Data Link Protocols

Token Ring

Token Ring adalah protokol LAN yang menggunakan teknologi media access token-passing pada topologi fisik ring atau star, yang membentuk topologi logik ring. Protokol ini dikembangkan oleh IBM kemudian dijadikan standard oleh IEEE dengan spesifikasi 802.5. dengan token-passing, 3 byte token dimasukkan ke dalam frame dan diserahkan dari satu node ke node yang lain dalam arah memutar sampai membentuk lingkaran penuh. Node yang sedang memiliki token tersebutlah yang berhak mengirimkan data kedalam LAN ketika itu. Karena hanya satu node yang dapat mengirimkan data pada satu waktu, maka tidak akan terjadi benturan data (collision) dalam network.

Token Ring tidak menggunakan hub atau switch untuk mengirimkan data melintasi network tetapi dengan menggunakan multistation access unit (MAU). MAU memiliki port Ring In (RI) dan Ring Out (RO). RO pada MAU yang pertama terhubung dengan RI pada MAU berikutnya. Terus bersambung sampai pada MAU terakhir yang RO-nya terhubung kembali dengan RI dari MAU pertama.

Lan Token Ring dapat beroperasi pada 4Mbps atau 16Mbps. Setiap mesin harus dikonfigurasi dengan kecepatan yang sama, jika tidak token-passing tidak akan bisa bekerja. Walaupun network jenis ini bebas dari adanya benturan data (collision), tetapi implementasinya lebih mahal daripada LAN ethernet. Inilah penyebab utama ethernet menjadi LAN paling banyak digunakan saat ini.

Berikut karakteristik singkat dari token ring:

• Di standardkan oleh IEEE dengan spesifikasi 802.5
• Menggunakan teknologi media access token-passing.
• Dibangun sebagai topologi fisik star atau ring.
• Membentuk topologi ring secara logik
• Beroperasi dengan speed 4Mbps atau 16Mbps
• Menggunakan MAU sebagai ganti dari switch dan hub.
• Transfer data bebas benturan (collision)
• Ongkos implementasi mahal.

FDDI

FDDI adalah protokol LAN yang juga menggunakan metode media access token-passing dalam topologi dual ring. Protokol ini dibuat oleh American National Standards Institute (ANSI) dengan spesifikasi ANSI X3T9.5. Transmisi menggunakan kabel fiber-optik dengan kecepatan 100Mbps. Umumnya, FDDI dikembangkan untuk transfer data pada network backbone dari perusahan-perusahaan besar. Topologi dual ring digunakan FDDI untuk menciptakan redundansi. Juga karena berjalan diatas fiber, FDDI tidak akan terkena gangguan EMI.

FDDI menggunakan metode yang disebut beaconing untuk mengirimkan sinyal ketika terdeteksi sebuah kegagalan dalam network. beaconing memungkinkan sebuah mesin mengirimkan sinyal yang memberitahukan pada mesin-mesin lain dalam LAN bahwa token-passing terhenti. Beacon berjalan mengelilingi lingkaran dari satu mesin ke mesin lain sampai pada mesin terakhir dalam ring. Untuk keperluan troubleshoot, admin dapat memeriksa beacon pada mesin terakhir dan mengecek koneksi antara mesin tersebut dan mesin terhubung berikutnya dalam network FDDI.

Seperti ring, implementasi FDDI membutuhkan biaya yang mahal.

Berikut beberapa karakteristik FDDI:

• Dikembangkan oleh ANSI spesifikasi ANSI X3T9.5.
• Menggunakan teknologi media access token-passing.
• Dibangun sebagai topologi ring.
• Memiliki Redundant dalam network
• Speed 100Mbps
• Berjalan diatas kabel fiber-optic
• Tidak terganggu oleh EMI
• Transfer data bebas benturan (collision)
• Deteksi error menggunakan beaconing
• Biaya implementasi mahal

Ethernet pada Data Link Layer

Ethernet adalah LAN yang paling popular, terdiri dari sekelompok protokol dan standard yang bekerja pada layer fisik dan Data Link dari model OSI.

Ethernet Addressing

Layer Data Link menggunakan address fisik atau hardware untuk memastikan data diterima pada mesin yang tepat dalam LAN. Address fisik inilah yang biasa disebut MAC address yang digunakan pada layer 2.

MAC address di hard-code kedalam network interface controller (NIC) dari perangkat layer fisik yang terhubung pada netwokr. Setiap MAC address harus unik dan menggunakan format sebagai berikut :

• Terdiri dari 48 bit (6 byte)
• Dituliskan dalam bentuk 12 digit hexadecimal (0-9, A-F).
• 6 digit hexadecimal pertama dalam address menunjukkan kode vendor atau unique identifier (OUI).
• 6 digit hexadecimal terakhir diberikan oleh pabrik NIC dan harus unik untuk semua nomor yang diberikan oleh pabrik tersebut.

Contoh sebuah MAC address dapat berupa 00:00:07:A9:B2:EB. OUI-nya adalah 00:00:07.

Address LAN ethernet dapat dikelompokkan menjadi 2 sub-kategori: address individu dan group. Address individu disebut sebagai unicast address. Unicast address menunjukkan MAC address dari sebuah LAN card (NIC). Source address pada frame ethernet selalu berupa unicast address. Ketika paket dari layer Network di format dalam bentuk frame untuk kemudian dikirimkan pada tujuan tunggal, destination address frame tersebut juga akan berupa unicast address.

Address group pada LAN ethernet mengelompokkan lebih dari 1 LAN card. Multicast address dan broadcast address tergolong sebagai address group.

• Multicast addresses: address dimana sebuah frame dapat dikirimkan kepada sekelompok mesin pada satu LAN yang sama. Address multicast ethernet selalu dimulai dengan 0100.5E dalam format hexadecimal. 3 byte terakhir dapat berupa kombinasi digit hexadecimal apapun.

pada contoh ini, switch mengirimkan sebuah frame dari address unicast kepada address multicast 0100.5E12.3456 dimana Bill dan Carol termasuk anggota dari address multicast tersebut, sehingga Bill dan Carol akan menerima frame tersebut, sedangkan Dustin tidak.

• Broadcast addresses: address dimana sebuah frame dikirimkan kepada semua mesin yang berada dalam satu LAN yang sama. Address multicast dan broadcast dibatasi oleh segment network dalam LAN. Address broadcast selalu berupa FFFF.FFFF.FFFF.
  

Ethernet Framing

Layer Data Link menggunakan frame untuk mengangkut data antar layer. Framing adalah proses menginterpretasikan data yang diterima atau akan dikirim kedalam network. Sublayer LLC dari Data Link merupakan extensi dari 802.3 dan bertanggung jawab pada proses framing, error-detection, dan flow control. Gambar berikut menunjukkan sebuah frame 802.3

3 bagian utama pada frame 802.3 dapat dijelaskan sebagai berikut:

• Bagian Data Link Header dari frame berisi destination MAC address (6 byte), source MAC address (6 byte), dan field length (2 byte).
• Bagian Logical Link Control frame berisi Destination Service Access Point (DSAP), Source Service Access Point (SSAP), dan informasi control. Ketiga-tiganya sepanjang 1 byte. SAP mengidentifikasikan protocol pada upper-layer sepert IP (06) dan IPX(E0).
• Bagian data dan cyclical redundancy check (CRC) sebuah frame juga disebut sebagai data-link trailer. Field data berkisar antara 43 sampai 1497 byte panjangnya. Field frame check sequence (FCS) sepanjang 4 bytes. FCS atau CRC digunakan untuk mendeteksi adanya error (error-detection).

Error-detection digunakan untuk mendeteksi apakah terjadi error pada bit-bit transmisi. Pengirim dan penerima frame menggunakan formula matematika yang sama untuk menganalisa informasi dalam field FCS pada data-link trailer. Jika hasil penghitungan keduanya sama, berarti tidak ada error pada transmisi frame.

Standard Physical Ethernet

Ethernet

Standar ethernet IEEE 802.3 ada beberapa jenis sebagai berikut:

• 10BASE2
• 10BASE5
• 10BASE-T
• 10BASE-FL
• 100BASE-T4
• 100BASE-TX
• 100BASE-FX
• 1000BASE-T
• 1000BASE-TX
• 1000BASE-CX
• 1000BASE-SX
• 1000BASE-LX
• 10GbE

10BASE2

Network 10BASE2 dihubungkan dengan menggunakan kabel coaxial RG-58 menggunakan konektor Bayonet Neill Concelman (BNC). Tidak ada perangkat-perangkat seperti hub atau switch yang digunakan untuk menghubungkan mesin-mesinnya, hanya kabel coaxial, membentuk topologi bus. Sebuah sinyal elektrik dikirimkan oleh setiap mesin yang ingin mengirimkan data pada network. Jika terdapat lebih dari satu mesin yang berusaha mengirimkan data pada saat yang sama, maka akan terjadi benturan data (collision) dan data yang dikirimkan hilang. Untuk mencegah hilangnya data saat transmisi, digunakanlah sebuah algoritma yang disebut Carrier Sense Multiple Access Collission Detection (CSMA/CD).  Algoritma ini mengirimkan sinyal untuk memberitahu kepada semua mesin bahwa telah terjadi suatu collision. Semua mesin akan berhenti mengirimkan data dan berhenti untuk beberapa waktu yang random. CSMA/CD harus di aktifkan pada LAN ethernet 10Base yang dihubungkan dengan hub.

Nama 10BASE2 sendiri mengindikasikan hal sebagai berikut :

• 10: menunjukkan kecepatan transmisi data 10Mbps
• BASE: menandakan baseband, sebuah mode pengiriman sinyal dimana media hanya dapat mengirimkan satu sinyal pada satu waktu.
• 2: sebenarnya mengindikasikan panjang maximum 185 meter yang dibulatkan menjadi 200 dan 200 adalah 2 kali kelipatan 100.

10BASE5

Memiliki karakteristik yang sama dengan 10BASE2, tetapi dengan jarak maksimum sebesar 500m. 5 disini juga menunjukkan kelipatan dari 100m.

10BASE-T

10BASE-T memiliki panjang maximum segment sebesar 100m dan transmisi data sebesar 10Mbps. 10BASE-T dapat menggunakan kabel cat3,4,atau 5 UTP/STP.

10BASE-FL

10BASE-FL juga memiliki transmisi data sebesar 10Mbps, tetapi berjalan diatas kabel fiber-optic. Hal ini membuat panjang maximum segmentnya bisa mencapai 2km.

Fast Ethernet

Fast Ethernet digunakan untuk network dengan kecepatan melebihi 10Mbps. IEEE 802.3 mendefinisikan standard untuk 100BASE-T3, 100BASE-TX, dan 100BASE-FX. Yang semua dikenal sebagai 100BASE-X. 100 disini juga menunjukkan kecepatannya yang bisa mencapai 100Mbps.

100BASE-TX

100BASE-TX, seperti halnya 10BASE-T menggunakan UTP atau STP cat5, 10BASE-T memiliki panjang maximum segment 100m.

100BASE-T4

100BASE-T4 memiliki ciri yang sama dengan 100BASE-TX  hanya 100BASE-T4 dapat menggunakan kabel Cat3,4 atau 5 UTP/STP.

100BASE-FX

100BASE-FX menggunakan kabel optik single-mode atau multimode. Fiber multimode (MM) digunakan untuk half-duplex dapat mencapai jarak 412m. Fiber Single-mode (SM) digunakan untuk full-duplex dapat mencapai 10.000m..

Gigabit Ethernet

Semua Standard Gigabit Ethernet memiliki kecepatan transmisi data sebesar 1000Mbps(1Gbps) dan menggunakan mode baseband untuk pengiriman sinyal. Gigabit Ethernet dapat digolongkan menjadi 2 standard IEEE 802.3ab atau 1000BASE-T dan 802.3z atau 1000BASE-X.

Long Reach Ethernet

Cisco Long Reach Ethernet (LRE) dikembangkan untuk menyediakan layanan broadband diatas kabel telepon atau Cat1,2,atau 3. Kecepatan bervariasi antara 5-15Mbps dan dapat mencapai panjang jangkauan maksimum sejauh 5000m. Cisco LRE bisa jadi sebuah solusi untuk LAN atau MAN yang terlanjur menggunakan kabel Cat1/2/3.

Perangkat-Perangkat Layer Data Link

Pada layer Data Link dapat digunakan bridge atau switch layer 2 pada segment LAN. Hubs dan repeater pada layer physical hanya bekerja untuk memperluas network. Dengan segmentasi, switch dan bridge membuat sebuah collision domain terpisah untuk setiap node, sehingga jumlah collision yang terjadi pada network dapat dikurangi dengan effektif.

Perlu diingat, collision domain adalah sekelompok node (mesin) yang berbagi media yang sama dan dipisahkan oleh switch atau bridge. Collision dapat terjadi jika 2 node berusaha melakukan transmisi bersamaan dalam satu collision domain. Karena itu diperlukan untuk menambah jumlah collision domain.

Gambar berikut menunjukkan bagaimana bridge membuat 2 collision domain.

Gambar dibawah ini menunjukkan sebuah switch yang membuat beberapa collision domain terpisah.

Bridges

Karena network yang terus berkembang dan menjadi semakin komplex, hub dan repeater tidak lagi cocok digunakan. Karena keduanya tidak men-segmentasi network, semua mesin yang terhubung pada hub atau repeater harus berbagi bandwidth yang sama. Juga, jika sangat mungkin terjadi jumlah collision yang banyak.

Transparent bridge dibuat untuk membantu mengatasi problem pada hub dan repeater. Transparent disini digunakan untuk menunjukkan bahwa mesin-mesin yang berada pada network tidak menyadari adanya perangkat ini. Bridge menggunakan sebuah software untuk mem-forward frame.

Berikut adalah tugas utama yang dilakukan oleh bridge dan juga switch:

• Source MAC address dari setiap frame yang datang akan diperiksa dan dicatat.
• Frame-frame dapat diforward atau difilter tergantung dari MAC address destination. (dapat juga di flood/dikirim kesemua port, jika destination MAC address belum dikenali)
• Menghilangkan loops yang disebabkan adanya koneksi redundant dengan menggunakan Spanning Tree Protocols (STP).

Saat frame diterima dari setiap mesin, bridge dan switch mengupdate table bridge dengan MAC address dan interface dimana frame tersebut datang.

Jika destination address dari frame yang datang adalah..

• Unicast: bridge akan mengecek tabel bridge terlebih dulu. Jika address destination tidak terdapat pada tabel, maka bridge akan mem-forward frame pada semua interface kecuali interface dimana frame tersebut datang. Jika address destination ada pada tabel bridge dan berada pada interface yang berbeda dengan interface ketika frame datang, maka bridge akan mem-forward frame pada interface yang sesuai dalam tabel bridge. Jika address destination ada pada tabel bridge dan berada pada interface yang sama dengan pengirim, maka frame akan di filter.
• Multicast: bridge akan mem-forward frame ke semua interface kecuali interface dimana frame tersebut datang.
• Broadcast: bridge akan mem-forward frame kesemua interface kecuali interface dimana frame tersebut datang.

Switches

Switch layer 2 sebenarnya adalah bridge multi-port; karena itu, switch layer 2 memiliki fungsi-fungsi yang sama dengan bridge. Meski begitu ada beberapa hal yang membedakan switch dari bridge, misalnya, switch menggunakan hardware atau chip Application-Specific Integrated Circuit (ASIC) untuk mem-forward frame, dan tidak menggunakan software. Juga, setiap port switch memiliki bandwidth sendiri-sendiri, bandwidth yang disediakan pada port switch adalah 10Mbps, maka segment LAN yang terhubung pada port memiliki bandwidth sebesar 10Mbps juga.

Duplex

Half-duplex memungkinkan komunikasi satu arah, yang berarti perangkat hanya bisa mengirim atau menerima data saja dalam satu waktu. Dan tidak mungkin untuk bisa mengirim dan menerima data dalam waktu bersamaan. Karena collision domain yang dipakai bersama-sama, hub harus di set half-duplex. Bandwidth jadi berkurang karena harus diimplementasikan algoritma CSMA/CD untuk mendeteksi adanya collision. Deteksi collision dapat memakan bandwidth ethernet LAN hingga 50-60%.

Full-duplex memungkinkan komunikasi dua arah, yang berarti mesin dapat mengirim dan menerima data secara simultan. Full-duplex dapat diterapkan pada koneksi port switch yang memiliki bandwidth khusus (dedicated bandwidth) yang dihubungkan pada satu mesin tunggal. Jika port switch dikonfigurasi sebagai full-duplex maka algoritma CSMA/CD harus di disable. Sebuah koneksi ethernet full-duplex dapat mengirimkan data dengan kecepata 100% pada kedua arah. Misalnya, koneksi 100Mbps dapat mengirim data secara simultan dengan kecepatan 100Mbps pada kedua arah secara simultan.

Dengan ethernet, jika sebuah port switch dan NIC memungkinkan untuk dikonfigurasi sebagai half ataupun full-duplex, maka kedua perangkat dapat di set sebagai autonegotiation. Switch dan NIC akan otomatis merundingkan kecepatan koneksi dan duplex agar kedua ujung dapat menerapkan duplex yang sama.

Sumber