Materi Jaringan Komputer - Data Link Control

Materi Jaringan Komputer - Data Link Control

Pembahasan kita kali ini mengenai pengiriman sinyal melewati sebuah saluran transmisi, agar komunikasi dapat efektif banyak hal tentang pengendalian dan managemen pertukaran yang harus diperhatikan. Data link control ini bekerja di lapisan ke dua pada model referensi OSI.

Beberapa hal yang diperlukan untuk mengefektifkan komunikasi data antara dua stasiun transmiter dan receiver adalah:

Ø  Sinkronisasi frame, data yang dikirimkan dalam bentuk blok disebut frame. Awal dan akhir suatu frame harus teridentifikasi dengan jelas.

Ø  Menggunakan salah satu dari  konfigurasi saluran, akan dibahas pada bab selanjutnya.

Ø  Kendali Aliran, stasiun pengirim harus tidak mengirimkan frame sebelum memastikan bahwa data yang dikirimkan sebelumnya telah sampai.

Ø  Kendali kesalahan, bit-bit kesalahan yang ditunjukkan oleh sistem transmisi harus benar.

Ø  Pengalamat, pada sebuah saluran multipoint, indentitas dari dua buah stasiun dalam sebuah transmisi harus dikenali.

Ø  Kendali dan data dalam beberapa saluran, biasanya tidak diperlukan sinyal kontrol  dalam sistem komunikasi yang terpisah, maka penerima harus dapat membedakan informasi  kendali dari data yang dirimkan.

Ø  Managemen hubungan, inisiasi, perbaikan, akhir dari suatu data exchange memerlukan beberapa korodinasi dan kerja sama antar stasiun.

 

3.1 Konfigurasi Saluran

Tiga karakteristik  yang membedakan macam-macam konfigurasi saluran adalah topologi, dupleksitas, dan disiplin saluran.

3.1.1 Topologi dan dupleksitas.

Topologi dari sebuah  hubungan data berkenaan dengan susunan fisik dari sebuah stasiun pada sebuah hubungan.jika hanya terdapat dua buah stasiun maka hubungan yang dapat dibangun diantara keduanya adalah point-to-poitn. Jika terdapat lebih dari dua stasiun, maka harus digunakan topoloty multipoint. Dahulu, sebuah hubungan multipoint digunakan pada suatu kasus hubungan antara sebuah komputer (stasiun primer) dan satu set terminal (stasiun sekunder), tetapi sekarang untuk versi yang lebih kompleks topologi multipoint digunakan pada jaringan lokal.

Saluran multipoint tradisional memungkinkan dibuat ketika sebuah terminal hanya mengirim pada satu saat. Gambar 3.1 menunjukkan keuntungan dari konfigurasi multipoint. Jika tiap-tiap komputer memiliki hubungan point-to-point ke suatu komputer  jadi komputer harus harus mempunyai sebuah I/O port untuk masing-masing terminal. Jadi terdapat sebuah saluran transmisi yang terpisah dari komputer ke masing-masing terminal. Di dalam sebuah konfigurasi multipoint, komputer memerlukan hanya sebuah I/O port, hanya sebuah saluran transmisi yang diperlukan.

Dupleksitas dari sebuah hubungan berkenaan dengan arah dan waktu aliran sinyal. Dalam transmisi simpleks, aliran sinyal selalu dalam satu arah. Sebagai contoh, sebuah perangkat input hanya dapat mentransmisikan, dan tidak pernah menerima. Sebuah perangkat output misalnya sebuah printer atau aktuator dapat dikonfigurasi hanya sebagai penerima. Simpleks tidak lazim digunakan karena dia tidak mungkin mmngirim ulang kesalahan atau sinyal kontrol ke sumber data . Simpleks identik dengan satu jalan ada  satu lintasan.

Gambar 3.1 Konfigurasi terminal.

Gambar 3.2 Hubungan konfigurasi saluran

Sebuah hubungan half-dupleks dapat mengirim dan menerima tetapi tidak simultan. Mode ini seperti dua lintasan alternatif, dua stasiun dalam sebuah hubungan half-dupleks harus bergantian dalam mentransmisikan sesuatu. Hal ini dentik dengan satu jalan ada dua lintasan. Dalam sebuah hubungan full-dupleks, dua buah stasiun dapat mengirim dan menerima secara simultan data dari yang satu ke yang lain. Sehingga pada mode ini dikenal sebagai dua lintasan simultan, dan mungkin sebanding dengan dua jalan ada dua lintasan.

Sejumlah kombinasi dari topologi dan dupleksitas yang mungkin terjadi dapat dilihat pada gambar 3.2 yang melukiskan sebagian keadaan konfigurasi. Gambar selalu menunjukkan sebuah stasiun primer (P) tunggal dan lebih dari satu stasiun sekunder (S). Untuk hubungan point-to-point , dua kemungkinan dapat dijelaskan. Untuk hubungan multipoint, tiga konfigurasi mungkin terjadi:

Ø Primary full-duplex, secondaries half-duplex (multi-multipoint).

Ø Both primary and secondaries half-duplex (multipoint half-duplex).

Ø Both primary and secondaries full-duplex (multipoint duplex).

3.1.2 Disiplin saluran

Beberapa disiplin diperlukan dalam menggunakan sebuah hubungan tarnsmisi. Pada sebuah hubungan half-duplex, hanya sebuah stasiun pada suatu waktu yang harus mengirim. Pada kasus yang lain, hubungan half atau full-duplex, sebuah setasiun hanya dapat mengirim jika dia tahu bahwa di sisi penerima telah siap untuk menerima.

Hubungan point-to-point.

Disiplin saluran adalah sederhana dengan sebuah hubungan point-to-point. Marilah pertimbangkan pertama-tama sebuah hubungan half-duplex dalam masing-masing stasiun  telah siap menerima perubahan. Sebuah  contoh perubahan dilukiskan pada gambar 3.3 Jika masing-masing stasiun menginginkan untuk mengirimkan data ke yang lain, yang pertama dilakukan adalah mengetahui apakah stasiun tujuan telah siap untuk menerima. Stasiun kedua menjawab dengan sebuah positive acknowledge (ack) untuk mengindikasikan bahwa dia telah siap. Stasiun pertama kemudian mengirim beberapa data yang telah dibentuk dalam frame. Pada komunikasi asinkron data akan dikirim seperti sebuah deretan karakter asinkron. Dalam beberapa kasus, setelah beberapa quantum data dikirimkan , stasiun pertama berhenti untuk menunggu jawaban. Stasiun kedua menjawab keberhasilan menerima data dengan ack. Stasiun pertama kemudian mengirim akhir dari transmisi (eot) yang mengakhiri komunikasi dan kembali ke keadaan awal.

Gambar 3.3 Hubungan kendali point-to-point

Beberapa ciri tambahan ditambahkan pada gambar 3.3 untuk melengkapi proses transmisi dengan kontrol kesalahan. Sebuah negative acknowledgement (nak) digunakan untuk menandakan bahwa sebuah stasiun belum siap menerima atau data diterima dalam keadaan error. Sebuah stasiun mungkin mengabaikan jawan atau menjawab dengan pesan yang cacat. Hasil dari kondisi ini ditunjukkan oleh garis kecil di dalam gambar, garis tebal menandakan keadaan komunikasi yang normal. Jika sebuah keadaan tak diinginkan terjadi, seperti sebuah nak atau invalid reply, sebuah stasiun mungkin mengulang untuk memberikan aksi terakhir atau mungkin mengadakan beberapa prosedure penemuan kembali kesalahan (erp).

Terdapat  tiga phase penting dalam prosedur pengontrolan komunikasi ini:

Ø  Establishement, keputusan yang menentukan stasiun yang mana harus mengirim dan stasiun yang mana harus siap-siap untuk menerima.

Ø  Data Transfer, data ditransfer dalam satu atau lebih blok pengiriman.

Ø  Termination pemberhentian hubungan secara logika. (hubungan transmitter-receiver).

Hubungan Multipoint

Pilihan dari disiplin saluran untuk hubungan multipoint tergantung pada penentuan ada-tidaknya stasiun primer. Ketika terdapat sebuah stasiun primer, data hanya akan ditukar antara stasiun primer dan stasiun sekunder, bukan antara sesama stasiun sekunder. Sebagian besar disiplin bersama menggunakan situasi ini, yaitu  semua perbedaan dari sebuah skema dikenal sebagai poll dan select.

Ø  Poll, stasiun primer meminta data dari stasiun sekunder.

Ø  Sellect, stasiun primer memiliki data untuk dikirim dan diberitahukan ke stasiun sekunder bahwa data sedang datang.

Gambar 3.4 menunjukkan konsep ini, dimana  stasiun primer poll ke stasiun sekunder dengan mengirim sebuah pesan singkat. Pada kasus ini, stasiun sekunder tidak mengirim dan menjawab dengan beberapa pesan nak. Waktu keseluruhan untuk urutan ini ditunjukkan dengan

T_N = t_prop + t_poll + t_proc + t_nak + t_prop

dimana  :

T_N : total waktu  untuk poll tanpa mengirim

t_prop : waktu propagasi = t₁-t₀ = t₅-t₄

t_poll  : waktu untuk mengririm poll = t₂-t₁

t_proc : waktu untuk pross poll sebelum menerima jawaban

                      = t₃-t₂

t_nak : waktu untuk mengririm sebuah negative acknowledgment

      = t₄-t₃

Gambar 3.4 Poll and select sequences

Gambar 3.4 juga menjelaskan kasus dari sebuah keberhasilan poll, waktu yang dibutuhkan adalah:

T_P = 3t_prop + t_poll + t_ack + t_data + 2t_proc

T_P = T_N + t_prop + t_data + t_proc

disini kita asumsikan waktu proses untuk menjawab beberapa pesan adalah konstan.

Sebagian besar bentuk polling bersama disebut roll-call polling, yang mana stasiun primer menyeleksi masing-masing poll dari satsiun sekunder dalam sebuah urutan pra penentuan. Dalam kasus sederhana, stasiun primer poll ke tiap-tiap stasiun sekunder dalam urutan round robbin S₁, S₂, S₃, . . .  S_n, sampai semua stasiun sekunder dan mengulang urutan. Waktu yang diperlukan dapat diekspersikan sebagai:

T_c = nT_N + kT_D

dimana

T_c  : waktu untuk satu siklus polling lengkap

T_N : waktu rata-rata untuk poll sebuah stasiun sekunder dari   data transfer

T_D: waktu transfer data

n  : jumlah stasiun sekunder

k : jumlah stasiun sekundert dengan data untuk dikirim selama siklus.

Fungsi penyeleksian ditunjukkan pada gambar 3.4c Terlihat bahwa empat transmisi terpisah menerima transfer data dari stasiun primer ke stasiun sekunder. Sebuah teknik alternatif disebut fast sellect. pada kasus ini penyeleksian pesan termasuk data ditransfer (gambar 3.4d). Pertama kali mengganti dari stasiun sekunder sebuah acknowledgement yang mengindikasikan bahwa stasiun telah dipersiapkan untuk menerima dan telah menerima data dengan  sukses. Pemilihan cepat adalah teristimewa cocok untuk aplikasi dimana pesan pendek sering dikirimkan dan waktu transfer untuk pesan tidak cukup lama dibanding waktu reply.

Penggunaan dari roll-call polling untuk konfigurasi lain adalah mudah dijelaskan. Pada kasus multi-multipoint (gambar 3.2c), stasiun primer dapat mengirim sebuah poll ke salah satu stasiun sekunder pada waktu yang samadia menerima sebuah pesan kontrol atau data dari yang lain. Untuk multipoint duplex stasiun primer dapat digunakan dalam komunikasi full duplex dengan beberapa stasiun sekunder.

Sebuah karakteristik dari semua saluran disiplin multipoint adalah membutuhkan pengalamatan. Dalam kasus roll call polling pengirirman dari sebuah stasiun sekunder harus diidentifikasi. Pada sebuah situasi, kedua pengirim dan penerima harus diidentifikasi. Terdapat tiga keadaan, yaitu:

Ø  point-to-point : tidak memerlukan pengalamatan

Ø  primary-secundary multipoint : sebuah alamat diperlukan untuk mengidentifikasi stasiun sekunder.

Ø  peer multipoint : diperlukan dua alamat, untuk mengiden-tifikasi pengirim dan penerima.

3.2 Kontrol Aliran

Flow control adalah suatu teknik untuk menjamin bahwa sebuah stasiun pengirim tidak membanjiri stasiun penerima dengan data. Stasiun penerima secara khas akan menyediakan suatu buffer data dengan panjang tertentu. Ketika data diterima, dia harus mengerjakan beberapa poses sebelum dia dapat membersihkan buffer dan mempersiapkan penerimaan data berikutnya.

Bentuk sederhana dari kontrol aliran dikenal sebagai stop and wait, dia bekerja sebagai berikut. Penerima mengindikasikan bahwa dia siap untuk menerima data dengan mengirim sebual poll atau menjawab dengan select. Pengirim kemudian mengirimkan data.

Flow control ini diatur/dikelola oleh Data Link Control (DLC) atau biasa disebut sebagai Line Protocol sehingga pengiriman maupun penerimaan ribuan message dapat terjadi dalam kurun waktu sesingkat mungkin. DLC harus memindahkan data dalam lalu lintas yang efisien. Jalur komunikasi harus digunakan sedatar mungkin, sehingga tidak ada stasiun yang berada dalam kadaan idle sementara stasiun yang lain  saturasi dengan lalu lintas yang berkelebihan. Jadi flow control merupakan bagian yang sangat kritis dari suatu jaringan.  Berikut ini ditampilkan time diagram Flow control saat komunikasi terjadi pada kondisi tanpa error dan ada error.

Gambar 3.5  Diagram waktu flow control saat transmisi tanpa kesalahan (a) dan saat terjadi kehilangan paket dan terjadi kesalahan (b)

Mekanisme Flow control yang sudah umum digunakan adalah Stop and Wait dan Sliding window, berikut ini akan dijelaskan kedua mekanisme tersebut.

3.2.1 Stop and wait

Protokol ini memiliki karakteristik dimana sebuah pengirim mengirimkan sebuah frame dan kemudian menunggu acknowledgment sebelum memprosesnya lebih lanjut. Mekanisme stop and wait dapat dijelaskan dengan menggunakan gambar 3.6, dimana DLC mengizinkan sebuah message untuk ditransmisikan (event 1), pengujian terhadap terjadinya error dilakukan dengan teknik seperti VCR (Vertical Redundancy Check) atau LRC (Longitudinal Redundancy Check) terjadi pada even 2 dan pada saat yang tepat sebuah ACK atau NAK dikirimkan kembali untuk ke stasiun pengirim (event 3). Tidak ada messages lain yang dapat ditransmisikan selama stasiun penerima mengirimkan kembali sebuah jawaban. Jadi istilah stop and wait diperoleh dari proses pengiriman message oleh stasiun pengirim, menghentikan transmisi berikutnya, dan menunggu jawaban.

Pendekatan stop and wait adalah sesuai untuk susunan transmisi half duplex, karena dia menyediakan untuk transmisi data dalam dua arah, tetapi hanya dalam satu arah setiap saat. Kekurangan yang terbesar adalah disaat jalur tidak jalan sebagai akibat dari stasiun yang dalam keadaan menunggu, sehingga kebanyakan DLC stop and wait sekarang menyediakan lebih dari satu terminal yang on line. Terminal-terminal tetap beroperasi dalam  susunan yang sederhana. Stasiun pertama atau host sebagai penaggung jawab untuk peletakkan message diantara terminal-terminal (biasanya melalui sebuah terminal pengontrol yang berada di depannya) dan akses pengontrolan untuk hubungan komunikasi.

Urutan sederhana ditunjukkan pada gambar 3.6 dan menjadi masalah yang serius ketika ACK atau NAK hilang dalam jaringan atau dalam jalur. Jika ACK pada event 3 hilang, setelah habis batas waktunya stasiun master mengirim ulang message yang sama untuk kedua kalinya. Transmisi yang berkelebihan mungkin terjadi dan menciptakan sebuah duplikasi record pada tempat kedua dari file data pengguna. Akibatnya, DLC harus mengadakan suatu cara untuk mengidentifikasi dan mengurutkan message yang dikirimkan dengan berdasarkan pada ACK atau NAK sehingga harus dimiliki suatu metoda untuk mengecek duplikat message.

Gambar 3.6  Stop and wait data link control

Pada gambar 3.7 ditunjukkan bagaimana urutan pendeteksian duplikasi message bekerja, pada event 1 stasiun pengirim mengirikan sebuah message dengan urutan 0 pada headernya. Stasiun penerima menjawab dengan sebuah ACK dan sebuah nomor urutan 0 (event 2). Pengirim menerima ACK, memeriksa nomor urutan 0 di headernya, mengubah nomor urutan menjadi 1 dan mengirimkan message berikutnya (event 3).

   

Gambar 3.7 Stop-and-wait alternating sequence

Stasiun penerima mendapatkan message dengan ACK 1 di event 4. Akan tetapi  message ini diterima dalam keadaan rusak atau hilang pada jalan. Stasiun pengirim mengenali bahwa message di event 3 tidak dikenali. Setelah batas waktu terlampau (timeout) stasiun pengirim mengirim ulang message ini (event 5). Stasiun penerima mencari sebuah message dengan nomor urutan 0. Dia membuang message, sejak itu dia adalah sebuah duplikat  dari message yang dikirim pada event 3. Untuk melengkapi pertang-gung-jawaban, stasiun penerima mengirim ulang ACK 1 (event 6).

Efek delay propagasi dan kecepatan transmisi

 Kita akan menentukan efisiensi maksimum dari sebuah jalur point-to-point menggunakan  skema stop and wait.  Total waktu yang diperlukan untuk mengirim data adalah :

T_d = T_I + nT_F

dimana     T_I  = waktu untuk menginisiasi urutan = t_prop + t_poll + t_proc

T_F  = waktu untuk mengirim satu frame

T_F  = t_prop + t_frame + t_proc + t_prop + t_ack + t_proc

                                t_prop  = waktu propagasi

t_frame = waktu pengiriman

t_ack   = waktu balasan

Untuk menyederhanakan persamaan di atas, kita dapat mengabaikan term. Misalnya, untuk sepanjang urutan frame, T_I relatif kecil sehingga dapat diabaikan. Kita asumsikan bahwa waktu proses antara pengiriman dan penerimaan diabaikan dan waktu balasan frame adalah sangat kecil, sehingga kita dapat mengekspresikan T_D sebagai berikut:

T_D = n(2t_prop + t _frame)

Dari keseluruhan waktu yang diperlukan hanya n x t frame yang dihabiskan selama pengiriman data sehingga utilization (U) atau efisiensi jalur diperoleh :

3.2.2 Sliding window control

Sifat inefisiensi dari stop and wait DLC telah menghasilkan teknik pengembangan dalam meperlengkapi overlapping antara message data dan message control yang sesuai. Data dan sinyal kontrol mengalir dari pengirim ke penerima secara kontinyu, dan beberapa message yang menonjol (pada jalur atau dalam buffer penerima) pada suatu waktu.

DLC ini sering disebut sliding windows karena metode yang digunakan sinkron dengan pengiriman nomer urutan pada header dengan pengenalan yang sesuai. Stasiun transmisi mengurus sebuah jendela pengiriman yang melukiskan jumlah dari message(dan nomor urutannya) yang diijinkan untuk dikirim. Stasiun penerima mengurus sebuah jendela penerimaan yang melakukan fungsi yang saling mengimbangi. Dua tempat menggunakan keadaan jendela bagaimana banyak message dapat/ menonjol dalam suatu jalur atau pada penerima sebelum pengirim menghentikan pengiriman dan menunggu jawaban.

Gambar 3.8. Sliding window data link control

Sebagai contoh pada gambar 3.8 suatu penerima dari ACK dari message 1 mengalir ke Station A untuk menggeser jendela sesuai dengan urutan nomor. Jika total message 10 harus dalam jendela, Station A dapat menahan pengiriman message 5,6,7,8,9,0, dan 1. (menahan message-message 2,3 dan 4 dalam kondisi transit). Dia tidak harus mengirim sebuah message menggunakan urutan 2 sampai dia menerima sebuah ACK untuk 2. Jendela melilitkan secara melingkar untuk mengumpulkan nomor-nomor set yang sama. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat gambar berikut menampilkan lebih detail mekanisme sliding window dan contoh transmisi messagenya.

 

 Gambar 3.9 Mekanisme sliding windows beserta contoh transimisi message

3.3 Deteksi Dan Koreksi Error

Sebagai akibat proses-proses fisika yang menyebabkannya terjadi, error pada beberapa media (misalnya, radio) cenderung timbul secara meletup (burst) bukannya satu demi satu. Error yang meletup seperti itu memiliki baik keuntungan maupun kerugian pada error bit tunggal yang terisolasi. Sisi keuntungannya, data komputer selalu dikirim dalam bentuk blok-blok bit. Anggap ukuran blok sama dengan 1000 bit, dan laju error adalah 0,001 per bit. Bila error-errornya independen, maka sebagian besar blok akan mengandung error. Bila error terjadi dengan letupan 100, maka hanya satu atau dua blok dalam 100 blok yang akan terpengaruh, secara rata-ratanya. Kerugian error letupan adalah bahwa error seperti itu lebih sulit untuk dideteksi dan dikoreksi dibanding dengan error yang terisolasi.

3.3.1 Kode-kode Pengkoreksian Error

Para perancang jaringan telah membuat dua strategi dasar yang berkenaan dengan error. Cara pertama adalah dengan melibatkan informasi redundan secukupnya bersama-sama dengan setiap blok data yang dikirimkan untuk memungkinkan penerima menarik kesimpulan tentang apa karakter yang ditransmisikan yang seharusnya ada. Cara lainnya adalah dengan hanya melibatkan redundansi secukupnya untuk menarik kesimpulan bahwa suatu error telah terjadi, dan membiarkannya untuk meminta pengiriman ulang. Strategi pertama menggunakan kode-kode pengkoreksian error (error-correcting codes), sedangkan strategi kedua menggunakan kode-kode pendeteksian error (error-detecting codes).

Untuk bisa mengerti tentang penanganan error, kita perlu melihat dari dekat tentang apa yang disebut error itu. Biasanya, sebuah frame terdiri dari m bit data (yaitu pesan) dan r redundan, atau check bits. Ambil panjang total sebesar n (yaitu, n=m+r). Sebuah satuan n-bit yang berisi data dan checkbit sering kali dikaitkan sebagai codeword n-bit.

Ditentukan dua buah codeword: 10001001 dan 10110001. Disini kita dapat menentukan berapa banyak bit yang berkaitan berbeda. Dalam hal ini, terdapat 3 bit yang berlainan. Untuk menentukannya cukup melakukan operasi EXCLUSIVE OR pada kedua codeword, dan menghitung jumlah bit 1 pada hasil operasi. Jumlah posisi bit dimana dua codeword berbeda disebut jarak Hamming (Hamming, 1950). Hal yang perlu diperhatikan adalah bahwa bila dua codeword terpisah dengan jarak Hamming d, maka akan diperlukan error bit tunggal d untuk mengkonversi dari yang satu menjadi yang lainnya.

Pada sebagian besar aplikasi transmisi data, seluruh 2^m pesan data merupakan data yang legal. Tetapi sehubungan dengan cara penghitungan check bit, tidak semua 2ⁿ digunakan. Bila ditentukan algoritma untuk menghitung check bit, maka akan dimungkinkan untuk membuat daftar lengkap codeword yang legal. Dari daftar ini dapat dicari dua codeword yang jarak Hamming-nya minimum. Jarak ini merupakan jarak Hamming bagi kode yang lengkap.

Sifat-sifat pendeteksian error dan perbaikan error suatu kode tergantung pada jarak Hamming-nya. Untuk mendeteksi d error, anda membutuhkan kode dengan jarak d+1 karena dengan kode seperti itu tidak mungkin bahwa error bit tunggal d dapat mengubah sebuah codeword yang valid menjadi codeword valid lainnya. Ketika penerima melihat codeword yang tidak valid, maka penerima dapat berkata bahwa telah terjadi error pada transmisi. Demikian juga, untuk memperbaiki error d, anda memerlukan kode yang berjarak 2d+1 karena hal itu menyatakan codeword legal dapat terpisah bahkan dengan perubahan d, codeword orisinil akan lebih dekat dibanding codeword lainnya, maka perbaikan error dapat ditentukan secara unik.

Sebagai sebuah contoh sederhana bagi kode pendeteksian error, ambil sebuah kode dimana parity bit tunggal ditambahkan ke data. Parity bit dipilih supaya jumlah bit-bit 1 dalam codeword menjadi genap (atau ganjil). Misalnya, bila 10110101 dikirimkan dalam parity genap dengan menambahkan sebuah bit pada bagian ujungnya, maka data itu menjadi 101101011, sedangkan dengan parity genap 10110001 menjadi 101100010. Sebuah kode dengan parity bit tunggal mempunyai jarak 2, karena sembarang error bit tunggal menghasilkan sebuah codeword dengan parity yang salah. Cara ini dapat digunakan untuk mendeteksi erro-error tunggal.

Sebagai contoh sederhana dari kode perbaikan error, ambil sebuah kode yang hanya memiliki empat buah codeword valid :

0000000000,0000011111,1111100000 dan 1111111111

Kode ini mempunyai jarak 5, yang berarti bahwa code tersebut dapat memperbaiki error ganda. Bila codeword 0000011111 tiba, maka penerima akan tahun bahwa data orisinil seharusnya adalah 0000011111. Akan tetapi bila error tripel mengubah 0000000000 menjadi  0000000111, maka error tidak akan dapat diperbaiki.

Bayangkan bahwa kita akan merancang kode dengan m bit pesan dan r bit check yang akan memungkinkan semua error tunggal bisa diperbaiki. Masing-masing dari 2^m pesan yang legal membutuhkan pola bit n+1. Karena jumlah total pola bit adalah 2ⁿ, kita harus memiliki (n+1)2^m £ 2ⁿ.

Dengan memakai n = m + r, persyaratan ini menjadi (m + r + 1)£2^r. Bila m ditentukan, maka ini akan meletakkan batas bawah pada jumlah bit check yang diperlukan untuk mengkoreksi error tunggal.

Dalam kenyataannya, batas bawah teoritis ini dapat diperoleh dengan menggunakan metoda Hamming (1950). Bit-bit codeword  dinomori secara berurutan, diawali dengan bit 1 pada sisi paling kiri. Bit bit yang merupakan pangkat 2 (1,2,4,8,16 dan seterusnya) adalah bit check. Sisanya (3,5,6,7,9 dan seterusnya) disisipi dengan m bit data. Setiap bit check memaksa parity sebagian kumpulan bit, termasuk dirinya sendiri,  menjadi genap (atau ganjil). Sebuah bit dapat dimasukkan dalam beberapa komputasi parity. Untuk mengetahui bit check dimana bit data pada posisi k berkontribusi, tulis ulang k sebagai jumlahan pangkat 2. Misalnya, 11=1+2+8 dan 29=1+4+8+16. Sebuah bit dicek oleh bit check yang terjadi pada ekspansinya (misalnya, bit 11 dicek oleh bit 1,2 dan 8).

Ketika sebuah codeword tiba, penerima menginisialisasi counter ke nol. Kemudian codeword memeriksa setiap bit check, k (k=1,2,4,8,....) untuk melihat apakah bit check tersebut mempunyai parity yang benar. Bila tidak, codeword akan menambahkan k ke counter. Bila counter sama dengan nol setelah semua bit check diuji (yaitu, bila semua bit checknya benar), codeword akan diterima sebagai valid. Bila counter tidak sama dengan nol, maka pesan mengandung sejumlah bit yang tidak benar. Misalnya bila bit check 1,2, dan 8 mengalami kesalahan (error), maka bit inversinya adalah 11, karena itu hanya satu-satunya yang diperiksa oleh bit 1,2, dan 8. Gambar 3.10 menggambarkan beberapa karakter ASCII 7-bit yang diencode sebagai codeword 11 bit dengan menggunakan kode Hamming. Perlu diingat bahwa data terdapat pada posisi bit 3,5,6,7,9,10,11.

Gambar 3.10 Penggunaan kode Hamming untuk mengkoreksi burst error

Kode Hamming hanya bisa memperbaiki error tunggal. Akan tetapi, ada trick yang dapat digunakan untuk memungkinkan kode Hamming dapat memperbaiki error yang meletup. Sejumlah k buah codeword yang berurutan disusun sebagai sebuah matriks, satu codeword per baris. Biasanya, data akan ditransmisikan satu baris codeword sekali, dari kiri ke kanan. Untuk mengkoreksi error yang meletup, data harus ditransmisikan satu kolom sekali, diawali dengan kolom yang paling kiri. Ketika seluruh k bit telah dikirimkan, kolom kedua mulai dikirimkan, dan seterusnya. Pada saat frame tiba pada penerima, matriks direkonstruksi, satu kolom per satuan waktu. Bila suatu error yang meletup terjadi, paling banyak 1 bit pada setiap k codeword akan terpengaruh. Akan tetapi kode Hamming dapat memperbaiki satu error per codeword, sehingga seluruh blok dapat diperbaiki. Metode ini memakai kr bit check untuk membuat km bit data dapat immune terhadap error tunggal yang meletup dengan panjang k atau kurang.

3.2.2 Kode-kode Pendeteksian Kesalahan

Kode pendeteksian error kadang kala digunakan dalam transmisi data. Misalnya, bila saturan simplex, maka transmisi ulang tidak bisa diminta. Akan tetapi sering kali deteksi error yang diikuti oleh transmisi ulang lebih disenangi. Hal ini disebabkan karena pemakaian transmisi ulang lebih efisien. Sebagai sebuah contoh yang sederhana, ambil sebuah saluran yang errornya terisolasi dan mempunyai laju error 10 –6 per bit.

Anggap ukuran blok sama dengan 1000 bit. Untuk melaksanakan koreksi error blok 1000 bit, diperlukan 10 bit check; satu megabit data akan membutuhkan 10.000 bit check. Untuk mendeteksi sebuah blok dengan error tunggal 1-bit saja, sebuah bit parity per blok akan mencukupi. Sekali setiap 1000 blok dan blok tambahan (1001) akan harus ditransmisikan. Overhead total bagi deteksi error + metoda transmisi ulang adalah hanya 2001 bit per megabit data, dibanding 10.000 bit bagi kode Hamming.

Bila sebuah bit parity tunggal ditambahkan ke sebuah blok dan blok dirusak oleh error letupan yang lama, maka probabilitas error dapat untuk bisa dideteksi adalah hanya 0,5 hal yang sangat sulit untuk bisa diterma. Bit-bit ganjil dapat ditingkatkan cukup banyak dengan mempertimbangkan setiap blok yang akan dikirim sebagai matriks persegi panjang dengan lebar n bit dan tinggi k bit. Bit parity dihitung secara terpisah bagi setiap kolomnya dan ditambahkan ke matriks sebagai baris terakhir. Kemudian matriks ditransmisikan kembali baris per baris. Ketika blok tiba, penerima akan memeriksa semua bit parity, Bila ada bit parity yang salah, penerima meminta agar blok ditransmisi ulang.

Metoda ini dapat mendeteksi sebuah letupan dengan panjang n, karena hanya 1 bit per kolom yang akan diubah. Sebuah letupan dengan panjang n+1 akan lolos tanpa terdeteksi. Akan tetapi bila bit pertama diinversikan, maka bit terakhir juga akan diinversikan, dan semua bit lainnya adalah benar. (Sebuah error letupan tidak berarti bahwa semua bit salah; tetapi mengindikasikan bahwa paling tidak bit pertama dan terakhirnya salah). Bila blok mengalami kerusakan berat akibat terjadinya error letupan yang panjang atau error letupan pendek yang banyak, maka probabilitas bahwa sembarang  n  kolom akan mempunyai parity yang benar adalah 0,5. Sehingga probabilitas dari blok yang buruk akan bisa diterima adalah 2 ^–n.

Walaupun metoda di atas kadang-kadang adekuat, pada prakteknya terdapat metode lain yang luas digunakan: Kode polynomial (dikenal juga sebagai cyclic redundancy code atau kode CRC). Kode polynomial didasarkan pada perlakuan string-string bit sebagai representatsi polynomial dengan memakai hanya koefisien 0 dan 1 saja. Sebuah frame k bit berkaitan dengan daftar koefisien bagi polynomial yang mempunyai k suku, dengan range dari x^k-1 sampai x⁰. Polynomial seperti itu disebut polynomial yang bertingkat k-1. Bit dengan orde tertinggi (paling kiri) merupakan koefisien dari x^k-1; bit berikutnya merupakan koefisien dari x^k-2, dan seterusnya. Misalnya 110001 memiliki 6 bit, maka merepresentasikan polynomial bersuku 6 dengan koefisien 1,1,0,0,0 dan 1:x⁵+x⁴+x⁰.

Aritmetika polynomial dikerjakan dengan modulus 2, mengikuti aturan teori aljabar. Tidak ada pengambilan untuk pertambahan dan peminjaman untuk pengurangan. Pertambahan dan pengurangan identik dengan EXCLUSIVE OR, misalnya :

Gambar 3.11 Pertambahan dengan EXOR

Pembagian juga diselesaikan dengan cara yang sama seperti pada pembagian bilangan biner, kecuali pengurangan dikerjakan berdasarkan modulus 2. Pembagi dikatakan “masuk ke” yang dibagi bila bilangan yang dibagi mempunyai bit sebanyak bilangan pembagi.

Saat metode kode polynomial dipakai, pengirim dan penerima harus setuju terlebih dahulu tentang polynomial generator, G(x). Baik bit orde tinggi maupun bit orde rendah dari generator harus mempunyai harga 1. Untuk menghitung checksum bagi beberapa frame dengan m bit, yang berkaitan dengan polynomial M(x), maka frame harus lebih panjang dari polynomial generator. Hal ini untuk menambahkan checksum  keakhir frame sedemikian rupa sehingga polynomial yang direpresentasikan oleh frame berchecksum dapat habis dibagi oleh G(x). Ketika penerima memperoleh frame berchecksum, penerima mencoba membaginya dengan G(x). Bila ternyata terdapat sisa pembagian, maka dianggap telah terjadi error transmisi.

Algoritma untuk perhitungan checksum adalah sebagai berikut :

1.       Ambil r sebagai pangkat G(x), Tambahkan bit nol r ke bagian orde rendah dari frame, sehingga sekarang berisi m+r bit dan berkaitan dengan polynomial xrM(x).

2.       Dengan menggunakan modulus 2, bagi string bit yang berkaitan dengan G(x) menjadi string bit yang berhubungan dengan xrM(x).

3.       Kurangkan sisa (yang selalu bernilai r bit atau kurang) dari string bit yang berkaitan dengan xrM(x) dengan menggunakan pengurangan bermodulus 2. Hasilnya merupakan frame berchecksum yang akan ditransmisikan. Disebut polynomial T(x).

Gambar 3-12 menjelaskan proses perhitungan untuk frame 1101011011 dan G(x) = x⁴ + x + 1.

Jelas bahwa T(x) habis dibagi (modulus 2) oleh G(x). Dalam sembarang masalah pembagian, bila anda mengurangi angka yang dibagi dengan sisanya, maka yang  akan tersisa adalah angka yang dapat habis dibagi oleh pembagi. Misalnya dalam basis 10, bila anda membagi 210.278 dengan 10.941, maka sisanya 2399. Dengan mengurangkan 2399 ke 210.278, maka yang bilangan yang tersisa (207.879) habis dibagi oleh 10.941.

Sekarang kita menganalisis kekuatan metoda ini. Error jenis apa yang akan bisa dideteksi ? Anggap terjadi error pada suatu transmisi, sehingga bukannya string bit untuk T(x) yang tiba, akan tetapi T(x) + E(X). Setiap bit 1 pada E(x) berkaitan dengan bit yang telah diinversikan. Bila terdapat k buah bit 1 pada E(x), maka k buah error bit tunggal telah terjadi. Error tunggal letupan dikarakterisasi oleh sebuah awalan 1, campuran 0 dan 1, dan sebuah akhiran 1, dengan semua bit lainnya adalah 0.

Begitu frame berchecksum diterima, penerima membaginya dengan G(x); yaitu, menghitung [T(x)+E(x)]/G(x). T(x)/G(x) sama dengan 0, maka hasil perhitungannya adalah E(x)/G(x). Error seperti ini dapat terjadi pada polynomial yang mengandung G(x) sebagai faktor yang akan mengalami penyimpangan, seluruh error lainnya akan dapat dideteksi.

Bila terdapat error bit tunggal, E(x)=xⁱ, dimana i menentukan bit mana yang mengalami error. Bila G(x) terdiri dari dua suku atau lebih, maka x tidak pernah dapat habis membagi E(x), sehingga seluruh error dapat dideteksi.

Gambar 3-12.Perhitungan checksum kode polynomial

Bila terdapat dua buah error bit-tunggal yang terisolasi, E(x)=xⁱ+x^j, dimana i > j. Dapat juga dituliskan sebagai E(x)=x^j(x^i-j + 1). Bila kita mengasumsikan bahwa G(x) tidak dapat dibagi oleh x, kondisi yang diperlukan untuk dapat mendeteksi semua error adalah bahwa G(x)  tidak dapat habis membagi x^k+1 untuk sembarang harga k sampai nilai maksimum i-j (yaitu sampai panjang frame maksimum). Terdapat polynomial sederhana atau berorde rendah yang memberikan perlindungan bagi frame-frame yang panjang. Misalnya, x¹⁵+x¹⁴+1 tidak akan habis membagi x^k+1 untuk sembarang harga k yang kurang dari 32.768.

Bila terdapat jumlah bit yang ganjil dalam error, E(x) terdiri dari jumlah suku yang ganjil (misalnya,x⁵+x²+1, dan bukannya x²+1). Sangat menarik, tidak terdapat polynomial yang bersuku ganjil yang mempunyai x + 1 sebagai faktor dalam sistem modulus 2. Dengan membuat x + 1 sebagai faktor G(x), kita akan mendeteksi semua error yang terdiri dari bilangan ganjil dari bit yang diinversikan.

Untuk mengetahui bahwa polynomial yang bersuku ganjil dapat habis dibagi oleh x+1, anggap bahwa E(x) mempunyai suku ganjil dan dapat habis dibagi oleh x+1. Ubah bentuk E(x) menjadi (x+1)Q(x). Sekarang evaluasi E(1) = (1+1)Q(1). Karena 1+1=0 (modulus 2), maka E(1) harus nol. Bila E(x) mempunyai suku ganjil, pensubtitusian 1 untuk semua harga x akan selalu menghasilkan 1. Jadi tidak ada polynomial bersuku ganjil yang habis dibagi oleh x+1.

Terakhir, dan yang terpenting, kode polynomial dengan r buah check bit akan mendeteksi semua error letupan yang memiliki panjang <=r. Suatu error letupan dengan panjang k dapat dinyatakan oleh xⁱ(x^k-1 + .....+1), dimana i menentukan sejauh mana dari sisi ujung kanan frame yang diterima letupan itu ditemui. Bila G(x) mengandung suku x⁰, maka G(x) tidak akan memiliki xⁱ sebagai faktornya. Sehingga bila tingkat ekspresi yang berada alam tanda kurung kurang dari tingkat G(x), sisa pembagian tidak akan pernah berharga nol.

Bila panjang letupan adalah r+1, maka sisa pembagian oleh G(x) akan nol bila dan hanya bila letupan tersebut identik dengan G(x). Menurut definisi letupan, bit awal dan bit akhir harus 1, sehingga apakah bit itu akan sesuai tergantung pada bit pertengahan r-1. Bila semua kombinasi adalah sama dan sebanding, maka probabilitas frame yang tidak benar yang akan diterima sebagai frame yang valid adalah ½ ^r-1.

Dapat juga dibuktikan bahwa bila letupan error yang lebih panjang dari bit r+1 terjadi, maka probabilitas frame buruk untuk melintasi tanpat peringatan adalah 1/2^r yang menganggap bahwa semua pola bit adalah sama dan sebanding.

Tiga  buah polynomial telah menjadi standard internasional:

§  CRC-12              = X¹² + X¹¹ + X³ + X² + X¹ + 1

§  CRC-16              = X¹⁶ + X¹⁵ + X² + 1

§  CRC-CCITT      = X¹⁶ + X¹² + X⁵ + 1

Ketiganya mengandung x+1 sebagai faktor prima.CRC-12  digunakan bila panjang karakternya sama dengan 6 bit. Dua polynomial lainnya menggunakan karakter 8 bit. Sebuah checksum 16 bit seperti CRC-16 atau CRC-CCITT, mendeteksi semua error tunggal dan error ganda, semua error dengan jumlah bit ganjil, semua error letupan yang mempunyai panjang 16 atau kurang, 99,997 persen letupan error 17 bit, dan  99,996 letupan 18 bit atau lebih panjang.

3.3 Kendali kesalahan

Tujuan dilakukan pengontrolan terhadap error adalah untuk menyampaikan frame-frame  tanpa error, dalam urutan yang tepat ke lapisan jaringan. Teknik yang umum digunakan untuk error control berbasis pada dua fungsi, yaitu:

·       Error detection, biasanya menggunakan teknik CRC (Cyclic Redundancy Check)

·       Automatic Repeat Request (ARQ), ketika error terdeteksi, pengirim meminta mengirim ulang frame yang terjadi kesalahan.

Mekanisme Error control meliputi

à      Ack/Nak : Provide sender some feedback about other end

à      Time-out: for the case when entire packet or ack is lost

à      Sequence numbers: to distinguish retransmissions from originals

Untuk menghindari terjadinya error atau memperbaiki jika terjadi error yang dilakukan adalah melakukan perngiriman message secara berulang,  proses ini dilakukan secara otomatis dan dikenal sebagai Automatic Repeat Request (ARQ).

Pada proses ARQ dilakukan beberapa langkah diantaranya ⁽¹⁾:

à      Error detection

à      Acknowledgment

à      Retransmission after timeout

à      Negative Acknowledgment

Macam-macam error control adalah:

3.3.1           Stop and Wait ARQ

Mekanisme ini menggunakan skema sederhana stop and wait acknowledgment dan dapat dijelaskan seperti tampak pada gambar 3.13 Stasiun pengirim mengirimkan sebuah frame dan kemudian harus menunggu balasan dari penerima. Tidak ada frame data yang dapat dikirimkan sampai stasiun penerima menjawab kedatangan pada stasiun pengirim. Penerima mengirim sebuah positive acknowledgment  (ACK) jika frame benar dan sebuah negative acknoledgment jika sebaliknya.

Gambar 3.13  Stop and wait ARQ

3.3.2           Go Back N ARQ

Gambar 3.14 menampilkan aliran frame untuk mekanisme go-back-and ARQ pada sebuah jalur full-duplex. Ketika frame 2,3, dan 4 ditransmisikan, dari stasiun A ke stasiun B, sebuah ACK dari penerimaan sebelumnya frame 1 mengalir dari B ke A. Beberapa waktu kemudian, frame 2 diterima dalam kondisi error. Frame-frame 2,3,4 dan 5 dikirimkan, stasiun B mengirim sebuah NAK2 ke stasiun A yang diterima setelah frame 5 dikirimkan tetapi sebelum stasiun A siap mengirim frame 6. Sekarang harus dilakukan pengiriman ulang frame-frame 2,3,4, dan 5 waluapun hanya pada frame 2 terjadinya kesalahan. Sekali lagi, catat bahwa stasiun A harus sebuah copy dari setiap unacknowledgment frame.

 

Gambar 3.14 Go-back-N ARQ

3.3.3           Selective-report ARQ

Pada mekanisme ini sebenarnya mirip dengan mekanisme go-back-N ARQ bedanya, pada selective-report ARQ yang dikirimkan hanyalah frame yang terjadi kesalahan saja. Gambar 3.14 menjelaskan mekanisme tersebut.

Gambar 3.14  Selective-report ARQ

3.3.4           Contoh  Continuous ARQ

Untuk lebih memahami mekanisme error control dari kedua mekanisme terakhir dan mengetahui perbedaan diantara keduanya dapat dilihat tampilan pada gambar 3.15 yang memperlihatkan aliran frame-frame secara kontinyu.

Gambar 3.15 Contoh continuous ARQ

3.4. Referensi

1.     Tanenbaum, AS, Computer Networks, Prentise Hall, 1996

2.     Stallings, W. Data and Computer Communications, Macmillan Publishing Company, 1985.

3.     Stallings, W. Local Network, Macmillan Publishing Company, 1985.

4.     Black, U.D, Data Communications and Distributed Networks, Prentise Hall.

5.     Raj Jain, Professor of CIS The Ohio State University Columbus, OH 43210 Jain@ACM.Org

6.    Cisco Press

Share this post