Belajar network layer

Network Layer

Jika transport layer digunakan oleh mesin-mesin komputer sebagai penghubung antar proses/aplikasi, maka network layer disini berperan sebagai penghubung antara satu mesin ke mesin lainnya. Beberapa proses yang terjadi pada layer ini antara lain :

• Pengalamatan logik (IP Address)
• Routing
• Enkapsulasi & Dekapsulasi

Pada network layer terjadi proses routing dimana paket akan “diarahkan” agar sampai ke mesin tujuan, sehingga meskipun dua mesin masing-masing berada dalam network yang berbeda, mereka tetap dapat saling berkomunikasi. Proses routing ini diperankan oleh perangkat jaringan yang kita kenal sebagai Router, perangkat penghubung antara satu network dengan network lainnya. Dalam perjalannya, paket bisa saja melewati beberapa router sebelum sampai ke mesin tujuan. Setiap router yang harus dilalui oleh packet disebut sebagai hop.

Kita bisa mengibaratkan proses routing dan router ini sebagai seorang polisi lalu lintas yang sedang mengatur dan memandu arus lalu lintas antar kota, polantas (router) ini berfungsi untuk menentukan (proses routing) kemana mobil-mobil (paket) harus diarahkan jika tujuannya adalah jakarta dan kemana harus diarahkan jika ada mobil yang ingin menuju ke bandung.

Dari sudut pandang komputer pengirim, PDU yang turun dari layer 4 atau layer transport yang kita kenal sebagai segmen/datagram akan di enkapsulasi dengan header layer network (IP Header) sehingga menjadi PDU layer 3 atau layer network yang kita kenal sebagai paket. Diantara informasi yang disertakan dalam header ini adalah informasi IP address dari mesin pengirim dan penerima.

Sedangkan dari sudut pandang sisi komputer penerima, packet akan di dekapsulasi (menjadi segmen/datagram) kemudian dibaca informasi pada IP header-nya, jika IP address tujuan paket tersebut adalah IP address komputer penerima maka paket yang sudah di dekapsulasi menjadi segmen/datagram tersebut akan dinaikkan ke layer atasnya yaitu layer transport.

Protokol IP

Pada layer transport kita mengenal dua jenis protokol TCP dan UDP sebagai protokol komunikasi, pada layer Netwrok, IP adalah satu-satunya protokol layer 3 yang digunakan untuk membawa data user berlalu-lalang melintasi network TCP/IP.

IPv4 adalah versi IP yang paling banyak digunakan saat ini. IPv6 masih dalam tahap pengembangan dan belum banyak dipakai. Beberapa karakteristik IP antara lain:

• Connectionless – tidak perlu menjalin koneksi sebelum pengiriman data.
• Best Effort (Unreliable) – tidak ada fitur-fitur untuk menjamin data sampai ke tujuan.
• Media Independent – bisa beroperasi pada media apapun yang digunakan pada layer fisik, ethernet, fiber optik, maupun wireless.

IP mengenkapsulasi segmen/datagram dari layer transport dengan IP Header agar data dapat dikirimkan ke mesin tujuan. Router membaca informasi pada IP Header ini untuk melihat alamat network yang dituju oleh paket tersebut kemudian akan melakukan proses routing berdasarkan alamat network tersebut.

Berikut adalah IP Header yang digunakan dalam proses enkapsulasi layer network.

Ada beberapa fields utama yang perlu kita perhatikan pada IP Header:

• IP Source address, IP address mesin komputer yang dituju (penerima).
• IP Destination address, IP address mesin komputer pengirim.
• Time-to-Live(TTL),
  • Bilangan biner yang menunjukkan ‘sisa hidup’ sebuah paket. Nilai ini akan selalu dikurangi 1 satuan setiap kali paket melewati sebuah router (hop).
  • Ketika nilai TTL mencapai angka = 0, maka paket akan di drop oleh router.
  • Mekanisme ini untuk mencegah terjadinya routing loop, sebuah problem routing yang menyebabkan paket terus-menerus berputar dalam network tanpa henti.
• Type-of-Service (ToS), Digunakan sebagai mekanisme Quality-of-Service (QoS) untuk menentukan prioritas setiap paket.
• Protocol, Menunjukkan tipe protokol apa yang ada pada segmen yang akan dienkapsulasi.
• Fragment Offset, jika terjadi proses fragmentation pada layer network, maka field berisi 13 bit ini digunakan untuk mengidentifikasi susunan fragment-fragment paket untuk proses rekonstruksi ulang paket.

Beberapa field yang lain memiliki peran sebagai berikut:

• Flag, Field 3 bit digunakan untuk mengontrol ada tidaknya proses fragmentation.
• Version, Versi IP yang digunakan, IPv4 atau IPv6.
• Internet Header Length, Menunukkan ukuran header paket.
• Packet Length, Menunjukkan ukuran paket secara keseluruhan termasuk header.
• Header checksum, Mengecek error pada header paket. Paket akan di drop jika terdeteksi error pada header.

Network

Salah satu peran network layer adalah menyediakan mekanisme pengalamatan (IP address) dan juga pengelompokan device ke dalam satu network spesifik. Network yang besar juga bisa kita pecah lagi menjadi beberapa kelompok sub-network/subnet yang lebih kecil, proses ini kita kenal sebagaisubnetting. Pengelompokan ini dapat dilakukan berdasarkan lokasi, manfaat dan tujuan network, kepemilikan dan kewenangan, dan lain-lain. Sedangkan manfaat pengelompokan ini antara lain :

1. Performa, semakin besar ukuran sebuah jaringan komputer akan menghasilkan semakin banyak trafik broadcast, semakin banyak trafik broadcast semakin berkurang jumlah bandwidth yang bisa kita pakai untuk komunikasi data.
2. Keamanan, sebuah divisi kerja seharusnya berada dalam network tersendiri terpisah dari divisi kerja yang lain.
3. Management address.

Metode pengelompokan network adalah dengan membagi 32 bit yang menyusun IP address menjadi 2 bagian, bit-bit bagian network dan bit-bit bagian host.

Angka-angka biner (bit) penyusun network portion dapat menunjukkan network address komputer dengan IP address tersebut berada, sedangkan bit-bit penyusun host portionmenunjukkan identitas komputer itu dalam network tersebut.

Di dalam sebuah network yang sama, semua host/komputer harus memiliki susunan angka biner (bit) yang sama pada network portion-nya.

Total jumlah angka biner/bit yang menyusun network portion disebut prefix-length, misal network-network berikut :

1. 192.168.1.0/24; memiliki prefix-length 24; network portion = 24; host portion = 8.
2. 172.16.20.0/25; memiliki prefix-length 25; network portion = 25; host portion = 7.
3. 167.205.0.0/16; memiliki prefix-length 16; network portion = 16; host portion = 16.

Routing

Komputer-komputer yang berada dalam satu network yang sama dapat saling berkomunikasi dengan tanpa menggunakan perangkat layer network sebagai perantara.

Sedangkan komputer-komputer yang berada dalam network yang berbeda memerlukan perangkat layer network sebagai perantara untuk dapat berkomunikasi. Perangkat layer network ini misalnya adalah router sebagai gateway menuju network lain.

Agar dapat menjalankan proses routing, router memerlukan informasi routing (route) yang mendefinisikan kemana paket harus di kirim untuk dapat sampai ke network yang menjadi tujuan. Dalam proses routing, router menentukan kemana paket harus di kirim (forward) berdasarkan informasi network tujuan yang ada pada IP Header paket.

Jika network yang dituju oleh paket tersebut merupakan network yang terhubung langsung (directly connected) pada router, maka paket tersebut akan di forward langsung ke komputer (host) yang dituju. Namun jika network yang dituju bukan network directly connected, maka paket akan di forward ke router lain (next-hop router).

Gateway atau default gateway diperlukan untuk mengirimkan data keluar dari network lokal. Gateway ini merupakan router yang salah satu lan-card/interface-nya terhubung ke network lokal (internal) daninterface yang lain terhubung ke network luar (external). Gateway harus memiliki network portion yangsama dengan IP address komputer-komputer dalam network lokal. Ketika komputer internal ingin mengirimkan paket ke network luar (external), maka host akan mengirimkannya ke IP address default gateway.

1. Gunakan perintah ipconfig dan route untuk mengetahui konfigurasi IP address dan default gateway pada OS windows.
2. Pada UNIX atau Linux gunakan perintah ifconfig dan route atau netstat -nr.

Informasi Routing (Route)

Untuk mem-forward paket ke network tujuan, router memerlukan informasi routing (route) tentang network yang dituju tersebut. Route menunjukkan informasi :

1. next-hop-address, yakni IP address dari next-hop router dimana paket harus diserahkan agar bisa sampai ke network tujuan. Dan/atau,
2. exit interface, lan-card/interface yang terhubung ke router lain (next-hop-router).

Semua informasi routing akan disimpan dalam sebuah table yang disebut tabel routing. Secara default, router akan menambahkan informasi routing tentang network-network yang terhubung langsung (directly connected) meskipun router belum dikonfigurasi routing apapun.

Table Routing

Semua informasi routing (route) oleh router akan disimpan dalam tabel routing. Informasi routing dalam tabel routing berisi :

1. Network tujuan
2. Next-hop address
3. Metric

Informasi routing network yang terhubung langsung (directly connected) akan otomatis ditambahkan oleh router ke dalam tabel routingnya.

Informasi routing dalam tabel routing dapat dibangun dengan 2 cara :

1. Static Routing, Informasi routing ditambahkan secara manual kedalam tabel routing oleh network admin/engineer.
2. Dynamic Routing:
   1. Dengan memanfaatkan protokol routing, router-router dapat saling bertukar informasi routing satu sama lain.
   2. Update perubahan informasi routing pada satu router juga akan disebarkan ke router-router yang lain.
   3. Contoh protokol routing : RIP, EIGRP, OSPF, ISIS.

Perhatikan topologi jaringan komputer dibawah ini.

Dari topologi jaringan komputer diatas, berikut adalah isi tabel routing pada router R1 sebelum ada protokol routing apapun yang di deploy. Kita dapat menggunakan perintah show ip route untuk menampilkan tabel routing pada router cisco.

Perhatikan bahwa tabel routing pada R1 hanya berisikan informasi-informasi routing dari network-network yang directely-connected saja, yaitu network :

1. 10.10.10.0/24, directely-connected. Dan,
2. 192.168.1.0/30, directely-connected.

Kemudian berikut adalah isi tabel routing router R1 setelah dideploy protokol routing RIP kedua router R1 dan R2 diatas, perhatikan perubahan yang terjadi pada tabel routing router R1.

Sekarang tabel router R1 bertambah 1 buah entri informasi routing :

1. 10.10.10.0/24; directely-connected.
2. 192.168.1.0/30; directely-connected.
3. 20.20.20.0/24; dari RIP; IP address next-hop-router 192.168.1.2; exit-interface serial0/0.

Default Route

Ketika router tidak memiliki informasi routing dari network tujuan sebuah paket, maka router akan mem-forward paket tersebut ke default-route yang dimiliki. Default-route pada router disini equal dengandefault-gateway yang dimiliki oleh komputer/host.

Berikut adalah perintah yang bisa kita gunakan untuk menambahkan informasi routing default-routesecara manual (statik) ke dalam router cisco.

Perhatikan isi tabel routing R1 dibawah ini setelah kita tambahkan informasi routing default-route ke dalam router R1.

Dari isi tabel routing diatas, kita tahu bahwa tabel routing R1 sekarang bertambah satu lagi entri informasi routing, yaitu informasi tentang default-route yang ditandai dengan network 0.0.0.0/0.

Packet Processing

Setelah router men-dekapsulasi frame pada layer 2, router membaca informasi network tujuan pada IP Header paket, kemudian paket tersebut akan di proses seperti berikut :

1. Jika informasi network tujuan ada pada tabel routing, paket akan dikirimkan ke next-hop address yang ada pada tabel routing.
2. Jika tidak ada informasi network tujuan pada tabel routing, tapi router memiliki informasi default route, Paket akan dikirimkan ke next-hop address dari default-route.
3. Jika tidak ada informasi network tujuan pada tabel routing dan router tidak memiliki informasi default route, Paket akan di drop.

Router meng-enkapsulasi kembali paket sebelum melakukan forwarding ke IP address next-hop-router.