2013100981IFBab2001

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini akan membahas tentang teori-teori yang digunakan dalam penyusunan

skripsi ini. Bagian pertama membahas teori umum. Bagian kedua membahas teori

khusus yang berkaitan dengan topik skripsi ini yaitu Software Defined Networking

yang melatarbelakangi penyusunan bab 1, bab 3 dan bab 4.

2.1 Teori Umum Jaringan

2.1.1 Perangkat Jaringan

Didalam jaringan komputer, terdapat dua istilah untuk perangkat-

perangkat yang di gunakan yaitu, end device dan

intermediary device.

(Dye,

2008).

End device

merupakan perangkat-perangkat yang menjadi pengguna dari

jaringan komputer sebagai sumber atau tujuan dari pertukaran data. End

device dapat memiliki berbagai macam istilah seperti node, host, station,

dsb. Contoh-contoh end device seperti PC, server, printer, dsb.

Intermediary device

adalah perangkat yang berfungsi sebagai penghubung

antar perangkat yang ada di dalam jaringan komputer. Contoh-contoh

intermediary device seperti switch, hub, router, firewall, dsb.

2.1.2 Topologi Jaringan

Topologi merujuk kepada bagaimana perangkat jaringan disusun dalam

jaringan. Dua atau lebih network device yang saling terhubung akan membentuk

topologi. Ada 4 topologi jaringan yang mendasar: mesh, star, bus, dan

ring.

(Forouzan, 2007)

Mesh

Dalam topologi mesh

setiap perangkat jaringan terhubung langsung

terhadap semua perangkat jaringan lainnya yang ada di jaringan.

Gambar 2.1 Topologi Mesh

Star

Dalam topologi star, setiap perangkat jaringan terhubung hanya pada

satu controller yang terpusat, seperti switch, hub atau acces point.

Gambar 2.2 Topologi Star

Bus

Dalam topologi bus, setiap perangkat jaringan akan terhubung dengan

kabel backbone

yang akan menghubungkan semua perangkat di dalam

jaringan. Setiap perangkat terhubung ke backbone

dengan menggunakan

peralatan khusus yang dinamakan drop line dan

tap. Drop line

merupakan

kabel yang menghubungkan antara perangkat jaringan dengan backbone,

sedangkan tap penghubung antara kabel drop line dan kabel backbone.

Gambar 2.3 Topologi Bus

Ring

Dalam topologi ring, setiap perangkat jaringan hanya terhubung

langsung dengan dua perangkat jaringan yang berada di masing-masing sisi.

Sinyal akan di teruskan dalam satu arah, dari perangkat yang satu ke

perangkat berikutnya hingga sampai di tujuan.

Gambar 2.4 Topologi Ring

Hybrid

Umumnya dalam satu jaringan komputer yang besar, beberapa

topologi mendasar yang di jelaskan di atas akan saling terhubung hingga

membentuk topologi hybrid. Gambar 2.5 menunjukkan topologi hybrid

dimana end device

terhubung ke jaringan dengan topologi bus, yang

kemudian topologi bus

tersebut akan saling terhubung satu dengan lainnya

melalui controller yang akan membentuk topologi star.

Gambar 2.5 Topologi Hybrid

2.1.3 Kategori Jaringan Komputer

Ketika membicarakan kategori jaringan komputer, umumnya merujuk

kepada dua kategori utama, yaitu Local Area Network (LAN) dan

Wide Area

Network (WAN), dimana suatu jaringan komputer ditentukan berdasaran ukuran

cakupannya. (Forouzan, 2007)

Local Area Network (LAN)memiliki cakupan area yang tidak terlalu luas,

biasanya hanya sekitar beberapa kilometer. LAN umumnya di implementasikan

dalam satu gedung atau antar beberapa gedung yang saling berdekatan dengan

tujuan agar perangkat jaringan yang berada di dalam jaringan dapat saling

terhubung dan berbagi sumber daya.

Wide Area Network (WAN)menyediakan transmisi data jarak jauh dan

cakupannya sangat luas meliputi suatu pulau, negara, benua, bahkan seluruh

dunia. WAN sendiri dapat terbagi lagi menjadi dua kategori, yaitu point-to-point

WAN dan

switched WAN. Switched WAN

umumnya menghubungkan

intermediary device

yang terhubung dengan LAN atau WAN lain, sedangkan

point-to-point WAN

umumnya adalah layanan jaringan yang di sewakan oleh

provider agar perangkat jaringan atau LAN dapat terhubung ke internet.

Gambar 2.6Switched WAN dan Point-to-Point WAN

Selain itu, kategori lainnya dalam jaringan komputer

yang merupakan

turunan dari WAN dan LAN adalahCampus Area Network (CAN) yaitu jaringan

komputer yang terdiri dari interkoneksi LAN dalam wilayah geografis yang

terbatas. Jaringan biasanya menghubungkan berbagai bangunan kampus seperti

departemen akademik, perpustakaan, dll.

Metropolitan Area Network (MAN) adalah jaringan yang menghubungkan

dua atau lebih LAN atau CAN tetapi tidak melampaui batas-batas kota.

Global Area Network (GAN) dikembangkan oleh beberapa kelompok dan

tidak mempunyai definisi yang spesifik. Secara umum, GAN adalah model

untuk mobile communication

melalui nomor yang berubah-ubah dari wireless

LAN, area jangkauan satelit, dll.

2.1.4 Desain Jaringan

Desain jaringan adalah salah satu faktor yang mempengaruhi performa

jaringan. Dengan desain jaringan yang best practice, performa jaringan

meningkat dari segi reliability, security, scalability, dan

manageability. (Dye,

2008)

Reliability merujuk kepada seberapa sering jaringan mengalami gangguan

dan kemampuannya dalam menghadapai gangguan. Reliability

di capai dengan

mengimplementasikan redundancy yaitu menerapkan beberapa link sebagai link

cadangan.

Scalability

adalah kemudahan dalam mengembangkan jaringan tanpa

mempengaruhi kinerja jaringan. Scalability

dicapai dengan

mengimplementasikan jaringan dengan model hierarchical dan

link-

aggregation, yaitu menggabungkan beberapa link

fisik menjadi satu buah link

logikal.

Security dan

manageability

dapat di capai dengan menerapkan jaringan

model hierarchical.

Gambar 2.7 Desain Jaringan Hierarchical

Core Layer

Layer

ini berfungsi sebagai backbone

dari jaringan penghubung antar

perangkat jaringan di layer distribution, serta penghubung ke WAN.

Karakteristik layer ini adalah memiliki bandwidth

yang besar serta perangkat

jaringan dengan kemampuan packet forwarding

yang tinggi karena layer ini

merupakan aggregate atau kumpulan koneksi layer di bawahnya.

Distribution Layer

Layer

ini berfungsi sebagai penghubung antar perangkat jaringan pada

access layer dan security untuk packet-filtering. Karakteristik layer ini adalah

high speed forwarding dan routing capacity serta ACL.

Access Layer

Layer

ini berfungsi sebagai penghubung perangkat end device

pada

jaringan dan security untuk end device filtering. Karakteristik layer ini adalah

port security dan PoE untuk beberapa end device.

2.1.5 VLAN

VLAN adalah sebuah model jaringan yang

tidak terbatas pada keadaan

fisik dan bertujuan

untuk mengelompokkan beberapa komputer. Dengan kata

lain, VLAN adalah sekumpulan

user yang terkelompok secara logika.

DenganVLAN, perubahan jaringan dapat dilakukan

dengan melakukan

konfigurasi pada

port, sesuai

VLAN yang dibutuhkan, dan tidak memerlukan

jaringan secara fisik. VLAN mampu

mernbagi sebuah broadcast domain

rnenjadi

beberapa broadcast domain

dengan ukuran yang

lebih kecil. Setiap

broadcast domain

yang

terbentuk tersebut dapat dipandang sebagai subnetwork

yang berbeda-beda. VLAN dapat

ditentukan berdasarkan lokasi, fungsi,

departemen, aplikasi, dan protokol yang digunakan. (Sofana, 2010)

2.2 Software Defined Networking (SDN)

Software Defined Networking (SDN)

adalah sebuah pendekatan baru dalam

mendesain, membangun, dan mengelola jaringan komputer.Konsep dasar SDN

berkaitan erat dengan arsitektur perangkat networking seperti Router, packet Switch,

LAN Switch dan sebagainya. Secara umum dalam perangkat networking terdapat dua

bagian, yaitu Control Plane dan Data Plane. (Hyojoon, 2013)

Control Plane

adalah bagian yang berfungsi untuk mengatur logika pada

perangkat networking seperti routing table, pemetaan jaringan, dan sebagainya.Data

Plane

adalah bagian yang berfungsi untuk meneruskan paket-paket yang masuk ke

suatu port

pada perangkat networking

menuju port

keluar dengan berkonsultasi

kepada Control Plane.

2.2.1Jaringan Tradisional VS Jaringan SDN

Konsep jaringan SDN adalahmelakukan pemisahan antara Control Plane

dan Data Plane, dimana Data Plane

tetap berada pada perangkat networking,

sedang Control Plane berada pada sebuah entitas terpisah bernama “Controller”

yang akan menentukan perilaku jaringan dengan cara memungkinkan Data

Plane

untuk di program sehingga terbentuklah istilah Software Defined

Networking (SDN)yang mendefinisikan jaringan. (Mendonca, 2013)

Hal ini berbeda dengan konsep jaringan tradisional, yaitu Control Plane

dan Data Plane berada dalam satu perangkat networking yang sama.

Gambar 2.8

mengilustrasikan perbandingan antara konsep jaringan

tradisional dengan konsep jaringan Software Defined Networking

(SDN).Gambar di sebelah kiri merupakan konsep jaringan tradisional, Control

Plane

dan Data Plane

berada dalam satu tempat yang sama, yaitu di dalam

perangkat networking.

Gambar sebelah kanan

merupakan konsep jaringan SDN menunjukkan

pemisahan Control Plane dari Data Plane, sehingga pada perangkat networking

hanya terdapat Data Plane.Selain itu pada gambar di atas perbedaan antara

konsep jaringan komputer tradisional dengan konsep jaringan komputer SDN

juga di tunjukkan, yaitu pada struktur Control Plane.

Gambar 2.8 Jaringan Tradisional VS Jaringan SDN

Control Plane

pada jaringan tradisional merupakan struktur yang

terdistribusi, yaitu setiap perangkat networking

memiliki ControlPlane-nya

tersendiri sehingga dapat membuat keputusan secara otonomi berdasarkan

informasi yang

dimilikinya, sedangkanControl Planepada jaringan SDN,

strukturnya tersentralisasi. Dimana perangkat networking

hanya memiliki

kemampuan terbatas dalam membuat keputusan, dan untuk membuat keputusan

membutuhkan kehadiran Controller.

2.2.2 Model Control Plane

Gambar 2.9 Model Control Plane

Terdapat 3 modelcontrol plane yaitu :

Distributed Control

merupakan struktur model yang mewakili konsep

jaringan tradisional, dimana Control Planedan Data Plane berada dalam satu

perangkat networking yang sama.

Centralized Control, tidak terdapat Control Plane pada perangkat networking.

Perangkat networking

hanya terdiri dari Data Plane

yang berfungsi

meneruskan paket-paket. Semua keputusan akan ditentukan oleh Controller.

Hybrid Control, Control Plane

tetap berada pada

perangkat networking,

namun secara logika pengambilan keputusan tetap akan tersentralisasi pada

Controller. Control Plane lokal

pada perangkat networking berperan untuk

pengambilan keputusan yang sebelumnya telah di tentukan dan tidak

memerlukan lagi keterlibatan Controller.(Nadeau, 2013)

2.2.3 Arsitektur Konseptual SDN

Gambar 2.10 Arsitektur Konseptual SDN

Secara konseptual

terdapat 3 layer yang menyusun arsitektur jaringan

SDN, yaitu Application Plane, Control Plane, dan Data Plane. Application

Plane adalah layer dimana aplikasi-aplikasi seperti web server, mail server, dan

sebagainya yang berjalan di atas jaringan komputer berada. Control Plane

adalah

layer

dimana Controller berada setelah di pisahkan dari Data Plane.

Sedang Data Planelayer

dalam gambaran konseptual ini hanyalah sekumpulan

dari perangkat networking

yang akan di kendalikan oleh Control Plane.

(Stallings, 2013)

Antara Application Plane dan Control Plane, terdapat sebuah Application

Programming Interface (API)

yang berfungsi untuk menjembatani komunikasi

antara kedua layer

tersebut. API ini di namakan Northbound Interface.Sedang

antara Control Plane

dan Data Plane, terdapat sebuah API yang di namakan

Southbound Interface. Terdapat beberapa implementasi Southbound Interface,

namun yang paling umum dan popular adalah OpenFlow.

2.2.4 Operasi Jaringan SDN dengan OpenFlow

Secara umum jaringan SDN dengan OpenFlow

beroperasi dengan cara

yang berbeda dari jaringan tradisional. Jaringan SDN OpenFlow

menggunakan

konsep Flow, yang di definisikan sebagai aliran paket-paket

dalam jaringan

dimana header-header paketnya memiliki nilai-nilai yang sama. Sebagai contoh,

sebuah Flow dapat berupa paket-paket dengan alamat asal dan alamat tujuan IP

yang sama, atau semua paket dengan identifier

VLAN yang sama. (Stallings,

2013)

Controller yang terletak di Control Plane

adalah otak dari jaringan SDN

OpenFlow, dimana semua keputusan tentang jaringan di buat. Controller

menentukan Flow-Flow

yang dapat berada di dalam jaringan. Setiap Flow

dalam jaringan harus mendapatkan ijin terlebih dahulu dari Controller, yang

akan menentukan apakah komunikasi tersebut diperbolehkan

oleh network

policy. Jika di perbolehkan maka Controllerakan menentukan rute Flow, dan

menambahkan

rute

tersebut kepada setiap perangkat

networking

yang akan

dilalui oleh Flow.

Peran perangkat networking pada jaringan SDN OpenFlow adalah sebagai

berikut:

Mengenkapsulasi dan meneruskan paket yang pertama dari Flow

kepada

Controller, yang kemudian akan di tentukan oleh Controller

apakah Flow

tersebut akan di ijinkan atau tidak. Jika diperbolehkan

maka Flow

akan di

tambahkan ke dalam Flow Table perangkat networking.

Meneruskan paket-paket yang masuk dan keluar berdasarkan Flow Table.

Menolak paket secara sementara atau permanen bergantung pada keputusan

yang di tentukan oleh Controller.

2.2.5 OpenFlow Switch Specification

OpenFlow Switch Specification

adalah referensi yang awalnya

dikembangkan oleh Stanford University dan kemudian dilanjutkan Open

Networking Foundation (ONF). OpenFlow Switch Specification

meliputi

komponen dan fungsi dasar yang dibutuhkan oleh perangkat networking untuk

mendukung OpenFlow. (McKeown, 2013)

PerancangOpenFlow menemukan fakta bahwa banyak dari perangkat

networking

meskipun memiliki Flow Table

berbeda antar masing-masing

vendor, namun mempunyaifungsi-fungsi umum. Perangkat networking

tersebut

biasanya di produksi dengan menggunakan Ternary Content Addressable

Memory (TCAM). Desainer OpenFlow

mengeksploit fungsi-fungsi umum

tersebut yang kemudian digunakan dalam membentuk arsitektur logikal dari

OpenFlow Switch.

Gambar 2.11

menunjukkan arsitektur logikal dari perangkat networking

yang mendukung OpenFlow (yang selanjutnya disebut OpenFlow Switch) sesuai

referensi OpenFlow Switch Specification versi 1.3.0

Gambar 2.11 Arsitektur Logikal OpenFlow Switch

OpenFlow Switch

berkomunikasi dengan Controller menggunakan

OpenFlow Protocol

melalui Secure Socket Layer (SSL). Pada masing-masing

switch, terdapat serangkaian tabel yang dapat di implementasikan dengan

hardware

ataupun firmware.OpenFlow

mendefinisikan tiga tabel yang terdapat

di dalam arsitektur logikal OpenFlow Switch, yaitu Flow Table, Group Table,

dan Meter Table. (Stallings, 2013)

Flow Table

berfungsi untuk menentukan paket yang datang masuk ke

dalam suatu flow, dan kemudian mengambil tindakan terhadap paket tersebut.

Ada kemungkinan terdapat beberapa Flow Table dalam sebuah switch yang akan

di operasikan secara pipeline. Flow Table juga dapat mengarahkan Flow kepada

Group Table

yang akan memicu berbagai macam tindakan terhadap sebuah

Flow

atau lebih. Meter Table

digunakan untuk memicu berbagai macam

tindakan yang berkaitan dengan performa pada sebuah Flow.Controller melalui

OpenFlow

memperbolehkan untuk memanipulasi langsung seperti menambah,

menghapus, atau memodifikasi sebuah Flow

pada Flow Table. Sebuah

Flow

memiliki tiga kolom, yaitu: (Shinde, 2013)

Packet Header, yang menentukan bagaimana paket akan di teruskan.

Action, yang menspesifikasikan tindakan apa yang harus diambil terhadap

sebuah Flow.

Counter, yang menyatakan jumlah paket yang diproses pada tiap Flow.

Berikut adalah beberapa Action

mendasar yang dapat di asosiasikan

kepada setiap Flow:

Teruskan paket kepada port tertentu,

Tolak traffic tertentu,

Enkapsulasi dan teruskan paket ke Controller. Hal ini biasanya berlaku untuk

paket yang pertama sekali dari Flow, dan bertujuan untuk menentukan status

Flow tersebut.

Teruskan paket melalui proses pipelining

normal perangkat networking tanpa

mengambil tindakan apapun.

Gambar 2.12

menunjukkan contoh struktur Flow Table

dan Action Set

yang lebih mendetail.

Gambar 2.12Flow Table pada OpenFlow Switch

OpenFlow Switch

dapat dikategorikan menjadi dua macam, yaitu

Dedicated OpenFlow Switch dan

OpenFlow Enabled Switch. Dedicated

OpenFlow Switch

merupakan switch

yang hanya memiliki Data Plane, dan

berfungsi untuk meneruskan paket-paket saja seperti yang telah di tentukan oleh

Controller. Switch ini tidak mendukung operasi normal pada layer 2 dan layer 3

networking.OpenFlow Enabled Switch

merupakan perangkat networking yang

umum di gunakan saat ini, dimana akan ditambahkan dukungan OpenFlow

kedalamnya seperti Flow Table, Secure Channel, Group Table, dan Meter

Table. Umumnya hal ini dilakukan dengan upgradefirmware

pada perangkat

networking. (McKeown, 2008)

2.2.6 Komponen Untuk Menjalankan OpenFlow

NOX/POX

NOX merupakan sebuah kontroler yang sudah ada sejak awal dan suatu

component-based framework

untuk mengembangkan Aplikasi SDN. NOX

menyediakan support modules

khusus untuk OpenFlow. Inti NOX

menyediakan metode-metode pembantu dan API untuk berinteraksi dengan

Openflow switch, termasuk penanganan konektifitas pada mesin. Komponen-

komponen tambahan yang menghubungkan API yang telah tersedia

termasukhost tracking, routing, topology (LLDP), dan Python interface yang

diimplementasikan sebagai pembungkus untuk komponen API, seperti yang

ditunjukkan pada gambar 2.13. (O’Reilly, 2013)

Gambar 2.13 Arsitektur NOX

NOX sering digunakan dalam penelitian

dalam akademis dibidang

networking

untuk mengembangkan aplikasi SDN. Beberapa

aplikasi NOX

populer adalah SANE dan Etana. SANE adalah sebuah pendekatan untuk

merepresentasikan jaringan sebagai

sebuah filesystem. Sedangkan etana

adalah aplikasi penelitian pada Stanford University.Sedangkan POX adalah

yang terbaru, Python-based version dari NOX (NOX in Python).

Mininet

merupakan emulator jaringan yang mensimulasikan koleksi

dari host-end, switch, router,

dan link

pada single kernel Linux. Masing-

masing elemen ini disebut sebagai "host"

menggunakan virtualisasi ringan

untuk membuat sistem

tampilan tunggal sehingga terlihat seperti jaringan

yang lengkap, menjalankan kernel yang sama, sistem, dan user code. Mininet

penting bagi komunitas open-source

SDN. Mininet

biasanya digunakan

sebagai simulasi, verifikasi, testing tool, dan resource. (O’Reilly, 2013)

Gambar 2.14Contoh Simple Mininet Network

Sebuah hostpada Mininet

beroperasi seperti sebuah mesin yang

sebenarnya dan bisa menjalankan code secara bersama-sama.Dengan cara ini,

host Mininet

merupakan shell

pada mesin yang programnya dapat diubah-

ubah. Program kustom ini dapat mengirim, menerima, dan memroses paket

melalui

program yang tampaknya seperti ethernet nyata tetapi sebenarnya

adalah switch virtual.

Salah satu alasan Mininet banyak digunakan untuk

eksperimen karena

mininet bisa membuat topologi sesuai keinginan perancangnya, banyak yang

telah membuktikannya dengan topologi yang cukup kompleks, lebih besar,

dan topologi internet seperti yang

digunakan untuk penelitian pada BGP.

Fitur

lain yang sangat bagus dari

mininet

yaitu

memungkinkan untuk

kustomisasi packet forwarding sepenuhnya.

FlowVisor

Seperti layer virtualisasi pada komputer, FlowVisor

berada diantara

physical hardware

yang menjadi pokok dan software

yang mengontrol. Dan

seperti sebuah sistem operasi yang menggunakan set instruksi untuk

mengontrol pokok dari hardware, FlowVisor

digunakan protokol OpenFlow

untuk mengontrol pokok dari physical network. OpenFlow

membuka

forwarding control

dari sebuah paket switch

kepada sebuah entitas yang

diprogram yaitu kontroler OpenFlow. (Sherwood, 2009)

FlowVisor

menggunakan protokol OpenFlow

untuk berkomunikasi

dengan

host

dan switch. Kontroler pada

host

tidak perlu dimodifikasi dan

menganggap telah berkomunikasi langsung dengan perangkat jaringan.

2.3 Hasil Penelitian dan Produk Sebelumnya

Dalam jurnalACM SIGCOMM Computer Communication Reviewyang berjudul

“OpenFlow: Enabling Innovation in Campus Network”, (McKeown, 2008)

McKeown, dkk. mengutarakan perlunya sebuah jaringan yang dapat di program.

Hal tersebut dilandasi akan adanya kebutuhan untuk bereksperimen pada jaringan

bagi para peneliti, namun terbentur pada kenyataan bahwa lingkungan eksperimen

tidak mencerminkan kondisi seperti lingkungan nyata.Mereka mengembangkan

jaringan yang cukup besar pada departemen Computer Science dan Electrical

Engineering di Stanford University. Jaringan pada dua gedung akan diganti

dengan switch-switchyang menjalankan OpenFlow. Akhirnya, semua traffic akan

berjalan melalui jaringan OpenFlow dengan production traffic dan experimental

traffic

yang terisolasi

pada VLAN yang berbeda di bawah kendali network

administrator. Jadi, para peneliti akan mengontrol lalu lintas mereka sendiri, dan

dapat menambah / menghapus aliran-entri.

Jurnal yasng berjudul “FlowVisor: A Network Virtualization Layer”, (Sherwood,

2009)

Sherwood, dkk. membahas pendekatan baru untuk switch virtualization

dimana forwarding plane pada hardware yang sama bisa dibagi diantara beberapa

logical network

yang masing-masing menggunakan forwarding logic

yang

berbeda.Mereka menggunakan switchlevel virtualization

untuk membangun

sebuah platform

penelitian yang memungkinkan beberapa percobaan pada

jaringan untuk dijalankan side-by-sidedengan production traffic

yang masih

menyediakan isolasi dan kecepatan hardware forwarding.

Jurnal OSDI'10 Proceedings of the 9th USENIX conference on Operating systems

design and implementation yang berjudul “Can the Production Network Be the

Testbed?”(Sherwood, 2010) yang juga dibuat oleh Sherwood, dkk.

menggambarkan cara membuat testbed. Testbed bukanlah jaringan nyata. Testbed

merupakan sebuah platform untuk eksperimen dalam skala yang cukup besar.

Mereka mencoba untuk menanamkan testbed

ke jaringan dengan mengiris

hardware. Implementasi mereka saat itu terbatas pada pengendalian abstraksi dari

forwarding element yang diekspos oleh OpenFlow.