Konsep dan Implementasi IP Switching

Konsep dan Implementasi IP Switching

IP Switching adalah salah satu metoda baru untuk membuat jaringan TCP/IP (himpunan protokol jaringan yang dipakai jaringan Internet). Ip switching mengabungkan "kepintaran" teknologi routing TCP/IP dengan "kecepatan" teknologi ATM switching.
Trend teknologi jaringan saat ini menunjukkan gejala penggunaan teknologi switching untuk konektifitas jaringan. Bila dahulu kita lihat jaringan 10base2 atau 10base5 pada jaringan LAN, maka sekarang kita lihat teknologi LAN Switch, Fast Ethernet atau Gigabit Ethernet. Kita lihat teknologi sharing telah beralih ke teknologi switching (dedicated network). Kecenderungan trafik jaringan telah berubah juga dari persepsi 80/20 (artinya 80 % trafik jaringan adalah lokal, atau masih dalam satu network, sedangkan hanya 20 % traffik baru akan melintas ke network yang lain) menjadi persepsi 20/80. Artinya seiring trend arsitektur jaringan saat ini yang mensentralisir lokasi server-server serta tuntutan kebutuhan layanan-layanan jaringan saat ini, seperti layanan multimedia, maka persepsi trafik menjadi 80 % trafik jaringan akan melintas ke network yang lain (melalui jaringan backbone) untuk layanan-layanan tadi, dan hanya 20 % saja akan lokal pada jaringan tersebut untuk keperluan workgroup pada jaringan lokal tersebut (Lihat Gambar 1dan Gambar 2).

Biasanya paket IP diproses oleh router berdasarkan algoritma-algoritma routing standard TCP/IP protocol suite, proses tersebut adalah proses berbasis paket-per-paket dengan cara konektifitas store-and-forward. Artinya setiap paket yang akan diproses disimpan dalam buffer input, diproses, lalu dikirimkan kembali melalui buffer output router. Kelemahan proses tersebut adalah ia kurang melihat kemungkinan adanya paket-paket yang sebenarnya mempunyai kandungan alamat (IP header) yang sama, karena ia memproses setiap paket tanpa kecuali. Tetapi kehandalan protokol-protokol routing yang diimplementasikan pada router-router tersebut telah teruji dilapangan dan dapat menskalakan jaringan Internet sehingga seperti sekarang ini: ribuan network terhubung oleh ribuan router tersebar diseluruh jaringan Internet.

Sedangkan ATM switching disamping dapat menyediakan throughput jaringan sampai orde Gigabit, juga mempunyai fleksibilitas arsitektur sehingga memungkinkan berbagai layanan berbasis media voice, data, image, dan video dapat diselenggarakan dalam satu jaringan, sehingga sangat potensial sebagai jaringan multimedia.

Kedua teknologi tersebut digabungkan sehingga membentuk suatu router yang bisa mempergunakan cara konektifitas seperti cara konektifitas pada teknologi ATM Switching, yaitu cut-through. Artinya aliran paket yang melewati router tersebut dipelajari sampai diketahui distribusinya (fungsi routing), selama proses tersebut paket dihubungkan dengan cara store-and-forward biasa, bila telah diketahui distribusinya, maka aliran paket tersebut dialirkan dengan konektifitas switching pada kecepatan ATM (fungsi switching). Secara sistem alat tersebut dinamakan IP Switch. Bisa dikatakan sebagai router dan switch untuk IP.

Building block IP Switch

IP Switch terdiri dari ATM Switch sebagai mekanisme hubungan pada level hardware, IP Switch Controller, dan satu atau beberapa IP Switch Gateway (Lihat Gambar 3). IP Switch Controller dan IP Switch Gateway mempunyai standar arsitektur dengan 4 buah slot PCI dengan kemampuan prosesor Intel Pentium Pro, juga pre-installed software yang telah mengintegrasikan Operating System dan aplikasi sekaligus dalam suatu software IP Switch: IPSO. Software tersebut kompatibel dengan standar-standar routing Internet: RIP (Routing Information Protocol), OSPF (Open Shortest Path First) dan DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol). Sedangkan ATM Switch sendiri merupakan fabrikasi ATM Switch yang mendukung RFC 1987 (General Switch Management Protocol) sehingga dapat dikendalikan oleh IP Switch Controller.

Cara Kerja IP Switch

Pada dasarnya IP Switch menggunakan prosesor Intel Pentium Pro untuk mengolah hanya sebagian aliran paket saja untuk mempelajari karakteristik dari aliran paket tersebut, selanjutnya bila karakteristik daripada aliran paket tersebut telah diketahui, maka konektifitas untuk aliran paket tersebut dialirkan melalui ATM Switch pada level througput ATM Switch (OC-3: 155 Mbps). Untuk itu IP software harus mempunyai tingkat intelegensia tertentu sehingga mampu mengetahui kapan paket (dalam cell) diswitch menggunakan ATM switch (cut-through) atau kapan paket harus dialirkan sesuai standar router biasa (store-and-forward).

Aliran paket diklasifikasikan apakah paket tersebut mempunyai aliran yang "lama" ataukah hanya "sebentar". "Lama" apabila aliran paket tersebut mempunyai panjang yang cukup besar seperti pada kasus-kasus FTP (File Transfer Protocol) yang men-download atau meng-upload file berukuran besar, pada WWW (World Wide Web) yang mengakses web yang berukuran besar atau bahkan aliran data video atau aliran data-data multimedia lainnya, sedangkan "sebentar" seperti pada DNS query atau pada perintah-perintah protokol-protokol Internet yang lainnya. Paket-paket yang diklasifikasikan mempunyai durasi yang lama akan diswitch pada level hardware ATM Switch dan mempunyai konektifitas cut-through. Sedangkan untuk aliran paket yang mempunyai durasi hanya sebentar, dihubungkan sesuai konektifitas store-and-forward pada router-router standar biasa melalui IP Switch Controller (Lihat Gambar 4). Pada gambar tersebut, Upstream node dan Downstream node dapat berupa IP Switch yang lain, IP Switch Gateway, FAS1200, atau host/server yang dihubungkan langsung dengan IP Switch.

Bisa dikatakan ada 6 step operasi pada IP Switch:

Pada kondisi default, paket IP diforwardkan melalui VPI/VCI (Virtual Path Identifier/Virtual Channel Identifier) default, dengan alur Upstream node-IP Switch-IP Switch Controller-IP Switch-Downstrem node.
Pada saat itu IP Switch Controller dan Downstream node melakukan klasifikasi aliran paket IP secara terpisah. Kemudian bila dianalisa memungkinkan aliran paket IP diswitch langsung pada level ATM Switch, maka IP Switch Controller meminta Upstream node untuk menggunakan Virtual Channel (VC) tertentu untuk mengalirkan paket IP dan bukan default VC.
Upstream node mengirimkan aliran paket IP dengan VC yang baru sesuai permintaan IP Switch Controller.
Downstream node juga meminta IP Switch Controller untuk menswitch aliran paket IP untuk menggunakan VC tertentu pada ATM switch.
Kemudian sesuai permintaan Downstream node, aliran paket IP dilalukan melalui VC yang baru.
Sekarang sudah ada dua VC yang spesifik pada kedua port ATM Switch, pada port input ATM dari sisi yang menghubungkan ATM Switch dengan Upstream node serta pada port output ATM dari sisi yang menghubungkan ATM Switch dengan Downstream node. Aliran paket IP selanjutnya dilalukan menggunakan konektifitas ATM Switch yang diidentifikasikan oleh kedua VC tersebut.
Seiring dengan laju aliran paket, maka konektifitas ATM Switch tadi dapat meningkatkan througput jaringan backbone dengan dramatis sekali, sesuai throughput
DeathBrain
Protokol-protokol IP Switch

Untuk komunikasi antara IP Switch Controller dengan ATM Switch digunakan protokol General Switch Management Protocol (GSMP); RFC 1987. Bila protokol tersebut diimplementasikan pada suatu ATM Switch, maka Switch tersebut dapat berkomunikasi dengan IP Switch Controller.

Sedangkan untuk komunikasi antara IP Switch dengan node-node yang berhubungan (Upstream node dan Downstream node), maka digunakan protokol Ipsilon Flow Management Protocol (IFMP); RFC 1953.

IP Multicasting pada IP Switch

Protokol-protokol multicasting IP ditujukan agar supaya pengiriman paket-paket IP yang ditujukan untuk beberapa host IP tidak melalui path atau link yang redundant, artinya bila paket-paket tersebut ditujukan untuk 6 host, maka paket-paket tersebut tidak dicopy sebanyak 6 buah dan dikirimkan melalui 6 buah link, tetapi hanya dikirimkan satu aliran paket multicast melalui hanya sebuah link (lihat Gambar 6). Untuk itu dikenal ada IP Multicast Addresses dan IP Multicasting Protocols. Alamat multicast dan protokol routing berinterakasi sehingga replikasi aliran paket multicast hanya terjadi pada titik-titik (node) yang optimal sehingga menghemat bandwidth dan resources.

IP Switch mendukung standar routing protokol untuk multicasting IP: DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol) dan IGMP (Internet Group Management Protocol). Tetapi sekali lagi keunggulan IP Switch daripada router-router konvensional adalah kemampuan IP Switch untuk mereplikasi paket-paket multicast pada level hardware ATM Switch. Sedangkan router-router tersebut mereplikasi paket-paket multicast tadi pada level sofware, sehingga membutuhkan siklus prosesor yang lebih tinggi dan memori yang lebih besar.

Quality of Service (QoS)

Quality of Service dapat dipandang sebagai dua hal:

User atau aplikasi meminta suatu tingkat service (pelayanan).
Network dimana user/aplikasi tersebut berjalan mengakomodasikan permintaan tadi.
Saat ini IP Switch mendukung QoS seperti pada router-router konvensional, tetapi dengan menggunakan IFMP dan kemampuan queuing dari ATM Switch sehingga lebih hemat bandwidth dan memori dibanding router konvensional yang software-oriented. IP Switch dapat memberikan prioritas-prioritas untuk mengimplementasikan QoS berdasarkan aplikasi (TCP atau UDP port number) atau berdasarkan user (IP Addresses); Prioritas tersebut dapat tinggi atau rendah tergantung permintaan dan seting jaringan IP Switch oleh Network Administrator.

Network Management

IP Switch dapat dimonitor baik secara langsung melalui hubungan terminal modem atau web melalui aplikasi web-server yang telah terintegrasi pada IP Switch Controller dan IP Switch Gateway. IP Switch juga dapat bertindak sebagai SNMP-agent sehingga dapat dikendalikan dengan paket-paket Network Management Software seperti: SunNet Manager dari Sun Microsystems atau Open View dari Hawlett-Packard. SNMP-agent pada IP Switch mendukung standard MIB (Management Information Base) seperti MIB-II disamping IP Switch MIB: Flow Table MIB dan Configuration MIB.

Kesimpulan

IP Switch dapat membuat hubungan secara dinamik antara konektifitas store-and-forward dan konektifitas cut-through sehingga meningkatkan throughput jaringan backbone. Sehingga IP Switch dapat dipandang sebagai router yang sangat cepat.
IP Switch menggunakan ATM fabric sebagai media koneksi sehingga mempunyai kecepatan yang tinggi (155 Mbps) Tidak seperti router konvensional yang menggunakan sharing media: bus sebagai backplane.
IP Switch mendukung IP multicasting,sehingga dapat diimplementasikan untuk mengakomodasi layanan-layanan multimedia.
IP Switch mendukung QoS berdasarkan aplikasi (TCP/UDP port number) dan user (IP Addresses).
IP Switch dapat bertindak sebagai SNMP-agent.