Ringkasan
Artikel ini memberikan analisis tentang metode dan protokol yang digunakan untuk meningkatkan Quality of Service (QoS) di jaringan Internet Protocol (IP). Tantangan untuk mencapai tingkat QoS yang tinggi di jaringan IP diperiksa. Metode tradisional untuk QoS disajikan bersama dengan metode saat ini dan yang diusulkan untuk QoS di jaringan IP. Tujuan artikel ini adalah untuk mendidik pembaca tentang berbagai metode mencapai QoS dan untuk memeriksa pilihan terbaik untuk masa depan. Seiring dengan berkembangnya kebutuhan bandwidth Internet dan aplikasi IP berkualitas tinggi seperti video real-time dan Voice over IP (VoIP) menjadi tersebar luas, QoS akan sangat penting untuk keberhasilan menyediakan layanan Internet Protocol (IP) berkualitas tinggi.
Kualitas pelayanan
Internet Engineering Task Force (IETF) mendefinisikan Quality of Service (QoS) sebagai perjanjian layanan (atau jaminan) untuk menyediakan sekumpulan atribut layanan jaringan yang dapat diukur, termasuk penundaan ujung ke ujung, variasi penundaan (jitter), dan bandwidth yang tersedia. International Telecommunication Union (ITU) mendefinisikan QoS sebagai efek kolektif dari kinerja layanan yang menentukan tingkat kepuasan pelanggan. Cisco mendefinisikan QoS sebagai kapasitas jaringan untuk menyediakan layanan yang lebih baik ke lalu lintas jaringan tertentu.
Artikel ini mendefinisikan QoS sebagai kemampuan jaringan IP untuk mengklasifikasikan dan memprioritaskan arus lalu lintas untuk memastikan bahwa karakteristik teknis dari kehilangan paket, penundaan, tingkat kesalahan, dan gangguan terpenuhi untuk setiap pelanggan. Metode Quality of Service (QoS) didasarkan pada kemampuan jaringan IP untuk mengidentifikasi dan mengklasifikasikan lalu lintas yang memiliki prioritas lebih tinggi sehingga persyaratan teknis pelanggan terpenuhi. Metode QoS didasarkan pada memiliki jumlah bandwidth yang memadai (mis. Pemanfaatan jaringan yang rendah) untuk mencegah kemacetan lalu lintas dan untuk mengizinkan pengaturan arus lalu lintas prioritas.
Metode QoS Tradisional untuk Jaringan IP
Pada masa-masa awal Internet, aplikasi memiliki bandwidth rendah dan tidak bersifat real-time, sehingga kualitas layanan yang tinggi mudah dipertahankan. Aplikasi Internet awal untuk email, File Transfer Protocol (FTP), dan penjelajahan web adalah lalu lintas IP berkecepatan rendah sehingga tingkat penundaan, latensi, dan kesalahan bit tidak penting. Jaringan awal mengandalkan Transmission Control Protocol (TCP) untuk menyediakan kontrol aliran, pemeriksaan kesalahan, dan transmisi ulang paket data bila diperlukan. TCP memberikan tingkat upaya terbaik QoS yang dapat diterima untuk email dan penjelajahan web. Namun, protokol TCP saja tidak akan memberikan tingkat QoS yang dapat diterima untuk aplikasi bandwidth tinggi waktu nyata seperti video atau VoIP. Metode lain yang digunakan untuk meningkatkan QoS di jaringan TCP / IP awal adalah buffer First-In First-Out (FIFO). Buffer FIFO menyediakan metode sederhana untuk menyimpan paket ketika ada kemacetan jaringan sementara, tetapi buffer FIFO tidak membuat keputusan cerdas tentang prioritas lalu lintas. Bagian ini akan memeriksa beberapa metode tradisional QoS untuk menyertakan Transmission Control Protocol (TCP), IP Routing Protocols, First-In First-Out (FIFO) buffer, Real Time Protocol (RTP) dan Explicit Congestion Notification (ECN) ) protokol.
Transmission Control Protocol (TCP). Transmission Control Protocol (TCP) adalah salah satu protokol yang paling umum digunakan di Internet. Meskipun secara tradisional tidak dianggap sebagai protokol QoS, TCP dapat menyediakan QoS yang memadai untuk aplikasi Internet dengan upaya terbaik seperti email dan penelusuran web. Transmission Control Protocol (TCP) adalah protokol berorientasi koneksi yang menyediakan transportasi data yang andal antara komputer host. Istilah berorientasi koneksi berarti dua komputer host yang menggunakan TCP harus membuat koneksi satu sama lain sebelum mereka bertukar data. TCP menyertakan kontrol aliran untuk mengontrol transmisi data sehingga penerima dapat membatasi berapa banyak data yang dikirimkan pengirim. TCP menggunakan protokol jendela geser untuk kontrol aliran. TCP menggunakan urutan, mengakui dan bidang jendela di header untuk kontrol aliran. Bidang jendela mengidentifikasi jumlah byte yang dapat dikirim tanpa pemberitahuan. Ukuran jendela akan bergeser ke atas dan ke bawah berdasarkan kinerja koneksi.
Buffer First-In, First-Out (FIFO). Penyangga FIFO menyediakan data antrian sementara ketika ada kemacetan jaringan. Kekurangan dari antrian FIFO adalah tidak ada keputusan cerdas yang dibuat tentang prioritas lalu lintas. FIFO masih digunakan di banyak perangkat jaringan, tetapi sekarang dianggap sebagai metode non-QoS karena FIFO tidak dapat memenuhi standar QoS jaringan IP saat ini.
Pemberitahuan Kemacetan Eksplisit (ECN). Protokol ECN memberikan peringatan dini tentang kemacetan jaringan sehingga router dapat menandai paket data yang sedang dikirim. Dengan ECN, bit ditempatkan di header IP untuk memberi sinyal pada pemancar bahwa jaringan sedang padat. ECN akan menetapkan bendera yang memberi tahu pengirim untuk mengurangi ukuran jendela untuk menghindari pengiriman ulang paket. ECN juga bukan protokol QoS yang sebenarnya dan tidak mampu
dari memesan sumber daya atau menjamin layanan.
Metode Kualitas Layanan di Jaringan IP
Kualitas Tingkat Layanan. Tingkat layanan QoS mengacu pada kemampuan jaringan yang sebenarnya untuk menyediakan layanan ujung ke ujung. Ada tiga tingkat QoS untuk jaringan IP:
1. Layanan Upaya Terbaik. Tingkat layanan ini tidak memberikan jaminan layanan dan bergantung pada fungsi TCP dan FIFO dasar untuk mengirimkan data ke seluruh jaringan.
2. Layanan Berbeda. Tingkat ini memprioritaskan lalu lintas dan memberikan preferensi statistik untuk lalu lintas dengan prioritas lebih tinggi, tetapi bukan jaminan layanan yang pasti. Priority Queuing (PQ) adalah contoh layanan yang dibedakan.
3. Layanan Terjamin. Ini adalah tingkat QoS terbaik dan menyediakan reservasi sumber daya jaringan untuk lalu lintas prioritas tinggi. Protokol RSVP adalah contohnya.
Klasifikasi Lalu Lintas IP. Untuk memberikan layanan prioritas tinggi untuk jenis lalu lintas data, data harus terlebih dahulu diidentifikasi dan diklasifikasikan untuk layanan. Jika data ditandai, maka prioritas IP di seluruh jaringan dapat digunakan untuk memberikan tingkat layanan yang lebih tinggi. Untuk data yang diidentifikasi, tetapi tidak ditandai, klasifikasi dilakukan dengan basis ‘per-hop’. Pada basis per-hop berarti bahwa klasifikasi data hanya berkaitan dengan satu perangkat yang menggunakan metode QoS seperti antrian prioritas.
Daftar Kontrol Akses (ACL). Daftar kontrol akses digunakan di jaringan IP untuk mengidentifikasi lalu lintas untuk metode manajemen kemacetan seperti perutean berbasis kebijakan. ACL adalah daftar izin pada router yang menentukan tindakan yang akan diambil perangkat dengan arus lalu lintas tertentu.
Perutean Berbasis Kebijakan (PBR). Perutean Berbasis Kebijakan mengizinkan klasifikasi lalu lintas berdasarkan daftar kontrol akses yang diperluas dan menetapkan bit prioritas IP. PBR menggunakan peta rute dalam jaringan untuk merutekan lalu lintas berdasarkan kebijakan yang ditetapkan. PBR dapat mengarahkan paket untuk mengambil jalur yang berbeda dari yang berasal dari protokol routing.
Committed Access Rate (CAR). CAR adalah metode untuk mengklasifikasikan lalu lintas dan menetapkan kebijakan untuk menangani lalu lintas yang melebihi alokasi bandwidth. Jika arus lalu lintas melebihi bandwidth yang ditetapkan pada port perangkat, arus tersebut dapat dihilangkan, diteruskan, atau diubah prioritas IP-nya berdasarkan kebijakan yang ditetapkan.
Prioritas IP. Prioritas IP memanfaatkan tiga bit prioritas dalam bidang Jenis Layanan (TOS) header IPv4 untuk menentukan kelas layanan untuk setiap paket dan memberikan tingkat QoS yang berbeda. RFC 2475 memperluas jumlah bit yang digunakan dalam bidang TOS dari 3 menjadi 6 dan dikenal sebagai DiffServ.
Prioritas Antrian (PQ). PQ memberikan prioritas yang lebih tinggi untuk lalu lintas penting sehingga ditangani terlebih dahulu di setiap perangkat dalam jaringan. Paket diberikan satu dari empat tingkat klasifikasi oleh aplikasi. PQ berguna untuk memprioritaskan jenis lalu lintas tertentu, tetapi PQ menggunakan perutean statis dan tidak dapat beradaptasi dengan perubahan jaringan.
Antrian Kustom (CQ). CQ memberikan jaminan bandwidth untuk aliran data dengan prioritas lebih tinggi dan digunakan dalam situasi di mana kemacetan jaringan atau potensi latensi harus dihindari oleh lalu lintas prioritas tinggi. Seperti PQ, CQ menggunakan rute statis dan tidak akan secara dinamis beradaptasi dengan jaringan.
Antrian Tertimbang Adil Berbasis Arus (WFQ). WFQ menggunakan algoritma antrian berbasis aliran untuk memastikan bahwa semua data dilayani secara adil dan dapat diprediksi tanpa membuang bandwidth pada reservasi. WFQ menggunakan prioritas IP untuk klasifikasi lalu lintas guna memberikan layanan yang unggul untuk aliran prioritas tinggi. Keuntungan WFQ dibandingkan PQ dan CQ adalah bahwa WFQ dapat secara otomatis beradaptasi dengan kondisi lalu lintas yang berubah. WFQ adalah mode antrian default untuk router Cisco pada port serial kecepatan rendah.
Protokol Waktu Nyata (RTP). Real Time Transport Protocol (RTP) adalah protokol transport layer 4 yang dapat digunakan dengan TCP atau User Datagram Protocol (UDP) untuk meningkatkan kualitas layanan. RTP sering digunakan dengan UDP dalam jaringan voice over IP (VoIP) karena menyediakan nomor urut untuk paket, memungkinkan aplikasi untuk mendeteksi kehilangan paket, dan menyediakan stempel waktu sehingga penundaan dan jitter dapat dipantau. RTP tidak membahas reservasi sumber daya dan tidak menjamin kualitas layanan untuk layanan waktu nyata. Transpor data RTP biasanya digunakan dengan protokol kontrol pendamping (RTCP) untuk memungkinkan pemantauan pengiriman data.
Meningkatkan Metode QoS untuk Jaringan IP
Layanan Berbeda (DiffServ). Protokol DiffServ digunakan untuk menyediakan layanan diferensiasi layanan dalam jaringan backbone. Paket diberi label dengan kualitas layanannya ketika mereka memasuki jaringan dan ditempatkan dalam kelompok besar. DiffServ bukanlah solusi ujung ke ujung dan hanya dimaksudkan untuk bekerja di dalam inti jaringan. Tidak ada pensinyalan antara tujuan dan layanan statis, yang dibuat sebelumnya oleh perjanjian tingkat layanan. Namun ketika digunakan dengan protokol QoS ujung ke ujung seperti IntServ, ini berpotensi memberikan QoS yang baik. Metode DiffServ adalah solusi yang baik karena menghilangkan status per aliran dan penjadwalan yang mengarah ke masalah calability dengan arsitektur IntServ QoS.
Layanan Terpadu (IntServ). Metode IntServ dari QoS menyediakan layanan yang terjamin dengan standar penundaan dan jitter yang terukur. Protokol IntServ menggunakan pensinyalan ujung ke ujung dan reservasi sumber daya dengan tiga tingkat layanan:
1. Layanan Dijamin mendukung aplikasi real-time dan memberikan jaminan koneksi dengan standar untuk kehilangan paket, penundaan, dan jitter yang tidak dapat dilampaui.
2. Layanan Beban Terkendali adalah tingkat IntServ terbaik kedua dan ditujukan untuk aplikasi yang dapat menoleransi beberapa penundaan.
3. Layanan Upaya Terbaik tidak memberikan jaminan layanan.
Dalam jaringan yang menggunakan protokol IntServ, setiap router dalam jaringan harus mengimplementasikan IntServ, dan setiap aplikasi yang membutuhkan level QoS harus mencadangkan sumber daya untuk layanan tersebut. Protokol RSVP (dijelaskan di paragraf berikutnya) melakukan pensinyalan ujung ke ujung dan di antara router. Ada masalah dengan IntServ seperti skalabilitas yang buruk. IntServ berfungsi dengan baik di jaringan kecil, tetapi di jaringan besar seperti Internet, sulit untuk melacak banyak reservasi. Mungkin ada ribuan reservasi untuk beberapa router. Oleh karena itu IntServ sering direkomendasikan untuk digunakan hanya di jaringan edge sementara di dalam inti jaringan, protokol lain akan mencadangkan sumber daya agregat. Masalah lainnya adalah IntServ menduplikasi beberapa fungsi RTP seperti kontrol jitter.
Resource Reservation Protocol (RSVP). Protokol RSVP digunakan untuk memberi sinyal pesan QoS melalui jaringan. Ini digunakan dengan IntServ dan juga perangkat lunak Microsoft Windows. RSVP adalah protokol out of band dan pesan dikirim ujung ke ujung. Router mendengarkan permintaan RSVP untuk reservasi dan merespons jika mereka dapat mendukung layanan. RSVP digunakan bersama dengan protokol QoS lainnya. Pesan RSVP dapat dikirim melalui inti jaringan dan hanya router edge yang menggunakan IntServ yang akan menafsirkan pesan tersebut.
Multi-Protocol Label Switching (MPLS). Protokol MPLS memungkinkan pemancar untuk melabeli paket dan menetapkan prioritas layanan. Router tepi dalam jaringan menandai paket dengan label panjang tetap yang berisi informasi tentang rute dan prioritas layanan. MPLS memiliki berbagai kelas layanan, tetapi hanya dapat menyediakan QoS dalam domain MPLS dan bukan ujung ke ujung. Oleh karena itu penggunaan MPLS untuk QoS sangat terbatas.
Solusi Layer 2 untuk QoS. Metode yang sangat efektif untuk menerapkan QoS dalam jaringan adalah dengan menggunakan protokol lapisan 2 untuk memprioritaskan lalu lintas. Beroperasi pada lapisan akses kontrol media (MAC), standar 802.p memberikan spesifikasi untuk sakelar lapisan 2 yang membentuk delapan kelas lalu lintas. Baik Virtual Local Area Network (VLAN) dan VPLS (Virtual Private LAN Service) akan mendukung 802.p untuk membuat sirkuit virtual yang diprioritaskan sesuai dengan jenis konten. Solusi lapisan 2 untuk QoS mungkin merupakan cara paling efektif untuk menyediakan layanan berkualitas tinggi dan diprioritaskan melalui jaringan IP. Namun, solusi lapisan 2 biasanya hanya digunakan dalam intranet dan VLAN yang dikontrol oleh satu administrator sistem. Melalui Internet global, tidak dimungkinkan untuk menggunakan solusi lapisan 2 QoS saat mengakses situs publik.
Kesimpulan
Artikel ini telah menunjukkan bahwa metode awal QoS di jaringan IP seperti kontrol aliran TCP dan buffer FIFO tidak memadai untuk aplikasi Internet kecepatan tinggi saat ini. Metode QoS yang lebih baik diperlukan untuk mendukung aplikasi waktu nyata seperti video dan voice over IP.
Ada tiga tingkat QoS: upaya terbaik, layanan berbeda, dan layanan terjamin. Upaya terbaik tidak menyediakan protokol QoS selain kontrol aliran TCP dan hanya dapat digunakan untuk lalu lintas IP yang tidak peka waktu seperti email dan penelusuran web. Layanan yang dibedakan mengklasifikasikan dan memprioritaskan arus lalu lintas sehingga lalu lintas dengan prioritas yang lebih tinggi memiliki prioritas dalam jaringan. Contoh metode layanan yang dibedakan adalah PBR, CAR, prioritas IP, PQ, dan DiffServ. Tingkat layanan yang dijamin dari QoS memberikan QoS terbaik dengan memesan sumber daya di seluruh jaringan untuk arus lalu lintas prioritas tinggi. Contohnya adalah RSVP dan IntServ. Tingkat layanan yang dijamin hanya dapat diberikan ketika jaringan memiliki bandwidth yang memadai untuk mendukung lalu lintas.
Menerapkan Layer 2 QoS sangat efektif ketika satu administrator sistem mengontrol jaringan. Standar 802.p menyediakan metode untuk mengklasifikasikan dan memprioritaskan lalu lintas menggunakan alamat MAC dan switch layer 2. Dengan VLAN, sirkuit virtual dapat memprioritaskan lalu lintas dan membangun QoS tingkat tinggi. Namun metode ini tidak berlaku ketika jaringan IP adalah Internet global dan situs publik harus diakses.
Masa depan Internet akan bergantung pada metode kualitas layanan (QoS) yang efektif. Untuk mendukung aplikasi real-time masa depan melalui Internet global, metode transmisi yang andal akan dibutuhkan bersama dengan kemampuan untuk mengklasifikasikan dan memprioritaskan lalu lintas secara end to end basis. Metode QoS yang dijelaskan dalam makalah ini memberikan kerangka kerja untuk mengimplementasikan QoS dalam jaringan IP. Solusi lapisan 2 akan melayani Intranet, sementara standar dan solusi umum harus diputuskan untuk Internet publik.
Michael E. Bennett memiliki lebih dari 25 tahun pengalaman dalam telekomunikasi pemerintah federal dan sistem teknologi informasi. Dia saat ini adalah petugas operasi untuk organisasi Departemen Pertahanan yang menyediakan telekomunikasi di seluruh dunia untuk militer AS. Keahlian Bapak Bennett mencakup bidang disiplin ilmu yang luas termasuk broadband, SONET, ATM, DWDM, serat optik dan komunikasi satelit. Bapak Bennett adalah lulusan Universitas Maryland tahun 1981 dan meraih gelar Magister Sains di bidang Telekomunikasi dari Universitas Denver.
sumber: E-Jasa