanas. Dari keprihatinan awal mengendalikan "siapa yang dapat mengakses apa" dan melindungi "data pribadi di Internet publik," perhatian telah beralih untuk melindungi sistem dari gangguan, virus, dan spam Bab 8 memiliki cakupan yang komprehensif terhadap mereka.