jaringan komputer : Model & Analisis

Umar Muhamad/23298078 (disadur dari : IEEE Comm. Magazine ,August 1994)
asynchronuous transfer mode (atm)
suatu evolusi menuju jaringan B-ISDN

asynchronuous transfer mode (ATM)
evolusi menuju jaringan B-IDSN
overview
Layanan PASOPATI yang pernah ditawarkan oleh penyedia jasa telekomunikasi di Indonesia beberapa waktu yang lalu ternyata kurang mendapat tanggapan dari pengguna jasa di Indonesia. ISDN berbasis 64 kbps ini  (sering disebut sebagai N-ISDN) ternyata hanya dapat memberikan servis berupa (digital) telepon, data, telemetry,  (digital) faksimile dan  multimedia secara terbatas. 
Konsep B-ISDN adalah merupakan ISDN yang mengakomodir service Broadband., sehingga mampu memberikan service terpadu yang berupa : data kecepatan tinggi, video phone, video conferencing, transmisi  grafik dengan resolusi tinggi, video on demand dan lain sebagainya.
Asynchronuous Transfer Mode (ATM) merupakan model transfer  yang digunakan dalam implementasi B-ISDN yang telah distandardisasikan melalui CCITT (ITU) series I. Transfer adalah istilah yang digunakan oleh ITU-T untuk menjelaskan suatu teknik yang digunakan dalam suatu network telekomunikasi yang meliputi aspek=aspek yang terkait dengan switching, multiplexing, dan transmisi.

definisi dasar atm  
Pada ATM seluruh informasi yang akan ditransfer akan dibagi menjadi slot-slot dengan ukuran tetap yang disebut cell. Ukuran cell pada ATM adalah 53 octet (1 octet =8 bits) yang terdiri dari :
	48 octet untuk filed informasi, dan  
 	5 octet untuk heaDER.
ATM memiliki karakteristik umum sebagai berikut :
Pada basis link demi link tidak menggunakan proteksi error dan flow control.
Pada ATM proteksi error dapat diabaikan karena didasarkan saat ini link demi link dalam network memiliki kualitas yang sangat tinggi, sehingga memiliki BER yang sangat kecil. Dan error control cukup dilakukan end to end saja.Flow control juga tidak dilakukan dalam ATM network karena dengan pengaturan alokasi resource dan dimensioning queue yang tepat maka kejadian queue overflow yang menyebabkan paket loss dapat ditekan. Sehingga probabilitas packet loss antara 10-8 sampai dengan 10-12 dapat dicapai.  

•	ATM beroperasi pada connection oriented mode
Sebelum informasi ditransfer dari terminal ke network, sebuah fase setup logical / virtual connection harus dilakukan untuk menyediakan resource diperlukan. Jika resource tersedia tidak mencukupi maka connection dari terminal akan dibatalkan. Jika fase transfer informasi telah selesai, maka resource yang telah digunakan akan dibebabskan kembali. Dengan menggunakan connection-oriented ini akan memungkinkan network untuk menjamin packet loss yang seminim mungkin.
•	Pengurangan fungsi header
Untuk menjamin pemrosesan yang cepat dalam network, maka ATM header hanya memiliki fungsi yang sangat terbatas. Fungsi utama dari header adalah untuk identifikasi virtual connection (virtual connection identifier =VCI) yang dipilih pada saat dilakukan call setup dan menjamin routing yang tepat untuk setiap paket didalam network serta memungkinkan multiplexing dari virtual connection – virtual connection berbeda melalui satu link tunggal.
Selain fungsi VCI, sejumlah fungsi lain yang sangat terbatas juga dilakukan oleh header, terutama terkait dengan fungsi pemeliharaan. Karena fungsi header diabatasi, maka implementasi header processing dalam ATM node sangat mudah / sederhana dan dapat dilakukan pada kecepatan yang sangat tinggi (150 Mbps sampai 2.5 Gbps) dan hal ini akan menyebabkan processing delay dan queuing delay yang rendah.
•	Panjang filed informasi dalam satu cell relatif kecil
Hal ini dilakukan untuk mengurangi ukuran buffer internal dalam switching node, dan untuk membatasi queuing delay yang terjadi pada buffer tersebut. Buffer yang kecil akan menjamin delay dan delay jitter rendah, hal ini diperlukan untuk keperluan service-service real time.  

terminology cell
Istilah cell digunakan untuk definisi dalam ATM Layer maupun didalam Physical layer. Pengertian cell menurut rekomendasi ITU-T I.113 adalah : 
 cell merupakan suatu blok dengan panjang yang tetap (fixed length) dan diidentifikasi dengan suatu label pada ATM layer dari BISDN PRM.
Berikut diberikan definisi untuk jenis cell yang berbeda sesuai dengan rekomendasi ITU-T I.321:
•	Idle Cell (physical layer), merupakan yang disisipkan / dipisahkan oleh physical layer untuk mengadaptasi cell flow rate pada daerah batas (boundary) diantara ATM layer dan physical layer ke kapasitas payload yang ada dari sistem transmisi yang digunakan
•	Valid Cell (physical layer), suatu cell yang mana bagian headernya tidak memiliki error atau belum dimodifikasi oleh proses verifikasi Header Error Control (HEC)
•	Assigned Cell (ATM layer), cell yang menyediakan suatu service ke satu aplikasi dengan menggunakan ATM layer service.
•	Unassigned Cell (ATM layer), merupakan ATM layer cell yang bukan assign cell. 
Hanya   assigned cell dan unassigned cell saja yang diteruskan dari physical layer ke ATM layer, sedangkan cell yang lainnya tidak membawa informasi yang terkait dengan ATM layer atau layer yang lebih tinggi lagi dan cell ini hanya akan diprosesoleh physical layer saja. 

standar atm
Saat ini ada dua badan menangani standardisasi ATM yaitu:
1.	CCITT /ITU-T dan 
2.	ATM Forum.
ITU-T lebih berkonsentrasi pada standardisasi ATM untuk public B-ISDN network. Definisi ATM secara detail telah difinalisasi oleh ITU-T SGXVIII. ITU-T telah menerbitkan beberapa rekomendasi yang terkait dengan ATM sebagai berikut:
•	I.113	Vocabulary of Terms for Broadband Aspects of ISDN
•	I.121	Broadband Aspect of ISDN
•	I.150	BISDN ATM Functional Characteristic
•	I.211	BISDN Service Aspect
•	I.311	BISDN General Network Aspect
•	I.321	BISDN Protocol Reference Model and Its Application
•	I.327	BISDN Network Functional Architecture
•	I.361	BISDN ATM Layer Specification
•	I.362	BISDN ATM Adaptation Layer (AAL) Functional Description
•	I.363	BISDN AAL Specification
•	I.364	Support of Broadband Connectionless Data Service on BISDN
•	I.371	Traffic and Congestion Control in BISDN
•	I.413	BISDN User Network Interface
•	I.414	Overview of Recommendations on Layer 1 for ISDN and BISDN Customer 
Accesses  
•	I.432	BISDN User-Network Interface –Physical Layer Specification
•	I.610	OAM Princples of BISDN Access

Pada tahun 1991, sejumlah vendor CPE (Customer Premises Equipment), vendor Public Equipment, Operator Telekomunikasi, dan pemakai ATM membentuk ATM Forum yang bertujuan untuk mempercepat  pengembangan dan implementasi produk-produk dan services ATM di lingkungan private. ATM Forum lebih berkonsentrasi dalam menentukan spesifikasi ATM CPE dan ATM Private Switching yang antara lain telah berhasil menerbitkan :

•	Private User-Network Interface	: antara ATM User dengan Private ATM Switch
•	Public User-Network Interface	: antara ATM User dengan Public ATM Switch.
Selain itu, ATM Forum juga memproses spesifikasi ATM di area operasi, signalling, NNI, kontrol kongesti, managemen trafik, aplikasi  dan Adaptation Layer yang baru.

model protokol bisdn untuk atm
Pada sistem telekomunikasi modern, model OSI telah digunakan untuk menjelaskan organisasi dari seluruh fungsi-fungsi komunikasi dengan pendekatan layer (layer approach). Fungsi –fungsi dari layer dan hubungan layer satu dengan lainnya dijelaskan dalam suatu Ptotocol Reference Model (PRM).
 Penjelasan PRM untuk BISDN dijelaskan pada rekomendasi ITU-T I.321. BISDN PRM terdiri dari tiga plane, yaitu :
1.	User Plane	
2.	Control Plane
3.	Management Plane
Management plane meliputi dua jenis fungsi yaitu :
•	Fungsi layer managemet
•	Fungsi plane management

Seluruh fungsi manajemen yang terkait dengan keseluruhan sistem akan ditempatkan dalam plane management yang bertanggung jawab untuk menyediakan koordinasi diantara seluruh plane yang ada. Pada plane ini tidak digunakan struktur layer (layered structure).
Pada layer management digunakan struktur layer. Layer management melakukan fungsi-fungsi  manajemen yang terkait dengan resources dan parameter-parameter yang ada dalam protocol entity (misalkan : meta signalling). Layer management menangani aliran informasi OAM (Operation and Maintenance) yang spesifik untuk setiap layer.
User Plane menyediakan fungsi pengiriman/transfer informasi user, dan meliputi seluruh    mekanisme yang terkait transfer informasi misalnya flow kontrol dan error recovery. Didalam user plane digunakan pendekatan layer.
Control Plane bertanggung jawab terhadap fungsio-fungsi call control dan connection control yang mana fungsi-fungsi ini merupakan seluruh fungsi signalling yang sangat penting dalam melakukan connection / call setup, connection / call supervise, dan connection/ call release. Didalam control plane juga digunakan pendekatan layer.

fungsi-fungsi layer
 Sesuai dengan rekomendasi ITU-T I.321 dan I.413 layer BISDN PRM dapat dibagi-bagi lagi seperti diperlihatkan pada gambar berikut.
Convergence	CS	
AAL	
Segmentation & Reassembly	SAR		
Generic Flow control		
ATM	
Cell VPI/VCI Translation			
Cell Multiplex & Demultiplex			
Cell Rate Decuopling	

TC	

PHY
	
HEC Header Seq. Generation /Verification			
Cell Delineation			
Transmission Frame Adaptation			
Transmission Frame Generation / recovery			
Bit Timing	
PM		
Physical Medium			
•	Fungsi dan Sublayer BISDN PRM
CS		:Convergence Sublayer			SAR 	: Segmentation & Reassembly
TC		: Transmission Convergence		PM		: Physical Medium
AAL 	: ATM Adaptation Layer

BISDN PRM dibagi menjadi tiga layer yaitu:
1.	PHY (Physical) layer, digunakan untuk mengirimkan (transport) informasi (bit/cell)
2.	ATM layer, digunakan untuk melakukan fungsi multiplexing dan switching / routing
3.	AAL (ATM Adaptation Layer), yang bertanggung jawab untuk melakukan adaptasi informasi service dari layer yang lebih tinggi ke ATM stream.
Layer-layer tersebut kemudian dibagi lagi menjadi sublayer-sublayer. Setiap sublayer melakukan sejumlah fungsi-fungsi yang akan dijelaskan pada bagian berikut ini.
physical layer
Physical layer dari BISDN dibagi menjadi dua sublayer, yaitu:
 Physical medium (PM) sublayer, dan
 Transmission Convergence (TC) sublayer
Physical Medium Sublayer:
PM sublayer merupakan sublayer yang terendah dan hanya meliputi fungsi-fungsi yang bergantung pada media fisik yang ada (misalnya optical, electrical,…). PM sublayer menyediakan kemampuan transmisi bit, meliputi bit alllignment, line coding, dan jika perlu konversi electrical/optical. Media yang biasanya sering digunakan adalah fiber optik, coaxial dan twisted pair cable.
Fungsi-fungsi bit timing dalam PM sublayer adalah membangkitkan dan rekonstruksi bit timing yang cocok dengan media yang digunakan, penyisipan dan pemisahan informasi bit timing, dan fungsi line coding jika dibutuhkan.
Transmission Convergence (TC) Sublayer:
TC sublayer melakukan lima fungsi, yaitu:
1.	Membangkitkan dan melakukan recovery frame transmisi
2.	Melakukan adaptasi terhadap cell flow  sesuai dengan struktur payload dari sistem transmisi yang digunakan pada arah kirim dan pemisahan cell flow dari frame transmisi dilakukan pada arah sebaliknya. Frame transmisi yang digunakan dapat memanfaatkan sistem transmisi :
•	SDH (Synchronuous Digital Hierarchy) sesuai dengan G.709, atau
•	PDH (Plesiochronuous Digital Hierarchy) sesuai dengan G.703, atau
•	Berbasis cell
Cell-cell tersebut ditempatkan dalam sistem transmisi dengan mengacu pada metode mapping yang telah distandardisasi. Sebagai tambahan, ATM Forum juga menambahkan FDDI (Fiber Distributed Data Interface) sebagai option untuk user-network interface.
3.	Melakukan suatu mekanisme yang memungkinkan receiver untuk memulihkan kembali  (recover) batas –batas cell (cell boundaries).
4.	Membangkitkan HEC Sequence yang dilakukan pada arah kirim. HEC Sequence disisipkan dalam salah satu field pada header ATM cell. Pada sisi terima, nilai HEC dihitung kembali dan dibandingkan dengan nilai yang diterima, jika memungkinkan maka error pada header akan dapat dikoreksi.
5.	Melakukan mekanisme pada arah kirim dengan menyisipkan idle cell untuk mengadaptasi  rate dari ATM cell ke kapasitas payload dari sistem transmisi. Pada arah terima fungsi cell rate decoupling akan menghilangkan seluruh idle cell yang ada sehingga hanya assigned cell dan unassigned cell saja yang diteruskan ke ATM layer. 

atm layer
 ATM layer merupakan layer diatas physical layer yang memiliki karakteristik yang independent terhadap media fisik yang digunakan. ATM layer melakukan fungsi-fungsi utama sebagai berikut:
•	Cell multiplexing/demultiplexing, pada arah kirim cell-cell dari VP (Virtual Path) dan VC (Virtual Channel) individual akan dimultiplexing menghasilkan suatu cell stream. Pada sisi terima fungsi cell demultiplexing akan memisahkan cell stream yang diterima menjadi cell flow individual ke VP dan VC terkait.
•	Translasi VPI dan VCI. Translasi VPI (VP Identifier) dan VCI dilakukan di ATM switching node. Didalam VP node nilai dari VPI field dari setiap incoming cell akan ditranslasikan ke nilai VPI yang baru untuk outgoing cell. Pada VC switch baik nilai VPI maupun VCI akan ditranslasikan ke nilai VPI dan VCI yang baru.
•	Pembangkitan / pemisahan cell header, fungsi ini diterapkan pada titik-titik terminasi dari ATM layer. Pada arah kirim, pada field informasi yang telah diterima dari AAL ditambahkan ATM cell header (kecuali field HEC) dan nilai VPI serta VCI dari cell header dapat diperoleh dengan melakukan translasi dari SAP (Service Access Point) identifier. Pada arah terima, fungsi pemisahan cell header akan memisahkan cell header , dan hanya filed informasi saja yang diteruskan ke AAL.
•	Generic Flow Control (GFC). Fungsi GFC hanya digunakan pada BISDN UNI (User Network Interface) saja. GFC digunakan untuk mendukung kontrol dari ATM traffic flow dalam satu customer network dan dapat digunakan untuk mengurangi kondisi-kondisi overload pada UNI. Informasi GFC ditumpangkan dalam assigned cell dan unassigned cell.
Agar lebih jelasnya, berikut ini akan dibahas struktur cell dalam ATM layer.
Struktur Cell ATM Layer
Cell merupakan elemen dasar dari ATM layer. Cell terdiri dari:
•	5 octet header, dan
•	48 octet field informasi
Struktur ATM cell diperlihatkan pada gambar berikut:

										    Bit
								8	7	6	5	4	3	2	1 

Header 
(5 octets)	

Field Informasi
(48 octets)
..
..	
 
Cell Header
Pada ATM cell terdapat dua header yaitu cell header pada BISDN UNI dan cell header pada BISDN NNI. Pada gambar berikut akan diperlihatkan cell header yang digunakan pada masing-masing interface tersebut.
											
Bit
								8	7	6	5	4	3	2	1
GFC	VPI	
VPI	VCI	
VCI	
VCI	PT	CLP	
HEC	
•	Cell header Pada BISDN NNI

 	Bit
								8	7	6	5	4	3	2	1
VPI	
VPI	VCI	
VCI	
VCI	PTI	CLP	
HEC	
•	Cell Header pada BISDN UNI
CLP 	: Cell Loss Priority				PTI		: Payload Type Identifier
GFC	: Generic Flow control			VCI	: Virtual Channel Identifier
HEC	: Header Error Control			VPI		: Virtual Path Identifier
NNI	: Network Node Interface		UNI	: User Network Interface

Untuk membedakan cell-cell yang digunakan pada ATM layer dengan cell-cell yang hanya digunakan pada physical layer serta untuk menentukan suatu unassigned cell maka diterapkan nilai-nilai header yang telah ditentukan untuk setiap jenis cell seperti yang diperlihatkan pada tabel berikut ini.

Jenis Cell	VPI	VCI	PTI	CLP	
Unassigned cell	00000000	00000000 00000000	-	0	
Meta-signalling cell	xxxxxxxx	                             1	0A0	B	
General broadcast cell	xxxxxxxx	                           10   	0AA	B	
Point-to-point signalling cell	xxxxxxxx	                          101     	0AA	B	
Segment OAM flow F4 cell	yyyyyyyyy	                          011      	0A0	A	
End-to-end OAM flow F4 cell	yyyyyyyyy	 00000000 00000100   	0A0	A	
Segment OAM flow F5 cell	yyyyyyyyy	 zzzzzzzz   zzzzzzzz  	100	A	
End-to-end OAM flow F5 cell	yyyyyyyyy	 zzzzzzzz   zzzzzzzz  	101	A	
Resource Management cell	yyyyyyyyy	 zzzzzzzz   zzzzzzzz  	110	A	
User information cell	yyyyyyyyy	 vvvvvvv vvvvvvvv  	0CU	L	
	
A	: bit yang disediakan untuk digunakan oleh ATM layer
B	: bit yang diset ke “0 “ oleh originating entity, tetapi network mungkin dapat mengubah nilai tersebut
C	: bit yang menunjukkan telah terjadi kongesti
L	: cell loss priority bit
U	: ATM layer user to ATM layer user indication bit
X	: semua nilai VPI, untuk VPI =0 maka nilai VCI valid untuk signalling dengan switching lokal
Y	: semua nilai VPI yang mungkin
Z	: semua nilai VCI kecuali 0
V	: semua nilai VCI diatas 0015 H

Penjelasan untuk setiap jenis cell yang terdapat pada tabel diatas adalah sebagai berikut:
•	Meta signalling cell digunakan untuk negoisasi pada signalling VCI dan signalling resources
•	General broadcast signalling cell membawa informasi yang akan dibroadcastkan ke seluruh terminal pada satu UNI
•	Point-to- point signalling cell digunakan untuk signalling pada satu UNI atau NNI yang memiliki konfigurasi point-point pada ATM layer
•	Segment F4 flow dan end-to-end F4 flow dikodekan dengan VCI 0003H dan VCI 0004H dalam virtual path untuk membawa informasi OAM
•	Segment F5 flow dan end-to-end F5 flow dikodekan dengan PTI 4H dan 5H dalam virtual container untuk membawa informasi OAM
•	Nilai 6H dari PTI dicadangkan untuk resource management pada virtual channel.

atm adaptation layer (AAL)
AAL terdapat diantara ATM layer dan higher layer. Fungsi dasar dari AAL adalah untuk memperkaya service yang disediakan oleh ATM layer sehingga dapat memenuhi level yang diminta oleh higher layer.
Fungsi-fungsi yang dilakukan didalam AAL bergantung pada permintaan / keperluan dari higher layer. Fungsi AAL dibagi menjadi dua sublayer yaitu:
1.	Segmentation & Reassembly (SAR) sublayer, dan
2.	Convergence sublayer (CS)
Fungsi utama dari SAR adalah melakukan segmentasi dari informasi higher layer ke suatu ukuran yang cocok untuk payload dari ATM cell (48 octet) dari suatu virtual connection. Pada operasi sebaliknya SAR melakukan perakitan kembali (reassembly) pada isi dari cell-cell dari suatu virtual connection menjadi unit-unit data yang akan diteruskan ke higher layer.
CS melakukan fungsi-fungsi seperti identifikasi pesan (message identification), time/lock recovery, dan yangblainnya. Untuk beberapa jenis AAL, CS juga mendukung transport data melalui ATM. Untuk itu CS dibagi lagi menjadi:
•	Common Part CS (CPCS) dan
•	Service Specific CS (SSCS).
Untuk beberapa aplikasi yang cukup hanya menggunakan ATM service saja maka tidak diperlukan SAR dan CS, sehingga protocol AAL dalam hal ini akan kosong.
AAL Service Data Unit (SDU) dikirimkan dari satu AAL-SAP ke AAL-SAP yang lainnya melalui ATM network. Pemakai AAL akan memiliki kemampuan untuk memilih AAL yang sesuai dengan QOS   (Quality Of Service) yang diperlukan untuk mengirimkan AAL-SDU.
Untuk mementukan spesifikasi kelas tersebut maka service dikelompokkan menurut tiga parameter dasar, yaitu:
1.	Relasi waktu antara sumber (source) dan tujuan (dest.) dan biasa disebut real time service
2.	Bit rate : CBR dan VBR.
3.	Connection mode: connection oriented dan connectionless oriented.
Dan pengelompokan kelas yang telah didefinisikan sampai saat ini adalah :
•	Kelas A, dengan karakteristik sbb:
-	real time service
-	CBR
-	Connection oriented service
•	Kelas B, dengan karakteristik sbb:
-	real time service
-	VBR
-	Connection oriented service
•	Kelas C, dengan karakteristik sbb:
-	tidak ada relasi waktu antar source dengan  dest.
-	VBR
-	Connection oriented service
•	Kelas D, dengan karakteristik sbb:
-	tidak ada relasi waktu antar source dengan  dest.
-	VBR
-	Connectionless oriented service

Hingga saat ini ITU-T telah mendefinisikan 4 AAL yaitu:
•	AAL 1, adaptasi untuk Constant Bit Rate (CBR) service (kelas A)
 	AAL 2, adaptasi untuk Variable Bit Rate (VBR) service (kelas B)
•	AAL 3, adaptasi untuk connection oriented data service, dan
•	AAL 4, adaptasi untuk connectionless oriented data service.
Selain keempat AAL tersebut, ATM Forum telah mendefinisikan satu AAL lagi yang disebut AAL 5. AAL 5 digunakan untuk adaptasi transfer data kecepatan tinggi. AAL 5 sedang distandardisasi oleh ITU-T (misalnya untuk keperluan frame relay). 
Issue-isue yang menarik untuk disimal antar lain: 
•	ATM LAN
•	IP pada ATM LAN, bisa disimak pada IEEE Comm. Magazine August 1994.