3. Modul keluaran Modul keluaran berfungsi untuk menghubungkan paket ke media transmisi dan
ke berbagai jenis teknologi seperti kontrol error, data filtering, tergantung pada kemampuan yang terdapat pada modul keluaran tersebut.
2.3. Jaringan interkoneksi
Komunikasi diantara terminal-terminal yang berbeda harus dapat dilakukan dengan suatu media tertentu. Interkoneksi yang efektif diantara
prosesor dan modul memori sangat penting dalam lingkungan komputer. Menggunakan arsitektur bertopologi bus bukan merupakan solusi yang praktis
karena bus hanya sebuah pilihan yang baik ketika digunakan untuk menghubungkan komponen-komponen dengan jumlah yang sedikit. Jumlah
komponen dalam sebuah modul IC bertambah seiring waktu. Oleh karena itu, topologi bus bukan topologi yang cocok untuk kebutuhan itnterkoneksi
komponen-komponen didalam modul IC. Selain itu juga tidak dapat diskalakan, diuji dan kurang dapat disesuaikan, serta menghasilkan kinerja toleransi kesalahan
yang kecil. Disisi lain, sebuah crossbar yang ditunjukkan pada Gambar 2.4 menyediakan interkoneksi penuh diantara semua terminal dari suatu sistem tetapi
dianggap sangat kompleks, mahal untuk membuatnya, dan sulit untuk dikendalikan. Untuk alasan ini jaringan interkoneksi merupakan solusi media
komunikasi yang baik untuk sistem komputer dan telekomunikasi. Jaringan ini membatasi jalur-jalur diantara terminal komunikasi yang berbeda untuk
mengurangi kerumitan dalam menyusun elemen switching[4].
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Arsitektur crossbar
2.4. Karakteristik jaringan interkoneksi teknik
Berikut ini akan dipaparkan karakteristik jaringan interkoneksi berdasarkan topologi, teknik switching, sinkronisasi, strategi pengaturan dan
algoritma peroutean[4].
2.4.1. Topologi
Topologi jaringan merujuk pada pengaturan statis dari kanal dan node dalam suatu jaringan interkoneksi, yakni jalur yang dijalani oleh paket. Memilih
topologi jaringan adalah langkah awal dalam perancangan suatu jaringan karena strategi routing dan metode kendali aliran tergantung pada topologi jaringan.
Suatu peta jalan diinginkan sebelum jalur dapat dipilih dan melintasi dari route terjadwal. Topologi tidak hanya menetapkan tipe jaringan tapi juga detail-
detailnya seperti radix dari switch, jumlah tingkatan, lebar dan laju bit pada kanal.
Universitas Sumatera Utara
Memilih topologi yang baik merupakan suatu pekerjaan untuk mencocokkan jaringan yang besar, sehingga dibutuhkan teknologi pengemasan
yang tersedia. Pada satu sisi, rancangan dikendalikan oleh jumlah port dan lebar pita serta faktor kerja per port dan sisi yang lainnya oleh pin per chip dan papan
yang tersedia oleh kepadatan dan panjang kawat atau kabel serta laju sinyal yang tersedia. Topologi dipilih berdasarkan biaya dan kinerjanya. Biayanya ditentukan
oleh jumlah dan kompleksitas dari chip-chip yang dibutuhkan untuk merealisasikan jaringan, kepadatan, panjang dari interkoneksi pada papan atau
melalui kabel antara chip-chip ini. Kinerja dari topologi ini memiliki dua komponen, yaitu lebar pita dan latency. Keduanya ditentukan oleh faktor selain
topologi, contohnya kendali alarm, strategi routing, dan pola trafik. Untuk mengevaluasi topologinya saja, dikembangkan pengukuran seperti bisectional
bandwidth, kanal beban, dan penundaan jalur yang merefleksikan pengaruh yang kuat dari kinerja topologinya.
Masalah umum yang tidak diinginkan perancang jaringan yaitu permasalahan yang dihadapi untuk mencocokkan topologi jaringan ke komunikasi
data. Pada permulaannya ini seperti cara yang baik, tetapi hasilnya jika suatu mesin bekerja menghasilkan suatu algoritma membagi-bagi dan menaklukkan
divide and conquer algorithm dengan pola komunikasi berstruktur pohon. Karena ketidakseimbangan beban yang dinamis atau ketidaksesuaian antara
masalah ukuran dan mesin, beban pada jaringan tersebut biasanya memiliki keseimbangan yang buruk. Jika data dan urutan dialokasikan pada beban yang
seimbang , kecocokan antara masalah dan jaringan hilang. Suatu masalah yang menyangkut jaringan yang spesifik biasanya tidak dipetakan secara baik untuk
Universitas Sumatera Utara
menyediakan teknologi pengemasan, membutuhkan saluran yang panjang atau derajat node yang tinggi. Akhirnya, jaringan-jaringan seperti itu menjadi tidak
fleksibel. Jika algoritma dapat dengan mudah berubah. Ini menyebabkan selalu lebih mudah menggunakan suatu jaringan bertujuan umum yang baik daripada
merancang jaringan dengan topologi yang cocok ke masalah[4].
2.4.2. Teknik switching
Secara umum digunakan tiga teknik switching, yaitu circuit switching, packet switching, dan message switching. Tetapi yang sering digunakan adalah
circuit switching dan packet switching. Pada circuit switching, jalur antara sumber dan tujuan harus telah
disediakan sebelum komunikasi terjadi dan koneksi ini harus tetap dijaga sampai pesan mencapai tujuannya. Setiap koneksi yang dibangun melalui jaringan circuit
switching mengakibatkan dibangunnya kanal komunikasi fisik diantara terminal sumber dengan terminal tujuan. Kanal komunikasi ini digunakan secara khusus
selama terjadi koneksi. Jaringan circuit switching juga menyediakan kanal dengan laju yang tetap.
Pada hubungan circuit switching, koneksi biasanya terjadi secara fisik bersifat point to point. Kerugian terbesar dari teknik ini adalah penggunaan jalur
yang bertambah banyak untuk penambahan jumlah node sehingga biaya akan semakin meningkat dan pengaturan switching menjadi sangat kompleks.
Kelemahan yang lain adalah munculnya idle time bagi jalur yang tidak digunakan, yang akan menambah efisiensi. Circuit switching mentransmisikan data dengan
Universitas Sumatera Utara
kecepatan yang konstan sehingga untuk menggabungkan dengan jaringan lain yang berbeda kecepatan terus akan sulit.
Pemecahan yang baik yang bisa digunakan untuk mengatasi persoalan di atas adalah dengan metode packet switching. Dengan pendekatan ini, pesan yang
dikirim dipecah-pecah dengan besar tertentu dan pada tiap pecahan data ditambahkan informasi kendali. Informasi kendali ini, dalam bentuk yang paling
minim, digunakan untuk membantu proses pencarian route dalam suatu jaringan sehingga pesan dapat sampai ke alamat tujuan. Contoh pemecahan data menjadi
paket-paket data yang ditunjukkan pada Gambar 2.5[1].
Gambar 2.5 Pemecahan data menjadi paket-paket
Penggunaan packet switching mempunyai keuntungan dibandingkan dengan penggunaan circuit switching antara lain[5]:
1. Efisiensi jalur lebih besar karena hubungan antar node dapat menggunakan jalur yang dipakai bersama secara dinamis tergantung banyaknya paket yang
dikirim.
Universitas Sumatera Utara
2. Bisa mengatasi permasalahan laju data yang berbeda antara dua jenis jaringan yang berbeda laju datanya.
3. Saat beban lalu lintas meningkat, pada model circuit switching, beberapa pesan yang akan ditransfer dikenai pemblokiran. Transmisi baru dapat dilakukan
apabila beban lalu lintas mulai menurun. Sedangkan pada model packet switching, paket tetap bisa dikirimkan, tetapi akan lambat sampai ke tujuan
delivery delay meningkat. 4. Pengiriman dapat dilakukan berdasarkan prioritas data. Jadi dalam suatu
antrian paket yang akan dikirim, sebuah paket dapat diberi prioritas lebih.
2.4.3. Sinkronisasi
Dalam suatu jaringan interkoneksi sinkron, kegiatan pada elemen switching dan terminal masukan maupun terminal keluaran IO dikendalikan
oleh sebuah clock pusat sehingga semuanya bekerja secara sinkron. Sedangkan pada jaringan interkoneksi asinkron tidak[4].
2.4.4. Strategi pengaturan
Pengaturan sebuah jaringan dapat dilakukan dengan cara terpusat ataupun terdistribusi. Dalam strategi pengaturan terpusat, sebuah pengendali pusat harus
memiliki semua informasi global dari sistem pada setiap waktu. Ini akan menghasilkan dan mengirimkan sinyal kontrol kepada terminal yang berbeda pada
jaringan tergantung dari informasi yang dikumpulkan. Kompleksitas sistem bertambah dengan seiring bertambahnya jumlah terminal dan dampaknya
Universitas Sumatera Utara
mengakibatkan sistem dapat terhenti. Berbeda dengan jaringan terdistribusi, pesan-pesan yang diroutekan mengandung informasi peroutean yang dibutuhkan.
Informasi ini ditambahkan kepada pesan dan akan dibaca dan digunakan oleh elemen switching untuk meroutekan pesan-pesan tersebut sampai ke tujuan[4].
2.4.5. Algoritma peroutean
Algoritma peroutean tergantung pada sumber dan tujuan dari suatu pesan dan jalur interkoneksi yang digunakan ketika melalui jaringan. Peroutean dapat
disesuaikan ataupun di tentukan. Pada jaringan non-rearrangeable, jalur yang telah ditentukan mekanisme perouteannya tidak dapat diubah sesuai dengan trafik
yang terjadi pada jaringan, artinya tidak dapat dialihkan ke route yang berbeda apabila terjadi kepadatan trafik pada route yang sedang digunakan, sehingga
koneksi akan segera di-block[4].
2.5. Klasifikasi jaringan interkoneksi
Jaringan interkoneksi dapat dibagi menjadi statis atau jaringan langsung direct network , dinamis atau jaringan tidak langsung undirect network , dan
hybrid. Jaringan hybrid adalah jaringan interkoneksi yang memiliki struktur yang rumit. Gambar 2.6 menunjukkan klasifikasi jaringan interkoneksi[4].
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 Klasifikasi jaringan interkoneksi
2.5.1. Jaringan interkoneksi statis jaringan langsung
Dalam jaringan interkoneksi statis, jalur diantara terminal yang berbeda dari sistem bersifat pasif dan hanya jalur yang telah ditentukan oleh prosesor
pengendali yang dapat digunakan untuk berkomunikasi. Masing-masing terminal dihubungkan secara langsung ke terminal lain dengan jalur interkoneksi tertentu.
Beberapa hal yang penting dalam topologi ini yaitu: 1. Derajat terminal node , yaitu jumlah jalur yang dihubungkan ke terminal
yang menghubungkan tetangganya. 2. Diameter, yaitu jarak maksimum antara dua terminal dalam jaringan.
3. Regularity, yaitu sebuah jaringan yang teratur jika semua terminalnya memiliki derajat yang sama.
Jaringan Interkoneksi
Jaringan Tidak Langsung
Jaringan Langsung
Jaringan Hybrid Topologi Strictly
Orthogonal
Topologi Lain Mesh
Hypercube Torus
Star Trees
Ring Linear
Hypercubes Hypermeshes
Topologi Reguler
Topologi Tak Reguler Jaringan Banyak
Tingkat Jaringan Satu
Tingkat Crossbar
Jaringan Non-Blocking Jaringan Blocking
Universitas Sumatera Utara
4. Simetris, yaitu sebuah jaringan simetrik jika terlihat sama dari masing-masing perspektif terminal.
Dalam jaringan statis, jalur pentransmisian pesan dipilih dengan algoritma peroutean. Mekanisme swithing menentukan bagaimana masukan dihubungkan
ke keluaran dalam sebuah terminal. Semua teknik switching dapat digunakan dalam jaringan langsung. Jaringan statis yang paling sederhana adalah jaringan
bus[4].
2.5.2. Jaringan interkoneksi dinamis jaringan tidak langsung
Jika dibandingkan dengan jaringan statis, jalur interkoneksi antar terminal yang pasif, konfigurasi jalur dalam sebuah jaringan interkoneksi dinamis
merupakan fungsi dari kondisi elemen switching. Jalur diantara terminal pada jaringan interkoneksi dinamis berubah sesuai dengan perubahan kondisi elemen
switching. Jaringan dinamis dibangun menggunakan crossbar khususnya yang berukuran 2x2 [4].
a. Jaringan interkoneksi satu tingkat Jaringan interkoneksi satu tingkat adalah sebuah jaringan dinamis yang
dibangun dari satu tingkat penghubung dan dua tingkat elemen switching. Gambar 2.7 menunjukkan skema umum jaringan interkoneksi satu tingkat. Crossbar yang
menyediakan koneksi penuh antara semua terminal dari sistem merupakan jaringan interkoneksi non-blocking satu tingkat.
Universitas Sumatera Utara
Tingkat penghubung dalam Gambar 2.7 adalah fungsi permutasi atau pertukaran keluaran elemen switching ke tingkat yang terjauh ke kiri masukan
elemen switching yang lain. Lebih dari satu jalur yang dibutuhkan melalui jaringan untuk komunikasi yang efektif antara sumber dan tujuan[4].
Gambar 2.7 Skema jaringan satu tingkat
b. Jaringan interkoneksi banyak tingkat Jaringan merupakan suatu gambaran berarah dimana node-node nya terdiri
dari tiga bagian berikut: 1. Terminal sumber, yang memiliki indegree 0
2. Terminal tujuan, yang memiliki outdegree 1 3. Elemen switching, yang memiliki indegree dan outdegree positif
Jaringan banyak tingkat adalah jaringan dimana terminal-terminalnya dapat diubah pada tingkat-tingkatnya, dimana semua terminal sumber pada tingkat
0, dan semua keluaran pada tingkat i dihubungkan kemasukan pada tingkat i +1. Jika semua terminal tujuan dari jaringan banyak tingkat dihubungkan ke tingkat
n +1, maka disebut jaringan n- tingkat.
Universitas Sumatera Utara
Jaringan uniform adalah jaringan banyak tingkat dimana semua elemen switching pada suatu tingkat yang sama memiliki jumlah terminal masukan dan
terminal keluaran yang sama. Jaringan square dengan derajat k adalah jaringan banyak tingkat yang dibangun dari elemen swithing k x k.
Jaringan interkoneksi banyak tingkat Multistage Interconnection Network MIN adalah jaringan interkoneksi yang digunakan untuk
menghubungkan sekelompok N masukan ke sekelompok M keluaran melalui sejumlah tingkat perantara menggunakan elemen switching yang berukuran kecil
diikuti oleh interkoneksi tingkat-tingkat penghubung. Secara formal, jaringan interkoneksi banyak tingkat merupakan rangkaian
tingkat-tingkat elemen switching dan jalur interkoneksi. Arsitektur elemen switching yang paling umum adalah jaringan interkoneksi antar elemen-elemen
switching itu sendiri yang berukuran lebih kecil. Elemen switching yang paling sering digunakan adalah hyperbar dan lebih khusus lagi adalah crossbar.
Tingkat-tingkat penghubung merupakan fungsi interkoneksi, masing- masing fungsi adalah fungsi dari alamat elemen switching tingkat-tingkat
sebelumnya yang menghubungkan semua keluaran elemen switching dari tingkat yang diberikan ke masukan dari tingkat berikutnya[4].
Universitas Sumatera Utara
Dalam lingkungan multiprocessor, link tingkat pertama dihubungkan ke- sumber biasanya prosesor dan link tingkat terakhir dihubungkan ke tujuan
modul memory . Jumlah tingkat minimum jaringan interkoneksi banyak tingkat harus menyediakan koneksi penuh full connection dari terminal masukan ke
terminal keluaran. Elemen switching pada jaringan interkoneksi banyak tingkat boleh memiliki buffer masukan ataupun buffer keluaran. Buffer berfungsi sebagai
penyimpanan sementara untuk pesan-pesan yang di-blok ketika konflik terjadi. Dalam kasus ini disebut jaringan interkoneksi banyak tingkat dengan
buffer. Sedangkan jaringan interkoneksi banyak tingkat tanpa buffer merupakan jaringan interkoneksi banyak tingkat yang paling sederhana. Gambar 2.8
memperlihatkan arsitektur jaringan interkoneksi banyak tingkat.
Gambar 2.8 Arsitektur jaringan interkoneksi banyak tingkat
Universitas Sumatera Utara
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.8, jaringan interkoneksi banyak tingkat memiliki N masukan dan M keluaran. Jaringan interkoneksi banyak
tingkat memiliki n tingkat, dari G sampai G
n-1
. Masing-masing tingkat G
i
memiliki W
i
elemen switching yang berukuran a
i,j
x b
i,j
dimana 1 ≤ j≤ w
i
. Dengan demikian tingkat G
i
memiliki p
i
terminal masukan dan q
i
terminal keluaran sehingga[4]:
P
i
= ∑
�
�� � =1
i,j
dan q
i
= ∑
�
�� � =1
i,j
........................................................................ 2.1 Dimana:
p
i
adalah jumlah terminal masukan qi adalah jumlah terminal keluaran
i adalah tingkatan elemen switching dari n tingkat horizontal j adalah urutan elemen switching dari w
1
tingkat vertikal a adalah jumlah inlet pada sebuah elemen switching, dan
b adalah jumlah outlet sebuah elemen switching Pola koneksi antara dua tingkatan switching yang berdekatan, G
i-1
dan G
i
yang dinyatakan C
i
, menggambarkan pola koneksi untuk link p
i
= q
i-1
dimana p
o
=N dan q
n-1
= M. Dengan demikian sebuah jaringan interkoneksi banyak tingkat dapat ditunjukkan sebagai[4]:
C N G
W C
1
p
1
G
1
W
1
.................G
n-1
Wn
-1
C
n
M..................... 2.2
Universitas Sumatera Utara
Dimana: C
adalah pola koneksi dari sumber ke tingkat switching pertama, dan C
n
adalah pola koneksi dari tingkat switching terakhir ke tujuan. Pola koneksi C
i
p
i
menggambarkan bagaimana link-link p
i
seharusnya dihubungkan ke keluaran q
n-1
= p
i
dari tingkat G
i-1
dan masukan p
i
ke tingkat G
i
. Pola koneksi yang berbeda memberikan perbedaan karakteristik dan topologi
jaringan interkoneksi banyak tingkat. Link-link itu diberi label dari 0 sampai p
i-1
pada C
i
[4].
2.6. Klasifikasi jaringan interkoneksi banyak tingkat
Penggolongan jaringan interkoneksi banyak tingkat berdasarkan defenisi- definisi yang telah diberikan ditunjukkan pada Gambar 2.8. Jaringan interkoneksi
banyak tingkat telah digolongkan ke dalam tiga kelas menurut ketersediaan jalur- jalur untuk membangun koneksi baru, yaitu[4]:
1. Blocking Suatu koneksi antara pasangan masukankeluaran yang bebas tidak selalu
mungkin dikarenakan bertabrakan dengan koneksi yang sudah ada. Pada umumnya, ada suatu jalur antara setiap pasangan masukankeluaran, dengan
memperkecil jumlah elemen switching dan tingkat. Jaringan dengan satu jalur unipath network disebut juga sebagai jaringan switching banyan. Jaringan
switching banyandigambarkan sebagai suatu kelas dari jaringan interkoneksi
Universitas Sumatera Utara
banyak tingkat dimana ada satu dan hanya satu jalur dari setiap terminal masukan ke setiap terminal keluaran.
Dengan menyediakan jalur yang banyak multiple network dalam jaringan blocking blocking network , konflik dapat dikurangi dan toleransi
kesalahan dapat ditingkatkan. Jaringan-jaringan blocking ini juga dikenal sebagai jaringan banyak jalur multipath network .
2. Non-blocking Setiap masukan dapat dihubungkan ke terminal keluaran yang bebas tanpa
mempengaruhi koneksi-koneksi yang ada. Membutuhkan tingkat-tingkat tambahan dan memiliki jalur yang banyak antara setiap masukan dan keluaran.
Contoh yang popular dari jaringan non-blocking adalah jaringan clos. 3. Rearrangable
Setiap terminal masukan dapat dihubungkan ke setiap keluaran yang bebas. Bagaimanapun, koneksi-koneksi yang ada boleh menggunakan jalur-jalur
yang dapat diubah-ubah. Jaringan-jaringan ini juga membutuhkan jalur yang banyak antara setiap masukan dan keluaran, tetapi jumlah jalur dan biaya lebih
kecil daripada penggunaan jaringan non-blocking. Gambar 2.9 memperlihatkan klasifikasi jaringan interkoneksi banyak tingkat berdasarkan defenisi.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9 Klasifikasi jaringan interkoneksi banyak tingkat berdasarkan definisi
Berdasarkan jenis saluran channel dan elemen switching, jaringan interkoneksi banyak tingkat dapat juga dibagi menjadi[4]:
a. Jaringan interkoneksi banyak tingkat satu arah unidirectional , kanal-kanal dan elemen-elemen switching-nya satu arah.
b. Jaringan interkoneksi banyak tingkat dua arah bidirectional , kanal-kanal dan elemen-elemen switching-nya dua arah. Ini menunjukkan bahwa informasi
dapat dikirimkan secara simultan bersamaan dengan arah yang berlawanan antara elemen switching yang bersebelahan.
Universitas Sumatera Utara
BAB III JARINGAN BATCHER-BANYAN
3.1. Umum
Jaringan batcher-banyan adalah jaringan self-route yang mampu serentak routing paket data dalam slot waktu dari satu set terminal masukan untuk satu set
terminal output tanpa kendali terpusat. Routing melalui network ditentukan oleh alamat yang terkandung dalam header dari setiap paket.
Jaringan batcher-banyan terdiri dari batcher menyortir jaringan, diikuti oleh route jaringan banyan. Fungsi jaringan penyortiran batcher adalah untuk
mengatur paket masuk dalam urutan menaik atau menurun sesuai dengan alamat yang akan dituju mereka. Fungsi jaringan banyan adalah untuk route paket ke
terminal output yang mereka inginkan. Jaringan banyan pada route paket data dari setiap terminal masukan ke
terminal tujuan, tetapi mungkin akan terjadi kemacetan paket internal, dalam arti bahwa ada dua atau lebih paket dapat disalurkan melalui link internal yang sama
pada waktu yang sama. Namun, jaringan banyan secara internal non-blocking jika dalam slot waktu tertentu tidak lebih dari satu paket yang masuk ditujukan kepada
setiap output dan paket tersebut dapat diatur secara menaik atau menurun ketika mereka tiba di input. Oleh karena itu, mungkin untuk membangun jaringan non-
blocking dengan menggabungkan batcher menyortir jaringan dan banyan jaringan routing.
Universitas Sumatera Utara
