Multiprotocol Label Switching Fakhruddin R. Batubara, ST. MTI

beban load balancing. Load balancing merupakan kebijakan optimalisasi kinerja jaringan yang penting. Selain itu, untuk jaringan dengan beban sangat tinggi, sangat diperlukan prediksi probabilitas kemacetan dan hal ini harus dilakukan sebelum utilisasi layanan [12]. Penyeimbangan beban dan prediksi kemacetan dapat dilakukan salah satunya yaitu dengan menerapkan rekayasa trafik. Untuk melakukan rekayasa trafik secara efektif, Internet Engineering Task Force IETF mengenalkan mekanisme MPLS.

2.4. Multiprotocol Label Switching

Multiprotocol Label Switching merupakan kepanjangan dari MPLS, dinamakan multiprotocol karena dapat diaplikasikan dengan protokol layer 3 [21]. MPLS adalah teknologi label switching yang merupakan hasil yang diinginkan selama ini, yang telah didefinisikan oleh IETF untuk memadukan keunggulan dari teknologi swapping yang berada layer 2 dengan keunggulan dari teknologi routing yang berada di layer 3 untuk mempercepat pengiriman paket [22]. MPLS dirancang untuk mengatasi permasalahan yang ada di jaringan seperti kecepatan jaringan, skalabilitas, kualitas layanan dan rekayasa trafik. MPLS merupakan solusi untuk manajemen bandwidth dan persyaratan layanan untuk backbone jaringan masa depan berbasis IP. Konsep utama MPLS adalah mengidentifikasi dan menandai paket IP dengan label dan meneruskannya ke router, yang kemudian menggunakan label tersebut untuk mengirimkan paket melalui jaringan [21]. MPLS menyediakan metode pemulihan cepat untuk memperbaiki dari kegagalan. Mekanisme pemulihan Universitas Sumatera Utara kesalahan menggunakan pembangunan backup Label Switched Path LSP. Dengan backup LSP, trafik dapat selalu dilewatkan meski saat terjadi kegagalan. MPLS juga menyediakan deteksi kegagalan dan perbaikan kegagalan secara cepat dan lebih efisien daripada protokol jaringan atau teknologi yang lain [23]. Arsitektur MPLS dapat dilihat pada Gambar 2.4 [24]. Gambar 2.4. Arsitektur MPLS Universitas Sumatera Utara Arsitektur MPLS mempunyai dua komponen utama yaitu [24]: a. Bidang Kontrol Control Plane, berhubungan dengan pertukaran informasi routing dan pertukaran label. Protokol routing routing protocol bertugas untuk membangun tabel routing routing information baseRIB. Protokol routing seperti OSPF, EIGRP, IS-IS dan BGP. Sedangkan manajemen label label management berkaitan dengan pertukaran label, protokol yang digunakan untuk pertukaran label yaitu Label Distribution Protocol LDP. Label kemudian disimpan di Label Information Base LIB. b. Bidang DataPengiriman Data or Forwarding Plane, berhubungan dengan pengiriman paket berdasar label yang merupakan mesin pengirim sederhana. Inti dari bidang pengiriman forwarding plane adalah header MPLS yang diletakkan antara header layer 2 dan header paket IP seperti Gambar 2.5 [22]. Gambar 2.5. Header MPLS Universitas Sumatera Utara Header MPLS terdiri atas 32 bit data terdiri dari [22]. a. Label 20 bit merupakan sebuah ID penting yang digunakan untuk mewakili FEC tertentu selama proses pengiriman. b. CoS 3 bit merupakan Class of service CoS, juga dinamakan eksperimen dan digunakan untuk implementasi kualitas layanan. c. Bottom of Stack 1 bit. MPLS membolehkan banyak label untuk dimasukkan, bit ini menentukan jika label ini merupakan label terakhir dalam paket. Jika bit ini diset 1, maka menunjukkan bahwa ini merupakan label terakhir. d. TTL 8 bit merupakan waktu hidup Time to Live yang digunakan untuk menandai sejumlah node MPLS dimana paket dilewatkan untuk mencapai tujuan. Nilai disalin dari header paket dan disalin kembali ke header paket IP saat muncul dari LSP. Header tidak mempunyai kemampuan menganalisa header layer network pada kecepatan sedang. Proses pengiriman paket MPLS ditunjukkan pada Gambar 2.6 [10]. Gambar 2.6. Proses pengiriman pada MPLS Universitas Sumatera Utara Pada ingress LSR dari domain MPLS, paket IP diklasifikasikan dan dirutekan berdasarkan kombinasi informasi yang dibawa pada header paket IP dan informasi ruting lokal dari LSR. LSR merupakan router pada domain MPLS. Header MPLS lalu dimasukkan pada tiap paket. Pada domain MPLS, LSR akan menggunakan label yang ada pada LIB Label Information Base sebagai indeks untuk mencari tabel pengiriman LSR. Tiap router MPLS membangun LIB yang merupakan tabel yang menentukan bagaimana pengiriman suatu paket. Tabel ini menggabungkan tiap label dengan Forwarding Equivalence Class FEC dan port keluar yang sesuai untuk meneruskan paket. LIB ini biasanya dibangun sebagai tambahan tabel routing dan Forwarding Informasi Base FIB. Paket diproses sesuai dengan masukan tabel pengiriman. Label yang masuk diganti dengan label yang keluar, selanjutnya paket dikirimkan ke LSR selanjutnya. Sebelum paket meninggalkan domain MPLS, header MPLS dibuang. Jalur antara ingress LSR dan egress LSR dinamakan Label Switched Path LSP. Komponen-komponen lain pada jaringan MPLS yaitu: a. Forwarding Equivalence Class FEC FEC merupakan serangkaian paket yang dikirimkan pada jalur yang sama di jaringan [10]. FEC biasanya dibangun melalui informasi yang didengar melalui protokol IGP seperti OSPF atau RIP. Saat paket memasuki jaringan MPLS, edge LSR MPLS akan mengelompokkan paket sebagai bagian dari FEC tertentu. Berdasarkan informasi yang dikumpulkan dari paket seperti alamat sumber dan tujuan, secara fisik paket sampai, kualitas layanan, dan lain-lain, maka kelompok Universitas Sumatera Utara paket ini akan diteruskan melalui jaringan MPLS melalui lintasan yang sama dengan perlakuan yang sama. b. Label MPLS melakukan enkapsulasi paket IP dengan memasang header MPLS [25]. Label adalah bagian dari header, memiliki panjang tetap untuk identifikasi FEC. Label berisi seluruh informasi yang diperlukan untuk proses pengiriman, termasuk proses rekayasa trafik. Label dibentuk berdasarkan pada informasi yang dikumpulkan dari protokol routing IP. Panjang label yaitu 20 bit, unsigned integer dengan rentang 0 sampai 1.048.575 terdiri dari: a. 0 sampai 15 merupakan label yang dicadangkan dan mempunyai arti khusus sebagai berikut: 1. Nilai 0 merepresentasikan Label Null IPv4 Explicit. 2. Nilai label ini hanya berlaku di stack label paling bawah yang mengindikasikan bahwa stack label harus dibuang, dan pengiriman paket kemudian harus didasarkan pada header IPv4. 3. Nilai 1 merepresentasikan Router Alert Label. 4. Nilai label ini berlaku di stack label mana saja kecuali di paling bawah. Saat paket yang diterima berisi nilai label pada stack label paling atas, maka paket dikirimkan ke modul software lokal untuk pemrosesan. Pengiriman paket yang sebenarnya ditentukan oleh label bawah dalam stack. Penggunaaan label ini dianalogikan dengan penggunaan Router Universitas Sumatera Utara Alert Option dalam paket IP. 5. Nilai 2 merepresentasikan Label Null IPv6 Explicit. 6. Nilai label ini hanya berlaku pada stack label paling bawah. Nilai ini mengindikasikan stack label harus dibuang dan pengiriman paket selanjutnya didasarkan pada header IP. 7. Nilai 3 merepresentasikan Label Null Implicit. Ini merupakan label dimana LSR menempelkan dan mendistribusikan, tapi tidak pernah secara nyata muncul dalam enkapsulasi. Saat LSR akan menggantikan label pada stack paling atas dengan label baru, tetapi label baru “Implicit Null”, LSR akan membuang stack sebagai gantinya. Meskipun nilai ini tidak pernah muncul dalam enkapsulasi, tapi hal ini perlu ditentukan dalam LDP, sehingga nilainya dicadangkan. 8. Nilai 4-15 dicadangkan. b. 16 sampai 1023 dan 10.000 sampai 99.999 merupakan label yang tidak digunakan oleh software sehingga dapat secara manual dilakukan konfigurasi LSP statis dan meyakinkan tdak terdapat konflik dengan label yang secara dinamis dilakukan oleh software. c. 1024 sampai 9999 merupakan label yang dicadangkan untuk aplikasi masa depan. d. 100,000 sampai 1,048,575 merupakan label yang secara otomatis dinegosisasi, diassign, dilepaskan dan digunakan oleh software. Secara khusus, label tiap kotak diassign antara 100,000 sampai 799,999 dan label tiap interface Universitas Sumatera Utara diassign dalam rentang antara 800,000 sampai 1,048,575. Router MPLS mendukung operasi label sebagai berikut: 1. Push Push merupakan penambahan label baru pada paket. Untuk paket IPv4, label baru merupakan label pertama. Bit TTL dan bit S diambil dari header paket IP. Sedangkan CoS MPLS diambil dari jumlah antrian. Jika operasi push ditampilkan pada paket MPLS, maka akan mempunyai sebuah paket dengan dua atau lebih label, inilah yang dinamakan tumpukan label label stacking. Label paling atas harus mempunyai bit S yang di set 0, dan mengambil CoS serta TTL dari tingkat yang lebih rendah. Label paling atas dalam tumpukan label selalu menginisialisasi TTL dengan 255, terlepas dari nilai TTL dari label yang lebih rendah. 2. Pop Pop merupakan penghapusan label yang terdapat pada paket. Saat label dibuang, TTL disalin dari label ke header IP dan paket IP yang mendasari dikirim sebagai paket IP murni. Pada kasus banyak label dalam suatu paket tumpukan label, penghapusan label dari hasil paket MPLS yang lain. Label paling atas terbaru mengambil CoS dan TTL dari label paling atas sebelumnya. Nilai TTL yang dibuang dari label paling atas sebelumnya tidak ditulis kembali ke label paling atas terbaru. 3. Swap Swap merupakan penggantian label paling atas dari tumpukan label dengan label baru. Bit S dan bit CoS disalin dari label sebelumnya, dan nilai TTL disalin dan Universitas Sumatera Utara dikurangi. Router transit mendukung tumpukan label setiap kedalaman. Push, pop dan swap merupakan inti dari operasi label pada MPLS. Di samping itu, label juga dapat melakukan operasi multiple push, dimana terdapat penambahan banyak label lebih dari 3 pada paket paling atas yang eksisting. Operasi ini ekivalen dengan menambahkan beberapa kali. Selain itu juga terdapat operasi swap and push sekaligus, yaitu penggantian tumpukan paling atas yang eksisting dengan label baru, lalu menambahkan label baru lainnya di atas. c. Label Switch Router LSR LSR merupakan router yang berada di tengah-tengah jaringan dan berkemampuan meneruskan paket berdasarkan label [26]. LSR pertama disebut ingress LSR dan LSR terakhir disebut egress LSR. Setiap LSR memiliki tabel yang disebut label switching table. Tabel itu berisi pemetaan label masuk, label keluar, dan link ke LSR berikutnya. Saat LSR menerima paket, label paket akan dibaca, kemudian diganti dengan label keluar, lalu paket dikirimkan ke LSR berikutnya. Sedangkan LSR yang berada di ujung domain MPLS dinamakan edge LSR atau Label Edge Router LER. LER ini mempunyai kemampuan memanfaatkan informasi routing untuk menempatkan label pada paket yang akan masuk ke jaringan MPLS maupun membuang label dari paket saat keluar dari jaringan MPLS untuk selanjutnya diteruskan ke tujuan. 1. LSR Ingress LER pada awal domain MPLS dinamakan LSR Ingress. Router ini mengenkapsulasi paket IP dengan frame layer 2 MPLS dan mengirimkannya ke Universitas Sumatera Utara router selanjutnya dalam lintasan. Tiap LSP dapat hanya mempunyai 1 router ingress. 2. LSR Egress LER pada akhir domain MPLS dinamakan LSR Egress. Router ini menghapus enkapsulasi MPLS, lalu mentransformasikannya dari paket MPLS ke paket IP, dan mengirimkan paket ke tujuan akhir menggunakan tabel pengiriman IP. Tiap LSP dapat mempunyai hanya 1 router egress. Router ingress dan egress dalam suatu LSP bukan merupakan router yang sama. 3. LSR Transit LSR transit merupakan router perantara dalam LSP antara LSR ingress dan LSR egress. LSR transit mengirim paket MPLS yang diterima ke router selanjutnya dalam lintasan MPLS. Suatu LSP dapat tidak berisi transit router atau dapat berisi banyak transit router, sampai dengan maksimum 253 router transit dalam suatu LSP tunggal. Satu LSR tunggal dapat merupakan bagian dari banyak LSP, dan dapat merupakan LSRingress dan egress untuk satu atau lebih LSP dan juga dapat merupakan LSR transit di satu atau lebih LSP. 4. Label Switched Path LSP Jaringan MPLS terdiri atas lintasan yang disebut label switched path LSP. LSP merupakan lintasan yang digunakan untuk melewatkan paket dalam domain MPLS. LSP dibentuk dari serangkaian LSR yang mengirim paket berlabel untuk FEC tertentu [23]. Di MPLS, transmisi data terjadi pada LSP. LSP bersifat unidirectional. Tiap LSP dibangun berdasar jalur terpendek yang dipilih melalui Interior Gateway Universitas Sumatera Utara Protocol IGP menuju jaringan tujuan. Pada Gambar 2.5, LSP ditunjukkan pada garis berwarna merah muda. LSP menghubungkan titik-titik LSR. Untuk menyusun LSP, tabel label switching di setiap LSR harus dilengkapi dengan pemetaan dari setiap label masukan ke setiap label keluaran. Proses melengkapi tabel ini dilakukan dengan protokol distribusi label Label Distribution ProtocolLDP. 5. Label Stack Dengan menempatkan banyak label pada paket, MPLS dapat mendukung desain routing secara hirarki. Serangkaian label yang dikaitkan pada paket dinamakan label stack. Saat paket melewati jaringan, hanya label paling atas yang dipertukarkan. Label disusun dengan cara yang terakhir masuk, maka yang pertama keluar. Dengan kata lain, label paling atas menandakan LSP tertinggi, dan masing-masinglabel berturut-turut menandakan LSP terendah berikutnya. Rekayasa trafik MPLS merupakan perangkat optimal yang digunakan untuk mengurangi biaya seluruh operasi dengan lebih efisien dalam penggunaan sumber daya bandwidth dengan mencegah kondisi dimana sebagian penyedia layanan terjadi kelebihan utilisasi overutilized, sedangkan sebagian lain kurang dimanfaatkan underutilized. Ada tiga hal berkaitan dengan rekayasa trafik MPLS [27] yaitu: a. Pemetaan paket ke dalam FEC b. Pemetaan FEC ke dalam trunk trafik c. Pemetaan trunk trafik ke topologi jaringan fisik melalui LSP Universitas Sumatera Utara Rekayasa trafik MPLS meliputi beberapa hal sebagai berikut [27]: a. Manajemen lintasan Manajemen lintasan meliputi proses-proses pemilihan rute eksplisit berdasar kriteria tertentu, serta pembentukan dan pemeliharaan tunnel LSP dengan aturan- aturan tertentu. Proses pemilihan rute dapat dilakukan secara administratif atau secara otomatis dengan proses routing yang bersifat constraint-based. Proses constraint-based dilakukan dengan kalkulasi berbagai alternatif routing untuk memenuhi spesifikasi yang ditetapkan dalam kebijakan administratif. Ada dua protokol pensinyalan yang digunakan yaitu RSVP-TE dan CR-LDP. Manajemen lintasan juga mengelola pemeliharaan lintasan, yaitu menjaga lintasan selama masa transmisi, dan mematikannya setelah transmisi selesai. b. Penempatan trafik Setelah LSP dibentuk, trafik harus dikirimkan melalui LSP. Manajemen trafik berfungsi mengalokasikan trafik ke dalam LSP yang telah dibentuk. Ini meliputi fungsi pemisahan, yang membagi trafik atas kelas-kelas tertentu, dan fungsi pengiriman, yang memetakan trafik itu ke dalam LSP. Hal yang harus diperhatikan dalam proses ini adalah distribusi beban melewati deretan LSP. Umumnya ini dilakukan dengan menyusun semacam pembobotan baik pada LSP-LSP maupun pada trafik-trafik. Ini dapat dilakukan secara implisit maupun eksplisit. c. Penyebaran informasi keadaan jaringan Penyebaran ini bertujuan membagi informasi topologi jaringan ke seluruh LSR dalam jaringan. Penyebaran dilakukan dengan IGP. Perluasan informasi Universitas Sumatera Utara meliputi bandwidth link maksimal, alokasi trafik maksimal, pengukuran rekayasa trafik default, bandwidth yang dicadangkan untuk setiap kelas prioritas, dan atribut- atribut kelas resource. Informasi-informasi ini akan diperlukan oleh protokol persinyalan untuk memilih routing yang paling tepat dalam pembentukan LSP. d. Manajemen jaringan Performansi rekayasa trafik MPLS tergantung pada kemudahan mengukur dan mengendalikan jaringan. Manajemen jaringan meliputi konfigurasi jaringan, pengukuran jaringan, dan penanganan kegagalan jaringan. Pengukuran terhadap LSP dapat dilakukan seperti pada paket data lainnya. Aliran trafik dapat diukur dengan melakukan monitoring dan menampilkan statistik hasil. Path loss dapat diukur dengan melakukan monitoring pada ujung-ujung LSP, dan mencatat trafik yang hilang. Path delay dapat diukur dengan mengirimkan probabilitas paket melintasi LSP dan mengukur waktunya. e. Protokol pensinyalan Pemilihan lintasan sebagai bagian dari rekayasa trafik MPLS, dapat dilakukan baik secara manual oleh administrator atau secara otomatis oleh suatu protokol persinyalan. Dua protokol persinyalan yang umum digunakan pada rekayasa trafik MPLS adalah CR-LDP Constrained-based Label Distribution Protocol dan RSVP- TE Resource Reservation Protocol Traffic Engineering. RSVP-TE memperluas protokol RSVP yang sebelumnya telah digunakan untuk IP, untuk mendukung distribusi label dan routing eksplisit. RSVP-TE bekerja langsung di atas IP.Sementara itu CR-LDP memperluas LDP yang dibuat untuk distribusi label, agar dapat Universitas Sumatera Utara mendukung persinyalan berdasar QoS dan routing eksplisit. CR-LDP adalah protokol yang bekerja di atas TCP atau UDP.

2.5. Differentiated Service Dalam Jaringan MPLS Dengan Rekayasa Trafik