Komputer Kinerja Tinggi Dengan Jaringan

1. Komputer Kinerja TinggiDengan Jaringan By : Nugroho Agung P, ST. M.Kom

2. Protokol Lain • Dari sisi protokol, jenis protokol yang saat ini paling banyak digunakan adalah Ethernet dan Fast Ethernet. • Ada beberapa protokol lain, tetapi kurang populer, yaitu Token Ring, FDDI dan ATM. • Dua protokol terakhir cenderung digunakan pada jaringan besar sebagai backbone (jaringan tulang punggung yang menghubungkan banyak segmen jaringan yang lebih kecil).

3. Protokol Lain • Ethernet mendukung kecepatan transfer data sampai 10Mbps, sedangkan Fast Ethernet mendukung kecepatan transfer data sampai 100Mbps. • Jika memilih untuk menggunakan protokol Ethernet, maka harus membeli kartu Ethernet. • Demikian juga jika telah memilih Fast Ethernet. Namun saat ini juga ada kartu combo yang mendukung Ethernet maupun Fast Ethernet. • Kartu combo bisa mendeteksi sendiri berapa kecepatan yang sedang digunakan pada jaringan.

4. Protokol Lain • Dari sisi kabel, ada beberapa tipe kabel yang digunakan orang, yaitu UTP (unshielded twisted pair), coaxial, dan fiber optik. • Yang paling banyak dipilih orang adalah UTP, karena murah, kemampuannya memadai dan pemasangannya cenderung lebih mudah. • Kabel coaxial (mirip dengan kabel televisi) dulu banyak digunakan orang, tetapi saat ini boleh dibilang sudah hampir tak dilirik.

5. Protokol Lain • Fiber optik merupakan kabel paling mahal (dari sisi instalasi maupun harga per meter), tetapi kemampuannya mendukung kecepatan transfer data paling bagus. • Pemasangan kabel fiber optik paling rumit, karena itu mahal. • Dalam memilih kartu, harus menyesuaikan dengan tipe kabel yang telah/akan dipasang.

6. Gigabit LAN • LAN saat ini tidak mencukupi untuk keperluan multimedia dan aplikasi groupware. • Untuk bisa mengoperasikan aplikasi seperti multimedia, video dan 3D CAD/CAM dibutuhkan kecepatan LAN dalam skala Gigabit.

7. Gigabit LAN • 4 tipe teknologi LAN yang ada: Ethernet, Token-Ring, FDDI dan SNA. • Tiga yang pertama berdasarkan standar terbuka, sedangkan SNA adalah teknologi IBM dan digunakan untuk mainframe. • Untuk memenuhi kebutuhan network mendatang, teknologi LAN Gigabit muncul dengan cepat. • Dikenal sebagai Gigabit Ethernet dan 1G-AnyLAN, LAN ini beroperasi di atas bermacam media, termasuk fiber, coaxial dan twisted-pair copper wiring kategori 5

8. 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.

9. Asynchronous Transfer Mode • ATM beroperasi mulai dari 25 - 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.

10. Asynchronous Transfer Mode • Dengan delay yang 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.

11. Standarisasi • Problem terbesar LAN Gigabit adalah adanya 2 standar yang menyebabkan adanya masalah kompatibilitas. • Selain itu, baik Gigabit Ethernet ataupun 1G-AnyLAN tidak menjamin pengoperasian suara atau video yang time-sensitive. • Isu kompatibilitas menjadi lebih kompleks dengan adanya kebutuhan pemakaian Ethernet Gigabit di atas LAN bersama.

12. Standarisasi • Di sisi lain Switched Ethernet tidak menghadapi masalah tabrakan, karena desainnya yang full duplex. • Oleh karena itu, protokol CSMA/CD dihentikan. • Pada kecepatan Gigabit dimana 2 tipe protokol Ethernet digunakan • Tabrakan akan terjadi dengan jumlah besar, sehingga akan memerlukan transmisi ulang yang dapat mengurangi performansi secara signifikan.

13. Standarisasi • Satu argumen kuat yang memfavoritkan ATM adalah karena kemampuan multimedianya yang lebih berkembang. • Ethernet Gigabit tidak mempunyai skema untuk prioritas pengiriman trafik time-sensitive. • 1G-AnyLan (100VG) menyerahkan 2 level prioritas untuk trafik, tetapi pada LAN yang sibuk prioritas tersebut tidak menjamin suara dan video datang tepat waktu.

14. Standarisasi • 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.

15. LAN Gigabit terkini • 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.

16. LAN Gigabit terkini • 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.

17. Fast Ethernet 100 Base T • Fast Ethernet 100 Base T merupakan standard IEEE 802.3u. • Teknologi ini menggunakan prinsip 10 Base T dengan protokol CSMA/CD, tetapi memiliki bit rate 100 Mbps. • Fast ethernet ini menggunakan media kabel UTP, STP, fiber optik. • Jarak optimum 2 node kurang dari 220 m, sedang jarak optimum antara 2 hop kurang dari 10 m. • Teknologi fast ethernet menggunakan menggunakan 2 jenis hop yaitu shared hop (single conversatation) dan switch hope (multiple convertation).

18. Teknologi Optical LAN • Meningkatnya kecepatan processor komputer secara eksponensial dan perkembangan aplikasi multimedia yang semakin cepat menyebabkan timbulnya kebutuhan akan high speed local area networks (LAN) yang dapat menangani trafik di masa depan. • Serat optik cocok digunakan untuk high speed traffic transport, tetapi sifat trafik komputer yang bursty dan banyaknya pengguna menyebabkan sulit untuk memanfaatkan kapasitas serat optik pada LAN secara optimal.

19. Teknologi Optical LAN • Generasi pertama LAN disusun dalam topologi bus dan ring, dengan data rates 10 Mb/s (Ethernet, IEEE 802.4 token bus, IEEE 802.5 token ring). • Rangkaian elektronika dengan kecepatan lebih tinggi yang mulai digunakan pada LAN generasi kedua, digunakan sekarang secara efektif untuk meningkatkan kinerja kira-kira dalam orde 100Mb/s Ethernet, Fiber Distributed Data Interface ,tetapi hal ini tidak akan mampu menangani kinerja dalam orde gigabit yang dibutuhkan LAN masa depan.

20. Dalam arsitektur tradisional, sambungan antar node dilakukan melalui shared channel dalam jumlah kecil. • Oleh karena itu peralatan elektronik pada setiap node harus beroperasi pada kecepatan agregat network sehingga membatasi kapasitas network secara keseluruhan. • Hanya dengan mentransmisikan multiple channel (masing masing bekerja dalam orde Gb/s) maka LAN dapat melayani kebutuhan pengguna di masa depan.

21. Multiple channel LAN dapat diimplementasikan menggunakan serat optik dengan cara wavelength division multiplexing (WDM), subcarrier multiplexing (SCM), time division multiplexing (TDM), code division multiple access (CDMA), atau kombinasi antara cara-cara ini. • Pada tulisan ini hanya WDM dan SCM yang akan dibahas karena diperlukan sinkronisasi dengan kecepatan yang lebih tinggi untuk sistem optical TDM dan CDMA sehingga kurang menarik untuk aplikasi high-speed LAN. • Dengan WDM masing-masing channel ditransmisikan melalui panjang gelombang optik pembawa yang unik.

22. Gelombang pembawa (carrier) ini dapat dikombinasikan dengan N x N coupler untuk passive star topology, atau dengan coupler dan tap untuk bus dan ring topology. • Pada sistem SCM, payload channel menggunakan microwave dengan frekuensi berbeda yang dimultipleks melalui optical carrier. • Keuntungan SCM adalah komponen microwave sudah lebih mapan dibandingkan dengan gelombang optik. • Kerugian SCM adalah throughput yang dapat dihasilkan tidak setinggi WDM karena semua channel harus berada dalam bandwidth pada satu optical carrier.

23. Di samping itu, daya optik pada laser dibagi di antara channel pada sistem SCM, sementara untuk WDM, seluruh daya pada laser ada di setiap channel. • Karena keterbatasan ini, kita akan akan memperhatikan SCM hanya untuk kasus dimana SCM digunakan dalam transmisi informasi kontrol pada sistem WDM. • Multichannel LAN dapat dibagi menjadi dua kategori utama single-hop dan multi-hop. • Dengan single-hop, setiap node memiliki direct link ke setiap node dalam network.

24. Pada multi-hop, dua node dapat berkomunikasi lewat satu atau lebih intermediate node. • Multi-hopnetwork memiliki keuntungan yaitu tidak semua node harus dapat mengakses setiap channel di LAN, yang berarti berkurangnya transceiver yang diperlukan dan menyederhanakan access protocol. • Bagaimanapun juga paket data harus di-route melalui satu atau lebih intemediate node sebelum mencapai tujuan, yang berarti meningkatkan latency dan membatasi setiap node dalam kapasitas channel yang terbagi-bagi.

25. Dengan single-hop network, latency melalui network rendah tetapi delay yang lebih panjang akan terjadi untuk mengakses sebuah channel. • Maka itu baik single-hop atau multi-hop cocok untuk optical LAN bergantung pada signalling dan access control yang dipakai. • Dengan optical LAN, alokasi channel dapat dilakukan dengan pre-assingingaccess pada waktu konfigurasi network, dengan mengkoordinasikan access secara dinamis dengan basis permintaan, random access atau dengan kombinasinya.

26. Dalam kasus pre-assigned access, node di-assign untuk panjang gelombang tertentu , transmitter dan receivernya tetap (fixed). Protokol ini mencegah channel collission (tabrakan) dan receiver contention, tetapi kinerjanya kurang karena network harus menyesuaikan dengan kondisi beban. • Pemecahan yang lebih praktis adalah cara dynamic dan random access, tetapi kedua cara ini memerlukan suatu mekanisme untuk mengatur alokasi channel. • Network eksperimental yang menggunkan pre-assigned access adalah LAMBDANET.

27. Pada LAMBDANET masing-masing dari N buah node memiliki sebuah laser yang ditransmisikan pada panjang gelombang yang unik dan N buah receiver, yang masing-masing ditala pada salah satu dari N panjang gelombang. • Untuk mencegah biaya tinggi dan kompleksitas dari multiple receiver pada setiap node, dapat digunakan sebuah receiver yang dapat ditala (tuneable). • Jika tuneable receiver digunakan dan jadwal transmisi tidak ditentukan dulu maka informasi kontrol pada channel yang akan digunakan harus dikirimkan dalam receiving mode.

28. Informasi kontrol ini dapat ditransmisikan secara in-band (dalam channel yang sama dengan payload data ) atau out-of-band pada channel kontrol yang terpisah. • Contoh in-band signalling adalah RAINBOW yang menggunakan in-band polling untuk membangun hubungan antara dua node. • Jika node A ingin mentransmisikan data ke node B, maka sistem ini mengirimkan setup request secara berulang-ulang pada panjang gelombang A dan menala receiver pada panjang gelombang B.

29. Jika node B tidak sedang menerima dari node lain, maka B akan men-scan seluruh panjang gelombang yang lainnya, mencari setup request. • Ketika setup request dari node A diterima, node B akan mengirim pemberitahuan (acknowledgement) melalui panjang gelombang B. • Meskipun protokol ini menyederhanakan node-node dengan menghilangkan keperluan akan control channel dan beroperasi dengan baik untuk durasi koneksi yang lama, waktu yang diperlukan untuk membangun koneksi antara node cukup lama sehingga tidak cocok dipakai untuk packet switching

30. Untuk membangun koneksi dengan cepat, out-of-band control channel dapat digunakan. • Control channel dapat ditransmisikan pada panjang gelombang yang unik atau termultipleks pada panjang gelombang yang sama dengan payload channel dengan SCM atau dengan cara kombinasi modulasi. • Untuk network dengan panjang gelombang untuk control channel yang unik, node harus ditala di antara payload dan panjang gelombang control (di antara setiap koneksi) atau memakai transceiver untuk kedua payload dan control channel.

31. Beberapa protokol untuk LAN menggunakan satu tuneable transmitter dan satu tuneable receiver untuk setiap node. • Delay penalaan dan range penalaan yang terbatas pada peralatan yang ada saat ini membuat protokol jenis ini sulit diimplementasikan. • Dengan modulasi kombinasi, out-of-band control signal dan payload signal ditransmisikan pada satu optical carrier dan memerlukan hanya satu transmitter per node.

32. Oleh karena itu kombinasi modulasi menawarkan kinerja yang baik dibandingkan dengan network yang memkai control transceiver tersendiri dan biaya yang lebih rendah untuk setiap node. • Cara lain untuk mentransmisikan independent control channel adalah dengan multichannel subcarrier multiplexing (MSCM). • Dengan cara ini, node mentransmisikan payload channel pada baseband dan control channel pada frekuensi microwave yang unik pada single optical carrier.

33. Frekuensi microwave dipilih sehingga satu photodetector dapat digunakan untuk menerima semua control channel secara simultan. • Teknik ini, seperti modulasi kombinasi, memerlukan sebuah laser pentransmisi untuk setiap node. • Untuk pengimplementasian WDM LAN yang lebih efisien, maka diperlukan transmitter dan/atau receiver yang mampu menala untuk seluruh range panjang gelombang. • Kemajuan di bidang komponen memampukan penalaan dengan kecepatan menengah sampai tinggi pada range panjang gelombang yang lebar.

34. Multi-wavelength transmitter dapat diimplementasikan dengan tuneablelaser atau laser array. • Pada WDM network, panjang gelombang harus dinyatakan secara akurat dan terpisah dari panjang gelombang yang lain dengan interval yang presisi. • Range penalaan yang lebar dan kecepatan penalaan tinggi cocok digunakan pada WDM network. • Belakangan ini, tunable laser kecepatan tinggi didemonstrasikan untuk men-switch antara panjang gelombang deengan waktu kurang dari 8 ns.

35. Laser yang dipakai adalah 2-electrode distributed Bragg reflector (DBR) laser, yang terdiri dari sebuah longlasing section sebagai Fabry-Perot (FP) yang dimensi longitudinalnya dipilih yang menghasilkan resonansi dengan space rapat. • Hasilnya berhasil menala 24 frekuensi diskrit dengan space 40 Ghz pada range 920 Ghz dan berpusat pada panjang gelombang 1,53 um. • Switching yang cepat dimungkinkan karena penguncian terhadap FP mode lebih mudah dilakukan pada laser tersebut dibandingkan pada rangakaian umpan balik eksternal.

36. Waktu switching dibatasi oleh lifetime dari carrier yang diinjeksikan ke DBR section, yaitu dalam orde nanosekon. • Sebagai alternatif lain laser array dapat digunakan untuk membuat multi-wavelength transmitter. • Pada sistem ini channel dengan panjang gelombang berbeda ditransmisikan dengan menghidupkan elemen yang sesuai pada array • Laser array memungkinkan range penalaan yang lebih lebar dan spacing channel yang lebih teratur dibandingkan tuneable laser. Dengan konfigurasi yang tepat, multiple signal dapat ditransmisikan secara simultan, yang merupakan feature yang menarik untuk aplikasi seperti video conferencing.

37. Distributed feedback (DFB) laser array dengan star coupler dan dua optical amplifier yang terintegrasi dalam satu chip sudah berhasil dibuat. • Laser array dihubungkan ke input waveguide (bumbung gelombang) dari star coupler dan dua output waveguide diumpankan ke optical amplifier. • Ada 18 laser yang dipakai dan space panjang gelombang adalah 3,7 nm dengan standar deviasi 0,38 nm, kecuali untuk satu panjang gelombang.

38. Selain itu teknologi array juga memungkinkan perbaikan kinerja dan pengaturan spesifikasi panjang gelombang pada device dengan satu channel diskrit. • Optical receiver dapat dibagi dalam dua kategori : direct detection dan coherent detection. Pada direct detection receiver, sinyal optik yang diterima diteruskan langsung ke photodiode. Karena photodiode hanya berespon pada daya optik, direct detectionreceiver dapat digunakan untuk mendemodulasi ASK dan (dengan filter) wide-deviation FSK. • Direct detection receiveer dapat dibuat tuneable dengan menempatkan tuneable optical filter di depan receiver.

39. Coherent receiver memakai local oscillator (LO) laser yang ditala pada frekuensi optik dekat dngan frekuensi sinyal yang ditransmisikan. • Penggunaan frekuensi LO yang berbeda dengan frekuensi sinyal disebut sebagai heterodyne detection. • Tuneable coherentreceiver dapat direalisasikan menggunakan tuneable laser sebagai LO untuk memilih panjang gelombang tertentu.

40. Pemfilteran panjang gelombang dapat dicapai dengan mekanisme berikut : • ketergantungan panjang gelombang pada interferometric phenomena (Fabry-Perot dan Mach-Zehnder filter): • ketergantungan panjang gelombang dengan coupling antara node, disebabkan oleh external perturbation (electro-optic dan acousto-optic filter) • resonant amplification pada device semikonduktor aktif. • Agar dapat menala dengan depat dan range penalaan lebar maka optical filter yang dipakai harus sangat selektif dalam memilih sinyal yang harus dilewatkan.

41. Filter waveguide Mach-Zehnder memiliki resolusi yang baik (lebih kecil dari satu angstrom), tetapi memiliki range penalaan yang terbatas (nanometer) dan waktu penalaan dalam orde milisekon. • Electro-optic tuneable filter menala dengan sangat cepat (nanosekon), tetapi range penalaan sempit (nanometer). • Acousto-optic tuneable filter (AOTF) memiliki resolusi rendah (nanometer) tetapi range penalaan dari 1,2 sampai 1,6 mikron dan waktu penalaan yang cepat (mikrosekon). • Tunable optical filter dapat digunakan pada circuit-switched network, dimana perubahan konfigurasi jarang terjadi.

42. Konfigurasi network menyesuaikan koneksi sebagai respon terhadap perubahan pola trafik, specific request untuk,circuit-switched connection dan kesalahan peralatan pada level optik. • Untuk fast packet switched WDM network, tunable optical filter tidak cocok digunakan karena waktu penalaan yang lambat. • Untuk network besar, optical amplifier diperlukan untuk mengatasi splitting loss dan distance attenuation. • Pada sebagian besar aplikasi , solusi yang sering dipakai adalah Erbium-doped fiber amplifier (EFDA).

43. Amplifier ini memiliki optical gain yang tinggi (30 sampai 40 dB) degan crosstalk antar channel rendah. • Gain bandwidth berkurang dari 35 um menjadi fraksi 200 nm passband yang dapat digunakan pada serat optik. • Semiconductor optical amplifier dapat digunakan sebagai alternatif solusi. • Amplifier ini dapat menyediakan bandwidth sebesar 100 nm dan daya saturasi sebesar puluhan miliwatt. • Jenis ini cocok digunakan karena kekompakannya dan mampu diintegrasikan dengan komponen optik dan elektrik yang lain.

44. Semiconductor amplifier memiliki input yang besar dan output coupling loss, ketergantungan polarisasi dan intechannnel crosstalk. • Alternatif lain selain menggunakan optical amplifier dengan memakai direct direction receiver adalah dengan menggunakan coherent receiver yang memiliki sensitivitas sama atau lebih baik. • Dengan daya LO yang besar, coherent receiver dapat menghasilkan kinerja yang sama dengan pre-amplified direct direction receiver.

45. Selain itu, coherent amplifier dapat dikembangkan lebih lanjut untuk integrasi dalam level IC. • N x N star coupler yang konvensional dapat dibentuk dari 2 x 2 star coupler, tetapi jumlah 2 x 2 star coupler yang digunakan harus banyak untuk N yang banyak. Salah satu alternatif adalah menggunakan integrated radiative optical star. • Keuntungan utama teknologi waveguide adalah fleksibilitas yang ditawarkan karena ukuran star tidak dibatasi dalam kelipatan 2 x 2. Integrated 19 x 19 star dengan loss tertinggi 3 dB.

46. Diharapkan N dapat meningkat menjadi 100 dan loss menurun sedcara signifikan. • Teknologi yang sama dapat digunakan untuk membuat 1 x N splitter dan N x 1combiner. • Integrated star coupler ini dapat dikembangkan untuk membentuk waveguide router. • Usaha-usaha penelitian telah dilakukan untuk memperbaiki kinerja device yang sudah adadan untuk mengembangkan device baru sehingga WDM networking dapat menjadi lebih baik