10 Gbps DAN 100 Gbps
1. Pendahuluan
Ethernet adalah sistem jaringan yang dibuat dan dipatenkan perusahaan Xerox. Kecepatan Ethernet waktu itu hanya 3 Mbps dan dikenali sebagai Experimental Ethernet. Ethernet adalah implementasi metoda CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) yang dikembangkan tahun 1960 pada proyek wireless ALOHA di Hawaii University diatas kabel coaxial. Standarisasi sistem ethernet dilakukan sejak tahun 1978 oleh IEEE. (lihat Tabel 1.)
Tabel 1 Badan pekerja di IEEE
-
Working Group
Bentuk Kegiatan
IEEE802.1
Standarisasi interface lapisan atas HILI (High Level Interface) dan Data Link termasuk MAC (Medium Access Control) dan LLC (Logical Link Control)
IEEE802.2
Standarisasi lapisan LLC
IEEE802.3
Standarisasi lapisan MAC untuk CSMA/CD (10Base5,
10Base2, 10BaseT, dll.) IEEE802.3z (Gigabit Ethernet)
IEEE802.4
Standarisasi lapisan MAC untuk Token Bus
IEEE802.5
Standarisasi lapisan MAC untuk Token Ring
IEEE802.6
Standarisasi lapisan MAC untuk MAN-DQDB (Metropolitan Area Network-Distributed Queue Dual Bus)
IEEE802.7
Grup pendukung BTAG (Broadband Technical Advisory
Group) pada LAN
IEEE802.8
Grup pendukung FOTAG (Fiber Optic Technical Advisory Group.)
IEEE802.9
Standarisasi ISDN (Integrated Services Digital Network)
dan IS (Integrated Services ) LAN
IEEE802.10
Standarisasi masalah pengamanan jaringan (LAN Security)
IEEE802.11
Standarisasi masalah wireless LAN dan CSMA/CD
bersama IEEE802.3
IEEE802.12
Standarisasi masalah 100VG-AnyLAN
IEEE802.14
Standarisasi masalah protocol CATV
Kecepatan transmisi data di ethernet sampai saat ini adalah 10 sampai 100 Mbps. Saat ini yang umum ada dipasaran adalah ethernet berkecepatan 10 Mbps – 100 Mbps yang biasa disebut seri 10Base/100Base. Ada bermacam-macam jenis 10Base diantaranya adalah: 10Base5, 10Base2, 10BaseT, dan 10BaseF yang akan diterangkan lebih lanjut kemudian.
Pada metoda CSMA/CD, sebuah host komputer yang akan mengirim data ke jaringan pertama-tama memastikan bahwa jaringan sedang tidak dipakai untuk transfer dari dan oleh host komputer lainnya. Jika pada tahap pengecekan ditemukan transmisi data lain dan terjadi tabrakan (collision), maka host komputer tersebut diharuskan mengulang permohonan (request) pengiriman pada selang waktu berikutnya yang dilakukan secara acak (random). Teknik ini disebut dengan backoff algorithm Dengan demikian maka jaringan efektif bisa
digunakan secara bergantian.
Untuk menentukan pada posisi mana sebuah host komputer berada, maka tiap-tiap perangkat ethernet diberikan alamat (address) sepanjang 48 bit yang unik (hanya satu di dunia). Informasi alamat disimpan dalam chip yang biasanya nampak pada saat komputer di start dalam urutan angka berbasis 16, seperti pada Gambar 1.
Gambar 1 Contoh ethernet address
48 bit angka agar mudah dimengerti dikelompokkan masing-masing 8 bit untuk menyetakan bilangan berbasis 16 seperti contoh di atas (00 40 05 61 20 e6), 3 angka didepan adalah kode perusahaan pembuat chip tersebut. Chip diatas dibuat oleh ANI Communications Inc. Contoh vendor terkenal bisa dilihat di Tabel 3, dan informasi lebih lengkap
lainnya dapat diperoleh di http://standards.ieee.org/regauth/oui/index.html.
Tabel 3 Daftar vendor terkenal chip ethernet
| Nomer kode | Nama vendor |
| 00:00:0C | Sisco System |
| 00:00:1B | Novell |
| 00:00:AA | Xerox |
| 00:00:4C | NEC |
| 00:01:14 | Ricoh |
| 08:08:08 | 3COM |
| 08:00:07 | Apple Computer |
| 08:00:09 | Hewlett Packard |
| 08:00:20 | Sun Microsystems |
| 08:00:2B | DEC |
| 08:00:5A | IBM |
Dengan berdasarkan address ehternet, maka setiap protokol komunikasi (TCP/IP, IPX, AppleTalk, dll.) berusaha memanfaatkan untuk informasi masing-masing host komputer dijaringan.
2. Gigabit LAN
Kemunculan LAN Gigabit
Untuk memenuhi kebutuhan network mendatang, teknologi LAN Gigabit muncul dengan cepat. Dikenal sebagai Gigabit Ethernet dan 1G-AnyLAN, LAN ini beroperasi di atas bermacam-macam media, termasuk fiber, coaxial, dan twisted-pair copper wiring kategori 5.
A brief history from Ethernet to Gigabit Lan
Pada awalnya, Ethernet didesin untuk dijalankan di atas kabel koaksial pada kecepatan maksimum 10 MBps. Sekarang Ethernet beroperasi pada kabel koaksial thin-wide (10base2) dan unshielded twisted-pair (UTP) telephone wiring (10baseT). Devais pada network–PC, workstation, printer, server, dll – secara fisik terhubung ke kabel tunggal yang dikenal sebagai bus.
Pada perkembangan berikutnya, muncul teknologi Switch Ethernet, untuk menghindari problem tabrakan paket. Sebuah Switch Ethernet menggantikan pengkabelan hub. Berikutnya adalah Fast Ethernet, yang membesarkan bandwidth LAN dari 10 MBps menjadi 100 MBps. Ia menggunakan 2 standar: Gigabit 100Base-T (IEEE 802.3u) dan Gigabit 100VG-AnyLAN (IEEE 803.12). Bila upgrade ke switch Ethernet dilakukan tanpa perlu NIC baru dan pengkabelan, Fast Ethernet memerlukan NIC baru dan mungkin juga pengkabelan baru.
Standar 100Base-T menggabungkan dua skema signaling yang dikenal sebagai 100Base-4T dan 100Base-TX. 100Base-T mempunyai option protokol half-duplex yang beroperasi di atas kabel 4 pasang (kategori 3, 4 atau 5 UTP), yang juga digunakan untuk 10Base-T, shielded Twisted-pair (STP) dan fiber. Tiga pasang digunakan untuk transmisi data untuk masing-masing arah, sedangkan pasangan keempat untuk perlindungan kolisi.
Standar 100VG-AnyLAN menggunakan metode akses media berprioritas permintaan, dibandingkan dengan skema CSMA/CD yang didefinisikan Ethernet Standar. Trafik LAN diprioritaskan dalam 2 tipe – prioritas tinggi (trafik suara dan video) dan prioritas normal (data) – dalam system bertipe round robin. Ia beroperasi di atas kabel 4 pasang kategori 3 dan 5, STP atau Fiber.
Token Ring
Token-Ring berbasis standar IEEE 802.5 dan beroperasi pada 4 atau 16 MBps. Dengan Token-Ring, devais network secara fisik terhubung dalam konfigurasi ring dimana data dilewatkan dari devais ke devais secara berurutan. Sebuah paket kontrol, yang dikenal sebagai kontrol token, juga dilewatkan dalam ring. Devais yang ingin mentransmit data akan mengambil token, mengisinya dengan data dan dikembalikan ke ring. Devais penerima akan mengambil token tersebut, lalu mengosongkan isinya dan dikembalikan ke ring. Protokol ini mencegah terjadinya kolisi data dan menghasilkan performansi yang lebih baik pada penggunaan high-level bandwidth.
Ada tiga tipe pengembangan dari Token Ring dasar: full duplex, switched dan 100VG-AnyLAN. Token Ring Full Duplex menggandakan bandwidth yang tersedia bagi devais pada network. Switched Token Ring menggunakan switch yang mentransmisikan data antara segmen LAN, tidak antara devais LAN tunggal. Standar 100VG-AnyLAN mendukung format Ethernet dan Token Ring pada kecepatan 100 MBps.
Fiber distributed Data Interface
FDDI adalah pasangan teknologi LAN Ethernet IEEE 802 yang mendukung data transfer 100 MBps untuk jarak sampai 100 km. FDDI bukan standar IEEE dan beroperasi di atas kabel fiber optik dengan menggunakan arsitektur ring counter-ruting kembar yang dapat menghubungkan sampai 500 devais per ring. Ring kembar memungkinkan LAN tetap beroperasi bila terjadi kegagalan pada salah satu ring atau node.
Asynchronous Transfer Mode
ATM beroperasi mulai dari 25 MBps sampai 622 MBps. ATM adalah suatu bentuk teknologi paket switching yang menggunakan sel data dengan panjang tetap (53 byte) pada sirkuit virtual. Dengan ukuran sel data yang tetap dan kecil, memungkinkan switching pada kecepatan dengan throughput tinggi. Dengan delay yang sangat kecil dan waktu interval yang tetap antar sel data, memungkinkan aplikasi suara dan video dikirim lewat LAN dan berbagai jenis tipe data yang berbeda digabungkan dalam network yang sama. Walaupun ATM tidak mencapai kecepatan Gigabit di atas network, feature delay dan waktu interval menjadikannya teknologi potensial untuk LAN kecepatan tinggi membawa aplikasi multimedia.
Dua Standar
Problem terbesar yang dihadapi LAN Gigabit adalah adanya dua standar yang menyebabkan adanya masalah kompatibilitas. Selain itu, baik Gigabit Ethernet ataupun 1G-AnyLAN tidak menjamin pengoperasian suara atau video yang time-sensitive. Pertanyaan lain yang belum terjawab sekitar throughput dan jarak capai antar node dengan kabel tembaga.
Isu kompatibilitas menjadi lebih kompleks dengan adanya kebutuhan pemakaian Ethernet Gigabit di atas LAN bersama. Unswitch Ethernet menggunakan CSMA/CD untuk menghindari tabrakan data. Di sisi lain Switched Ethernet tidak menghadapi masalah tabrakan, karena desainnya yang full duplex. Oleh karena itu, protokol CSMA/CD dihentikan. Pada kecepatan Gigabit di atas network dimana kedua tipe protokol Ethernet digunakan, tabrakan akan terjadi denga jumlah besar, sehingga akan memerlukan transmisi ulang yang dapat mengurangi performansi secara signifikan.
Dua prosedur sedang dievaluasi untuk masalah LAN Gigabit bersama. Yang pertama memerlukan perluasan carrier yang digunakan ketika devais network memulai transmisi untuk menjaga sinyal carier aktif lebih lama. Perluasan ini memungkinakn frame ethernet berjalan lebih jauh tanpa tabrakan. Ada negatif efek bila paket Ethernetnya besar.Dan bila paket lebih kecil (64 Kb), efisiensi berkurang sebagai hasil dari kombinasi paket besar dan kecil.
Pendekatan kedua menggunakan buffered repeater untuk menjalankan protokol CSMA/CD. Secara tradisional, Lan bersama berjalan half-duplex. Dengan meletakkan tabrakan pada buffered repeater, end station tidak perlu melakukan transmisi ulang. Kerugiannya adalah buffered repeater memerlukan tambahan 8 Kb memori per port untuk menangani kemampuan buffering.
LAN Gigabit ATM
Satu argumen kuat yang memfavoritkan ATM adalah karena kemampuan multimedianya yang lebih berkembang. Ethernet Gigabit didak mempunyai suatu skema untuk prioritas pengiriman trafik time-sensitive. 1G-AnyLan (100VG) menyerahkan dua level prioritas untuk trafik, tetapi pada LAN yang sibuk prioritas tersebut tidak menjamin suara dan video datang tepat waktu. Sedangkan pada ATM, ketepatan waktu diperoleh karena penggunaan sel berukuran tetap, dibandingkan paket berukuran tak tetap pada Ethernet. Sel tersebut memudahkan transportasi secara simultan berbagai jenis tipe trafik.
Keuntungan besar LAN Ethernet Gigabit adalah tidak perlu penulisan ulang aplikasi, sedangkan ATM memerlukannya untuk mengakomodasi switching data.
LAN 1 Gigabit Ethernet
Sebuah produk LAN Gigabit ditawarkan oleh sebuah vendor. Mempunyai teknologi konsentrator multichannel yang menyediakan transport data symetric bebas tabrakan. Beroperasi pada kecepatan 1 GBps di atas kabel 4 pasang kategori 5 UTP, dengan 320 Mbps dialokasikan untuk komunikasi dari workstation ke server, 320 untuk respon server ke workstation, dan 320 sisanya untuk fungsi remote, seperti e-Mail, video feed, video konferen, dan internet. Data dikonversi dari format 8 bit ke format khusus 10 bit untuk keperluan transmisi. Pengkodean ini adalah kompatibel standar industri dan menyediakan feature untuk pemeliharaan penyelarasan waktu, deteksi kesalahan hardware, dan pengiriman/penerimaan karakter kontrol dari network sambil menjaga kompatibiltas semua tipe data.
10 Gigabit Ethernet
Perkembangan jaringan Ethernet yang selama ini sekedar di dalam ruang lingkup LAN, selanjutnya akan mencakupi MAN (Metropolitan Area Network) dan WAN (Wide Area Network). Saat ini di Indonesia, sudah banyak yang meng-upgrade infrastruktur dari sebelumnya 10 Mbps menjadi 1 Gbps atau sering kali disebut Gigabit network. Namun dari sisi teknologi, orang sudah mulai menyebut 10 Gbps Ethernet.
100 Gigabit Ethernet
Seiring dengan perkembangan teknologi dan kebutuhan, Ethernet 100Gbps yang dimulai dari Ethernet 40Gbps telah mulai diproduksi. Ethernet ini untuk menjawab kebutuhan pasar yang memerlukan bandwidth dengan kapasitas besar. Evolusi dari kebutuhan bandwidth dapat dilihat dalam gambar 2 berikut.
Gambar 2 Evolusi bandwith ethernet
Adapun grafik dari pertumbuhan kebutuhan jumlah ethernet berdasarkan bandwith dapat dilihat dalam gambar 3.
Gambar 3 Grafik pertumbuhan kecepatan berbanding dengan kebutuhan
Standar baru dari IEEE 802.3ae yaitu 10 Gigabit Ethernet memberikan evolusi dari teknologi Ethernet dengan membawa teknologi Ethernet 10G sepuluh kali lipat dalam kinerja dibandingkan dengan 1 Gigabit Ethernet. Dan sebelumnya Ethernet hanya mendominasi area LAN atau Local Area Network, tidak halnya dengan 10G Ethernet di mana aplikasi tidak hanya mencakup seputar LAN saja, namun melebihi itu yaitu juga termasuk WAN.
Beberapa standar yang melegenda & menjadi acuan kita dalam mengoperasikan peralatan LAN, MAN & WAN dapat kita ingat antara lain seperti:
- IEEE 802.3 ethernet
- IEEE 802.11 Wireless LAN
Bagi anda yang ingin melihat dari dekat beberapa teknologi yang menarik khususnya untuk LAN menggunakan kabel / fiber berkecepatan 1-10Gbps dapat membaca beberapa tutorial seperti http://grouper.ieee.org/groups/802/802_tutorials/index.htm
Ide di balik 1Gbps & 10Gbps Ethernet, mereka tetap menggunakan Medium Access Control (MAC) seperti yang gunakan di teknologi 10Base-T yang kita pakai hari ini (1999-2003) di banyak LAN. Tapi mereka memperlebar kecepatan hingga sangat tinggi, bahkan karena menggunakan media fiber optik, terutama Single Mode Fiber (SMF) mereka bisa mengembangkan akses tersebut menjadi WAN dengan jarak beberapa puluh kilometer bukan hanya sekedar LAN yang jaraknya hanya beberapa ratus meter saja.
Dengan protokol MAC IEEE 802.3 yang sama dengan ethernet yang kita gunakan hari ini Perlu diingat bahwa 10G Ethernet yang baru masih mempertahankan jaringan Ethernet yang ada dalam hal ukuran frame (frame size), dan format frame. Namun tidak seperti 1 Gigabit Ethernet, 10 G Ethernet support full-duplex transmisi dan hanya bekerja pada jaringan atau media optic.
Gigabit Ethernet dapat bekerja di media copper (tembaga). Spesifikasi dari 802.3ae juga mendefinisikan dua interface fisik termasuk untuk LAN dan satunya lagi untuk WAN. Dan interface fisik untuk LAN adalah antara lain:
10 Gbase-SR dengan 850 nm serial interface dengan jangkauan 990 feet melalui multimode fiber.
10 Gbase-LR dengan 1,310 nm serial interface dengan jangkauan sedikit lebih dari 6 mil melalui single-mode fiber.
10 Gbase-ER dengan 1,550 nm serial interface dengan jangkauan kurang lebih 25 mil melalui single-mode fiber.
Keuntungan
Ada beberapa keuntungan yang bisa diperoleh dengan menggunakan LAN kecepatan tinggi ini, misalnya:
Interkoneksi server untuk cluster server.
Switch pada server.
Aggregasi beberapa 1000BASE-T menjadi 10Gigabit Ethenet (Gbit Ethernet).
Sambungan antar gedung.
Penggunaan Media Single Mode Fiber (SMF) dan Multi Mode Fiber (MMF)
Bagi ISP / Network Service Provider (NSP) penggunaan teknologi Gbps Ethernet (GbE) ini menarik dipandang dari beberapa aplikasi seperti:
Interkoneksi Server Farm (peternakan server).
Sambungan intra-POP menggunakan Multi Mode Fiber (MMF) untuk jarak < 300 meter.
POP uplink untuk Inter-POP untuk jarak < 40 km.
Akses Metropolitan Area Access (MAN) melalui Wavelength Division Multiplexing (WDM).
Menggunakan media dark fiber, SONET, TDM dll.
Contoh topologi gabungan jaringan 100Mbps, 1Gbps & 10Gbps dalam LAN diperlihatkan dalam gambar terlampir.
Gambar 2 Topologi gabungan dengan menggunakan 10 Gbps LAN
Adapun contoh topologi penggunakan Gigabit Ethenet untuk ISP / NSP diperlihatkan di contoh gambar terlampir.
Gambar 3 Topologi penggunaan 10GBps Ethernet oleh ISP/NSP
Ada beberapa perbedaan yang menyolok antara 1Gbps & 10Gbps ethernet. Pada 1Gbps yang sering dikenal juga sebagai 1000Base-T, mereka masih mengusahakan menggunakan jaringan fisik kabel UTP. Pada 1000Base-T Teknik modulasi Multi-Level Analog Signaling (MAS) ditambah Forward Error Correction (FEC) dan proses equalisasi memungkinkan sepasang kabel UTP digunakan pada kecepatan 250Mbps (dengan bandwidth 62MHz).
Artinya sebuah kabel UTP Category 5 sebanyak empat (4) pasang dapat digunakan untuk memperoleh kecepatan 1Gbps pada jarak 100 meter. Pada kecepatan 10Gbps, kabel UTP sama sekali tidak digunakan. Jaringan fisik fiber optik digunakan secara ekslusif dan full duplex. Single Mode Fiber (SMF) & Multi Mode Fiber (MMF) dapat digunakan pada 10Gbps ethernet. Teknik Multi-Level Analog Signaling (MAS) yang digunakan untuk memodulasi data pada kecepatan 10Gbps sebetulnya dapat di paksa untuk bekerja s/d 40Gbps. MAS sendiri diturunkan dari Pulse Amplitude Modulation (PAM) yang secara sederhana merupakan proses On-Off Keying cocok untuk memodulasi sinar laser.
Umumnya menggunakan Reed Solomon Forward Error Correction (FEC) untuk memperoleh Bit Error Rate (BER) sekitar 10-14 (sangat tinggi sekali). Dengan teknologi Silicon CMOS submicron dengan lebar gate 0.18um diperoleh gate delay sekitar 30 ps (sekitar 30GHz frekuensi cut off).
10Gbps pada WAN di operasikan sebagai muatan dalam jaringan WAN OC-192c/VC-4-64c yang mempunyai payload rate 9.584640 Gbps. Oleh karena itu harus digunakan mekanisme pacing pada MAC agar data dapat dimasukan ke OC-192c tersebut. Hal ini menyebabkan jaringan fisik LAN & WAN menggunakan MAC IEEE 802.3 yang sama.
Sumber Referensi :
Pengenalan Hardware dan Topologi Jaringan kompiuter.
