TCP/IP: Lapisan Protokol Data Link
Keluarga protokol TCP/IP di disain untuk dapat dioperasikan di atas hampir semua teknologi jaringan lokal atau wide area network. Tentu protokol di tingkat network interface perlu diatur supaya IP dapat dijalankan di atas berbagai interface / teknologi jaringan fisik yang ada.
Umumnya paket data yang dikirim pada komunikasi data antar komputer di Internet menggunakan metoda komunikasi data sinkron. Dalam bahasa sederhana, komunikasi data sinkron adalah pengiriman data yang dilakukan secara terus menerus tanpa henti sampai satu frame selesai dikirim.
Lawan-nya adalah komunikasi asinkron, dimana data dikirim terputus-putus tidak dalam satu kesatuan, dan tidak tentu waktu pengirimannya. Oleh karena-nya dalam komunikasi asinkron dibutuhkan tanda start dan stop untuk mengetahui bahwa ada data yang dikirim. Komunikasi asinkron sering di sebut komunikasi start-stop. Pada gambar di perlihatkan beda komunikasi sinkron dan asinkron.
Untuk setiap jenis saluran fisik yang digunakan, umumnya kita akan menggunakan protocol data link yang berbeda-beda. Masing-masing protocol data link di rancang untuk mengambil manfaat maksimal dari sebuah saluran fisik tertentu. Pada bagian ini akan di jelaskan beberapa contoh protokol link untuk beberapa jenis saluran fisik, seperti, saluran dial-up, LAN / Ethernet, Wireless LAN dan radio paket.
Secara umum akan terlihat bahwa format frame dari masing-masing protokol data link mempunyai kemiripan satu dengan yang lainnya. Umumnya berbasis pada format frame High Level Data Link Controller (HDLC) yang merupakan protokol bit-oriented biasanya digunakan dalam komunikasi data yang sifatnya sinkron. Frame protokol keluarga Wireless LAN barangkali merupakan format yang paling kompleks dari semua frame yang ada.
Point-to-Point Protocol (PPP)
Serial Line Internet Protocol SLIP RFC 1055 dan Point-to-Point Protocol PPP RFC 1661 adalah dua protokol yang sering digunakan di komunikasi melalui saluran serial di komputer. Pada hari ini, SLIP dan PPP telah menjadi bagian dari semya sistem operasi di PC. Kita akan menggunakan PPP melalui modem telepon untuk tersambung ke Internet melalui ISP baik itu dial-up maupun sambungan 24 jam.
Salah satu kelebihan PPP adalah kemampuan untuk melakukan negosiasi pada saat sambungan awal, seperti password, IP address, kompresi, dan enkripsi. Di samping itu, PPP mendukung komunikasi beberapa protokol sekaligus di atas satu sambungan. Di jaringan seperti ISDN, PPP mendukung inverse multiplexing dan alikasi bandwidth secara dynamic melalui Multilink-PPP (ML-PPP) diterangkan di RFC 1990 (http://www.isi.edu/in-notes/rfc1990.txt) dan RFC 2125 (http://www.isi.edu/in-notes/rfc2125.txt).
PPP biasanya menggunakan format frame High Level Data Link Controller (HDLC) yang merupakan protokol bit-oriented biasanya digunakan dalam komunikasi data yang sifatnya sinkron. RFC 1661 tidak menyaratkan penggunan HDLC. HDLC mendefiniskan kolom pertama dan dua kolom yang terakhir dari frame.
- Flag: 8-bit pattern "01111110" yang digunakan sebagai batas awal dan akhir pengiriman data / paket.
- Address: Untuk PPP, digunakan address broadcast 8-bit, "11111111".
- Frame Check Sequence (FCS): 8-bit sisa dari kalkulasi cyclic redundancy check (CRC), digunakan untuk dekteksi kesalahan bit.
RFC 1661 pada dasarnya menjelaskan penggunaan ke tiga kolom yang lain dalam frame:
- Protocol: 8 atau 16 bit yang menentukan jenis datagram yang dibawa di kolom informasi. Kolom protokol menentukan jenis protokol yang digunakan di lapisan network (apakah itu IP, IPX atau DDP), atau PPP Link-layer Control Protocol (LCP). Daftar lengkap nilai PPP yang mungkin dapat di peroleh dari IANA list of PPP protocols. (http://www.iana.org/numbers.html#P)
- Information: berisi datagram dari protokol yang di spesifikasikan di kolom protokol. Kolom ini dapat kosong, atau berisi beberapa oktet, hingga maksimum 1500 oktet (default). Tentunya untuk nilai yang berbeda dapat di negosiasikan.
- Padding: bersifat optional untuk menambah panjang dari kolom informasi. Mungkin dibutuhkan di beberapa implementasi untuk menjamin panjang frame minimum dan/atau untuk menjamin alignment batas dari komputer word.
Operasional PPP pada dasarnya sebagai berikut:
- Sesudah link fisik tersambung, setiap host akan mengikim paket LCP untuk mengkonfigurasi dan test data link. Pada saat ini panjang maksimum frame, protokol authentikasi (Password Authentication Protocol, PAP, atau Challenge-Handshake Authentication Protocol, CHAP), protokol link quality, protokol kompresi, dan berbagai parameter konfigurasi di negosiasikan. Authentikasi, jika digunakan, akan dilakukan setelah sambungan fisik terjadi.
- Setelah sambungan fisik terjadi, satu atau lebih protokol lapisan network dikonfigurasikan menggunakan NCP yang sepadan. Jika digunakan IP, PPP akan mengunakan IP Control Protocol (IPCP). Setelah setiap protokol lapisan network selesai di konfigurasikan, datagram dari masing-masing protokol dapat dikirim melalui sambungan. Control protocol dapat digunakan untuk IP, IPX (NetWare), DDP (AppleTalk), DECnet, dan banyak lagi.
- Sambungan akan terus tersambung untuk komunikasi sampai paket LCP dan/atau NCP memutuskan sambungan.
Local Area Network
Pada hari ini, jaringan lokal atau lebih dikenal sebagai Local Area Network (LAN) merupakan jaringan yang paling banyak di implementasikan untuk membentuk sebuah jaringan komputer.
Komputer yang terkait ke jaringan LAN biasanya di lengkapi dengan card Ethernet atau Network Interface Card / NIC atau lebih di kenal sebagai card LAN di toko-toko. Sebetulnya ada banyak tipe teknologi NIC, seperti, TokenRing, ARCNET dll, tapi yang paling populer adalah Ethernet & Wireless Ethernet / Wireless LAN.
Data melalui ethernet di kirim dalam unit frame, dimana setiap frame mempunyai awal dan akhir yang sangat jelas, Tampak pada gambar adalah struktur sebuah frame Ethernet versi 2.0 yang banyak di gunakan saat ini.
Dalam frame Ethernet II, di definisikan:
- Preamble:digunakan untuk sinkronisasi kecepatn / modem, 64 bit.
- Alamat Ethernet Tujuan (Destination Address): dari mesin yang dituju, 48 bit
- Alamat Ethernet Asal / Pengirim (Source Address): dari mesin pengirim, 48 bit
- Tipe: Tipe data yang dikirim, seperti, IP, ARP, RARP, dll, 16 bit.
- Kolom Data / Informasi: 46-1500 bytes, yang membawa informasi dan protokol yang lebih tinggi keluarga TCP/IP.
- CRC Cyclical Redundancy Check: digunakan untuk mendeteksi kesalahan, 32 bit
Alamat Ethernet, atau lebih di kenal sebagai Media Access Control (MAC) address, kira-kira equivalen dengan nomor seri dari NIC. Setiap paket yang dikirim oleh NIC akan di bungkus di dalam frame Ethernet yang menggunakan MAC address untuk mengarahkan traffik di jaringan lokal. Oleh karena itu MAC address hanya penting di jaringan lokal saja. Pada saat paket berjalan di Internet, loncat dari satu router ke router yang lain IP address tidak berubah. Tapi MAC address akan di alokasikan lagi oleh setiap router yang di lewati. Proses / mekanisme perolehan informasi MAC address di jaringan menggunakan Address Resolution Protocol (ARP).
Sebetulnya masih banyak tipe Ethernet frame, beberapa diantaranya dapat dilihat di
- http://telecom.tbi.net/frmlan.html
- http://www.erg.abdn.ac.uk/users/gorry/course/lan-pages/
- http://en.wikipedia.org/wiki/Ethernet.
WLAN: Wireless LAN IEEE 802.11, 802.11a, 802.11b, 802.11g
Salah satu teknologi jaringan yang paling diminati pada saat ini (tahun 2006) adalah teknologi Wireless LAN yang memungkinkan kita membangun jaringan Internet pada kecepatan tinggi menggunakan radio pada frekuensi 2.4GHz & 5.8GHz tanpa menggunakan Telkom. Hal ini memungkinkan untuk membuat akses Internet menjadi murah.
Teknologi Wireless Local Area Network (WLAN) di definisikan melalui spesifikasi protokol IEEE 802.11. Pada saat ini ada cukup banyak spesifikasi yang ada, beberapa yang dominan adalah 802.11, 802.11a, 802.11b, and 802.11g. Semua menggunakan protokol Ethernet dan CSMA/CA (carrier sense multiple access with collision avoidance jadi bukan CSMA/CD) dalam mengakses channel radio secara bersama-sama.
802.11 – mendefinisikan jaringan wireless LAN yang mampu memberikan kecepatan 1 / 2 Mbps pada frekuensi 2.4GHz menggunakan modulasi Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) atau Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS). Teknologi IEEE 802.11 FHSS yang dominan pada hari ini adalah Bluetooth.
802.11a – merupakan extension dari 802.11 yang digunakan untuk Wireless LAN dan dapat memberikan kecepatan sampai dengan 54 Mbps di frekuensi 5-5.8 GHz. 802.11a menggunakan teknik modulasi / pengkodean Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) yang berbeda dengan FHSS atau DSSS.
802.11b (juga di kenal sebagai 802.11 kecepatan tinggi, atau Wireless Fidelity / WiFi) – merupakan extension dari 802.11 yang digunakan untuk Wireless LAN dan memberikan kecepatan sampai dengan 11 Mbps (dan dapat turun automatis menjadi 5.5, 2 dan1 Mbps) pada frekuensi 2.4 GHz. 802.11b hanya menggunakan DSSS. 802.11b merupakan ratifikasi dari standard 802.11 yang awal, yang memungkinkan jaringan wireless LAN mempunyai kemampuan yang hampir sama dengan Ethernet kabel.
802.11g – memungkinkan wireless LAN kecepatan tinggi 54Mbps di 2.4GHz untuk jarak dekat. 802.11g menggunakan teknik pengkodean / modulasi OFDM.
Modulasi yang digunakan di 802.11 awalnya adalah Phase-Shift Keying (PSK). Metoda modulasi yang digunakan di 802.11b adalah Complementary Code Keying (CCK), yang memungkinkan kecepatan tinggi dan lebih tahan terhadap interferensi propagasi multipath. 802.11a menggunakan modulasi Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) yang memungkinkan kecepatan tinggi sampai 54 Mbps, tapi umumnya komunikasi data berlangsung pada kecepatan 5.5 Mbps, 11 Mbps, atau 24 Mbps.
Untuk jarak dekat & low power (kurang dari 10 meter) terutama di peralatan personal, seperti PDA, Bluetooth dan standard IEEE 802.15 menjadi dominan. Untuk jarak jauh dan kota besar, WiMAX dan IEEE 802.16 menjadi dominan. Struktur MAC frame IEE 802.11 tampak sebagai berikut tampak pada gambar
Definisi kolom di MAC IEEE 802.11b adalah:
- Frame Control (FC): Versi protokol dan jenis frame yang di jelaskan lebih detail di Frame Control.
- Duration/ID (ID) : digunakan untuk untuk message poll untuk power-save. Nilai waktu-nya digunakan untuk perhitungan Network Allocation Vector (NAV).
- Sequence Control (SC): terdiri dari nomor fragment dan nomor urut. Digunakan untuk merepresentasikan urutan dari berbagai potongan dari frame yang sama, atau untuk mendeteksi duplikasi.
- Kolom alamat (1-4): berisi 4 address (source, destination, transmittion dan receiver address) tergantung pada bit ToDS dan FromDS yang ada di Frame Control.
- Kolom Data / Informasi: 0-2312 bytes, yang membawa informasi dan protokol yang lebih tinggi keluarga TCP/IP.
- CRC Cyclical Redundancy Check: digunakan untuk mendeteksi kesalahan, 32 bit
| ToDS | FromDS | Address 1 | Address 2 | Address 3 | Address 4 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | DA | SA | APA | |
| 0 | 1 | DA | APA | SA | |
| 1 | 0 | APA | SA | DA | |
| 1 | 1 | RA | TA | DA | SA |
Dimana:
DA Destination Address (alamat tujuan) SA Source Address (alamat pengirim) RA Receipent Address (alamat penerima) TA Transmitter Address (alamat pemancar) APA Access Point Address (alamat access point)
Format Frame Control (FC) adalah sebagai berikut:
- Protocol Version: menjelaskan versi standard IEEE 802.11 yang digunakan.
- Type: menjelaskan bahwa paket yang dikirim apakah – Management, Control atau Data.
- Sub-type: adalah Authentication frame, Deauthentication frame; Association request frame; Association response frame; Reassociation request frame; Reassociation response frame; Disassociation frame; Beacon frame; Probe frame; Probe request frame dan Probe response frame.
- ToDS: di set 1 jika frame dikirim ke Distribution System (DS).
- FromDS: di set 1 jika frame di terima dari Distribution System (DS).
- More Fragment: di set 1 jika akan ada fragmen (potongan paket) selanjutnya yang merupakan bagian dari frame ini yang akan dikirim.
- Retry: menunjukan bahwa potongan yang dikirim pernah dikirim sebelumnya, Bagi penerima, hal in menunjukan bahwa ada duplikasi pengiriman frame.
- Power Management: menunjukanm bawa stasiun / PC akan masuk ke mode power management (irit batere) setelah frame ini dikirim.
- More Data: menunjukan bahwa ada banyak frame di antrian dari PC / station ini.
WEP (Wired Equivalent Privacy): menujukan bahwa data yang dikirim di enkrip berdasarkan algoritma WEP.
- Order: menunjukan bahwa frame yang dikirim menggunakan aturan yang ketat.
| Bit b3 b2 | Penjelasan | Bit b7 b6 b5 b4 | Penjelasan |
|---|---|---|---|
| 00 | Management | 0000 | Associate Request |
| 00 | Management | 0001 | Associate Responds |
| 00 | Management | 0010 | Reassociate Request |
| 00 | Management | 0011 | Reassociate Responds |
| 00 | Management | 0100 | Probe Request |
| 00 | Management | 0101 | Probe Responds |
| 00 | Management | 0110-0111 | Reserved |
| 00 | Management | 1000 | Beacon |
| 00 | Management | 1001 | ATIM |
| 00 | Management | 1010 | Disassociation |
| 00 | Management | 1100 | Deauthentication |
| 00 | Management | 1101-1111 | Reserved |
| 01 | Control | 0000-0001 | Reserved |
| 01 | Control | 1010 | PS-Poll |
| 01 | Control | 1011 | RTS |
| 01 | Control | 1100 | CTS |
| 01 | Control | 1101 | ACK |
| 01 | Control | 1110 | CF End |
| 01 | Control | 1111 | CF End + CF-ACK |
| 10 | Data | 0000 | Data |
| 10 | Data | 0001 | Data + CF-ACK |
| 10 | Data | 0010 | Data + CF-Poll |
| 10 | Data | 0011 | Data + CF-ACK + CF-Poll |
| 10 | Data | 0100 | Null Function (no data) |
| 10 | Data | 0101 | CF-ACK (no data) |
| 10 | Data | 0110 | CF-Poll (no data) |
| 10 | Data | 0111 | CF-ACK + CF-Poll (no data) |
| 10 | Data | 1000-1111 | Reserved |
Keterangan teknis lebih mendalam tentang format frame protokol Wireless LAN IEEE 802.11b terutama dapat di ambil di http://umsis.miami.edu/~ksarinna/IEEE80211b.html.
Keterangan lebih lanjut tentang berbagai informasi tentang teknologi Wireless LAN cukup mudah di peroleh di Google. Terutama untuk membuat infrastruktur Internet murah ada beberapa site yang mungkin bisa untuk memulai-nya adalah
- http://yb1zdx.arc.itb.ac.id
- http://sandbox.bellanet.org/~onno/
- http://nuke.freenet-antennas.com/
- http://www.seattlewireles.net
- http://www.wlan.org.uk
- http://www.wndw.net
- http://wireless.ictp.trieste.it.
Paket Radio
Teknik radio paket merupakan cikal bakal / teknik awal dari berbagai teknik Internet menggunakan radio yang sekarang marak. Teknik ini cukup populer di Indonesia di awal tahun 80-an. Memang kecepatan jaringan komputer yang menggunakan radio paket sangat rendah, hanya sekitar 1200-9600 bps, sangat rendah di bandingkan dengan teknologi WiFi 11-150Mbps yang sekarang kita nikmati.
Akan tetapi, saya sendiri cukup kaget mengetahui bahwa teknologi radio paket masih di gunakan oleh banyak saudara kita di Indonesia khususnya di daerah-daerah terpencil di Nusa Tenggara dll. Melihat kenyataan ini, saya memasukan pembahasan frame protokol AX.25 yang merupakan standard yang digunakan di radio paket.
Adapun format frame AX.25 radio paket adalah sebagai berikut:
AX.25 sama seperti PPP menggunakan format frame High Level Data Link Controller (HDLC) yang merupakan protokol bit-oriented biasanya digunakan dalam komunikasi data yang sifatnya sinkron. HDLC mendefiniskan kolom pertama dan dua kolom yang terakhir dari frame.
- Flag: 8-bit pattern "01111110" yang digunakan sebagai batas awal dan akhir pengiriman data / paket.
- Control: 8 / 16bit , adalah kolom kontrol pada AX.25 yang mengacu pada operasi HDLC balances operation yang pada dasarnya terdiri dari tiga (3) mekanisme, yaitu, frame informasi (I), supervisory (S) dan unnumbered (U). Frame untuk mengirimkan data adalah frame informasi (I).
- Address: 112 / 224 bit, pada AX.25, digunakan callsign Amatir radio untuk stasiun tujuan, stasiun penerima, dan beberapa stasiun relay jika ada. Di tambah Secondary Station Identifier (SSID). Total per address akan memakan 7 byte ( 48bit).
- Protocol: 8 bit yang menentukan jenis datagram yang dibawa di kolom informasi. Kolom protokol menentukan jenis protokol yang digunakan di lapisan network (apakah itu IP, ARP, NET/ROM, TEXNET, FlexNet dll).
- Information: berisi datagram dari protokol yang di spesifikasikan di kolom protokol. Kolom ini dapat kosong, atau N kali 8 bit.
- Frame Check Sequence (FCS): 16-bit sisa dari kalkulasi cyclic redundancy check (CRC), digunakan untuk dekteksi kesalahan bit.
Teknik Control secara lengkap dan Protokol ID yang di dukung di AX.25 dapat dilihat di spesifikasi AX.25 versi 2.2 yang dapat di ambil dari http://www.tapr.org.
Bagi anda yang berminat untuk mengoprek teknologi radio paket, terutama mengunakan Linux, dapat mengambil berbagai referensi-nya di http://yb1zdx.arc.itb.ac.id/orari-diklat/teknik/packet-radio/