ANALISIS PERBANDINGAN UNJUK KERJA PROTOK
ANALISIS PERBANDINGAN UNJUK KERJA PROTOKOL TCP,
UDP, DAN SCTP MENGGUNAKAN SIMULASI LALU LINTAS DATA
MULTIMEDIA
Rinda Tri Yuniar Anggraeni1), Jusak 2), Anjik Sukmaaji 3)
2)
3)
S1 / Jurusan Sistem Komputer, Sekolah Tinggi Manajemen Informatika & Teknik Komputer Surabaya
Kedung Baruk Surabaya
S1 / Jurusan Sistem Komputer, Sekolah Tinggi Manajemen Informatika & Teknik Komputer Surabaya
Kedung Baruk Surabaya
1)
rinda_anggraeni11@yahoo.com
Abstrak---Utilization of multimedia services is
currently increasing. It is used widely by people for
various purposes. Because of the proliferation of these
multimedia services today, it is necessary to produce a
good performance of the service. This paper describes
performance comparison results in multimedia data
transmission over the Voice Over IP (VoIP) as well as
the Internet Protocol Television (IPTV) by using the
User Datagram Protocol (UDP), Transmission Control
Protocol (TCP) and the Stream Control Transport
Protocol (SCTP). The simulation is conducted on NS-2
software to produce the quality of services parameters
including latency, jitter, packet loss and queue. Based on
the simulation results, it can be concluded that UDP
protocol has the lowest latency compared to the TCP
and SCTP. In addition, it also inherites the lowest delay
variation. However, in terms of packet loss, UDP has a
greater tendency to lose packets compared to the TCP
and SCTP.
Keyword : NS-2, VOIP, IPTV, TCP-UDP-SCTP
Comparation
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Perkembangan teknologi multimedia berbasis
video streaming dan voice saat ini semakin banyak
digunakan sebagai aplikasi komunikasi pada internet.
Pemanfaatan penggunaan teknologi tersebut juga sangat
beragam dalam berbagai kegiatan sehingga pada data
multimedia dibutuhkan suatu unjuk kerja protokol yang
handal dan cepat dalam proses pengirimannya. TCP
merupakan protokol yang 75% banyak digunakan untuk
layanan internet saat ini.[1]. Namun pada protokol ini,
ketika jaringan padat yang otomatis berdampak pada
kongesti sangat tinggi menyebabkan time-out dan akan
mengirimkan retransmisi karena sifatnya yang conection
2)
jusak@stikom.edu
3)
anjik@stikom.edu
oriented.[2]. Hal ini akan menyebabkan delay yang tinggi
dan berakibat turunnya throughput. Sedangkan UDP
merupakan protokol yang ditujukan untuk kecepatan
pengiriman data tanpa memperhatikan adanya kontrol
konjesti dan koreksi kesalahan di dalam suatu jaringan.
Namun akibat dari kecepatan pengiriman data yang tidak
dapat dikendalikan, protokol UDP akan menggunakan
seluruh bandwidth yang ada di dalam jaringan. Maka
mulailah dikembangkan protokol baru yaitu SCTP. Ini
adalah protokol yang reliable mirip dengan TCP, namun
menyediakan fasilitas seperti multi-streaming dan multihoming untuk unjuk kerja yang lebih baik dan redundansi.
Protokol SCTP ini diharapkan dapat menjembatani
kelemahan-kelemahan yang dimiliki TCP dan UDP.
Penulis dalam kasus ini menguraikan tentang
karakteristik dari protokol TCP, UDP dan SCTP
berdasarkan kualitas layanan yang meliputi latency, jitter,
packet loss dan queue dalam hubungannya dengan data
multimedia (VOIP dan IPTV). Hal ini di harapkan dapat
memberikan manfaat dalam penggunaan protokol untuk
layanan data multimedia.
`Kontribusi yang di dapat dari hasil penelitian ini
adalah :
1. Dari hasil perbandingan antara protokol TCP, UDP dan
SCTP, diharapkan dapat memberikan kontribusi untuk
perkembangan protokol lapisan transport pada layanan
data multimedia kedepan.
2. Memberikan analisis perbandingan ke-3 protokol pada
data multimedia, dalam hal ini akan dibahas data VOIP
(voice over IP) dan IPTV.
Organisasi pada tulisan ini pada bagian kedua
membahas dasar teori dari ketiga protokol TCP, UDP,
SCTP, data multimedia dan Quality of service. Bagian
ketiga membahas tentang perancangan dan analisis sistem.
Bagian keempat membahas tentang kesimpulan dari
makalah ini.
II. DASAR TEORI
A. TCP, UDP dan SCTP
TCP adalah protokol yang berorientasi koneksi;
yang menciptakan suatu koneksi virtual antara dua TCP
untuk mengirim data. Di samping itu, TCP menggunakan
aliran dan mekanisme error control pada level transportasi.
Menggunakan sebuah mekanisme pengakuan untuk
memeriksa keamanan dan tanda kedatangan data.. Pada
TCP, pengiriman berorientasi koneksi membutuhkan tiga
tahap : pembentukan koneksi, transfer data, dan pemutusan
koneksi. Proses pembentukan dan pemutusan koneksi
menggunakan mekanisme three way handshake.Sedangkan
pada UDP disebut protocol conectionless, protokol
transport yang tidak dapat dihandalkan.
Dengan kelemahan pada UDP memberikan beberapa
keuntungan. UDP adalah protokol yang sangat sederhana
menggunakan minimum overhead. Jika sebuah proses ingin
mengirim pesan yang kecil dan tidak peduli tentang
kehandalannya, maka dapat menggunakan UDP.[3]. SCTP
menggabungkan fitur terbaik dari UDP dan TCP. SCTP
adalah protokol message-oriented yang handal. SCTP
menyimpan batas-batas pesan dan pada saat yang sama
mendeteksi kehilangan data, duplikasi data, dan out-oforder data. SCTP juga memiliki kontrol konjesti dan
mekanisme kontrol aliran, multihoming dan multistreaming.
[4]Yang membedakannya dengan TCP diantaranya pada
inisialisasi SCTP menggunakan mekanisme Four-Way
handshake.
B. IPTV dan VOIP
IPTV (Internet Protocol Television) yaitu layanan
multimedia dalam bentuk televisi, video, audio, text,
graphic, data yang disalurkan kepada pelanggan melalui
jaringan IP (Internet Protocol). [5].
VOIP merupakan salah satu aplikasi audio/video
interaktif secara real time adalah voice over IP (VOIP), atau
Internet Telephony. SIP adalah salah satu protokol pada
VOIP, dirancang untuk menjadi aplikasi yang independen
yang mendasari transport layer dan dapat berjalan pada
UDP, TCP, atau SCTP. Pada saat menggunakan UDP, pesan
mungkin akan hilang atau keluar dari urutana. Untuk itu
maka digunakan mekanisme kehandalan melalui waktu
retransmisi,
perintah pengurutan dan pengakuan
(acknowledgement). [6].
C. Quality of Service (QoS)
Quality of service ( QoS) di definisikan sebagai
sebuah mekanisme atau cara yang memungkinkan layanan
dapat beroperasi sesuai dengan karakteristiknya masingmasing dalam jaringan IP.
Parameter yang lazim dijadikan referensi umum
untuk mengamati unjuk kerja jaringan, diantaranya adalah
delay dan jitter. [7].
III. PERANCANGAN DAN ANALISIS SISTEM
Gambar 1 berikut merupakan gambar blok diagram
sistem yang merupakan penjelasan singkat dari perancangan
simulasi yang dibuat pada tugas akhir “Analisis
Perbandingan Unjuk Kerja Protokol TCP, UDP dan SCTP”
yang menggunakan software Network Simulator 2.35.
INPUT
MULTIMEDIA
PROSES
PROTOKOL
OUTPUT
ANALISIS LATENCY
DELAY
VOIP
ANALISIS JITTER
TCP
PACKET
LOSS
UDP
STREAMING
IPTV
SCTP
QUEUE
ANALISIS PACKET LOSS
PERBANDINGAN UNJUK KERJA
PROTOKOL TCP, UDP, DAN
SCTP
ANALISIS QUEUE
BANDWIDTH
DELAY PROPAGATION
JUMLAH KANAL
Gambar 1. Blok diagram sistem
A. Perancangan Sistem
Pada simulasi ini digunakan model topologi dumbbell. Model topologi dumb-bell ini digunakan untuk
mempelajari tentang efek jalur bottleneck-link oleh banyak
node sumber. [8].
Gambar 2. Topologi Dumb-bell
Pada proses simulasi ini dilakukan dengan
menggunakan software NS-2. Simulator ini di bangun
kepentingan riset interaksi antar protokol dalam konteks
pengembangan protokol internet pada saat ini dan masa
yang akan datang.
Terdapat parameter eksternal yang digunakan untuk
memberikan efek dalam membandingkan ke tiga protokol
berdasarkan kondisi-kondisi yang telah ditentukan.
Parameter eksternal meliputi bandwidth, delay transmission,
dan jumlah kanal.Berikut ini nilai parameter yang akan
dijadikan skenario percobaan simulasi:
Jumlah kanal : 2 dan 5
Data yang digunakan: VOIP dan IPTV
Dengan data VOIP :
skenario 1: 128Kb – 100 ms
skenario 2: 384Kb – 100 ms
skenario 3 :512Kb – 100 ms
skenario 4 :128Kb – 300 ms
skenario 5 :384Kb – 300 ms
skenario 6 :512Kb – 300 ms
Dengan data IPTV:
skenario 1 : 512Kb – 100 ms
skenario 2 : 1Mb – 100 ms
skenario 3 : 3Mb – 100 ms
skenario 4 : 512Kb – 300 ms
skenario 5 : 1Mb – 300 ms
skenario 6 : 3Mb – 300 ms
B. Analisis Simulasi
Ukuran paket yang diberikan untuk VOIP 160 byte
menggunakan protokol G.711, sedangkan IPTV 1300 byte.
Angka 1-6 menunjuk pada perancangan skenario percobaan
simulasi.
Pada perbandingan unjuk kerja TCP, UDP dan
SCTP, enam simulasi di jalankan untuk masing-masing
protokol dan masing-masing jumlah kanal. Jumlah kanal
digunakan untuk menunjukan kondisi jaringan saat data di
jalankan tanpa adanya konjesti dengan menggunakan 1
kanal, dan dengan 5 kanal akan menunjukan kinerja dari
jaringan saat jalur bottleneck harus berbagi data dengan
yang lain.
Latency (ms)
300 ms 128 Kb
300 ms 384 Kb
300 ms 512 Kb
Latency (ms)
Latency (ms)
530
1211
1570
383
583
396
398
656
762
373
477
335
381
602
660
1
2
3
TCP
4
5
UDP
6
SCTP
2
TCP
3
4
UDP
5
700
600
500
400
300
200
100
0
6
SCTP
1
Gambar 3. Grafik Latency VOIP 1 Kanal
2
TCP
3
4
5
6
SCTP
UDP
Gambar 6. Grafik Latency IPTV 5 Kanal
2000
Latency (ms)
528
Gambar 5. Grafik Latency IPTV 1 Kanal
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Tabel 2.. Perbandingan Latency TCP,UDP, dan SCTP pada IPTV
1500
BandwidthDelay
Propagation
100 ms –
512 Kb
100 ms –
1Mb
100 ms –
3Mb
300 ms –
512 Kb
300 ms –
1Mb
300 ms –
3Mb
1000
500
0
1
2
TCP
3
4
UDP
5
6
SCTP
Gambar 4. Grafik Latency VOIP 5 Kanal
Tabel 1. Perbandingan Latency TCP,UDP, dan SCTP pada VOIP
BandwidthTCP
UDP
SCTP
Delay
Propagati
on
100 ms 128 Kb
100 ms 384 Kb
100 ms 512 Kb
1090
700
600
500
400
300
200
100
0
1. Analisis Latency:
1
864
1
Kanal
5
Kanal
1
Kanal
5
Kanal
1
Kanal
5
Kanal
1018
1098
328
330
1290
1458
296
422
196
198
576
632
195
330
135
181
455
515
TCP
1
5
Kanal Kanal
UDP
1
5
Kanal Kanal
SCTP
1
5
Kanal
Kanal
195
330
163
420
448
486
157
240
155
278
189
292
151
155
150
152
185
179
373
477
363
620
591
624
360
379
355
478
377
451
355
365
350
352
370
373
Dari gambar 2-5 menunjukan unjuk kerja yang sama
terhadap protokol ketiga protokol, sehingga dapat dilakukan
kesimpulan bahwa UDP menghasilkan latency yang paling
kecil. Jumlah latency yang kecil menunjukan sedikitnya
waktu rata-rata pengiriman trafik data dari node sumber
hingga sampai ke node tujuan. Semakin kecil latency akan
semakin cepat data di kirim.
2.
Jitter (ms)
Dari hasil grafik terlihat bahwa untuk data VOIP dan
IPTV, protokol SCTP mempunyai latency tertinggi.
Analisis Jitter:
25
Jitter (ms)
20
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
15
1
2
TCP
10
5
3
4
UDP
5
6
SCTP
Gambar 9. Jitter IPTV dengan 1 Kanal
0
1
2
3
4
UDP
TCP
5
6
SCTP
5
4
Jitter (ms)
Gambar 7. Jitter VOIP 1 Kanal
100
Jitter (ms)
80
3
2
60
1
40
0
1
20
2
TCP
3
4
5
SCTP
UDP
6
0
1
2
3
TCP
4
5
UDP
Gambar 10. Jitter IPTV dengan 5 Kanal
6
SCTP
Tabel 4. Perbandingan Jitter TCP,UDP, dan SCTP pada IPTV
Gambar 8. Jitter VOIP 5 Kanal
BandwidthDelay
Propagation
100 ms –
512 Kb
100 ms –
1Mb
100 ms –
3Mb
300 ms –
512 Kb
300 ms –
1Mb
300 ms –
3Mb
TCP
1
5
Kanal Kanal
UDP
1
5
Kanal
Kanal
SCTP
1
5
Kanal
Kanal
7
31
0
0
13
82
0
4
0
0
2
8
0
2
0
0
1
4
5
23
0
0
21
84
0
5
0
0
2
11
0
2
0
0
1
6
Tabel 3. Perbandingan Jitter TCP,UDP, dan SCTP pada VOIP
Bandwidth
-Delay
Propagation
100 ms –
512 Kb
100 ms –
1Mb
100 ms –
3Mb
300 ms –
512 Kb
300 ms –
1Mb
300 ms –
3Mb
TCP
1
5
Kanal Kanal
UDP
1
5
Kanal Kanal
SCTP
1
5
Kanal Kanal
0
2
0
0
0
4
0
0
0
0
0
2
0
0
0
0
0
0
0
2
0
1
1
4
0
0
0
0
0
2
0
0
0
0
0
0
Jitter lazimnya disebut variasi delay, berhubungan
erat dengan latency, yang menunjukkan banyaknya variasi
delay pada transmisi data di jaringan.[9]. Dari hasil grafik
dalam Gambar 6-9 terlihat bahwa untuk data VOIP dan
IPTV, protokol SCTP mempunyai jitter tertinggi. Dari
ketiga protokol menunjukan UDP yang terbaik dari
ketiganya, dilihat dari rendahnya nilai jitter pada semua
kondisi yang ada.
3. Analisis Packet Loss:
5%
Packet Loss (%)
Packet Loss (%)
80%
60%
40%
20%
4%
3%
2%
1%
0%
1
0%
1
2
3
4
5
2
3
4
UDP
TCP
6
5
6
SCTP
Gambar 13. Packet Loss IPTV 1 Kanal
TCP
UDP
SCTP
Gambar 11. Packet Loss VOIP 1 Kanal
Packet Loss (%)
100,00%
Packet Loss (%)
100%
80%
60%
40%
80,00%
60,00%
40,00%
20,00%
0,00%
20%
1
0%
1
2
TCP
3
4
5
UDP
6
2
TCP
SCTP
3
4
UDP
5
6
SCTP
Gambar 14. Packet Loss IPTV 5 Kanal
Gambar 12. Packet Loss VOIP 5 Kanal
Tabel 6. Perbandingan Packet Loss TCP,UDP, dan SCTP pada IPTV
Tabel 5. Perbandingan Packet Loss TCP,UDP, dan SCTP pada VOIP
BandwidthDelay
Propagation
100 ms - 128
Kb
100 ms - 384
Kb
100 ms - 512
Kb
300 ms - 128
Kb
300 ms - 384
Kb
300 ms - 512
Kb
TCP (%)
1
5
Kanal Kanal
UDP (%)
1
5
Kanal Kanal
SCTP (%)
1
5
Kanal Kanal
0
16.59
70.88
94.18
10.14
20.11
0
10.62
13.74
82.75
5.25
10.63
0
8.31
0
77.04
3.40
8.73
0
17.24
70.88
94.18
13.11
18.00
0
9.98
13.74
82.75
1.92
11.97
0
6.85
0
77.04
0
11.49
BandwidthDelay
Propagation
100 ms –
512 Kb
100 ms –
1Mb
100 ms –
3Mb
300 ms –
512 Kb
300 ms –
1Mb
300 ms –
3Mb
TCP (%)
1
5
Kanal Kanal
UDP (%)
1
5
Kanal Kanal
SCTP (%)
1
5
Kanal Kanal
0
8.31
0
83.40
4.02
10.44
0
5.00
0
67.99
0
6.54
0
0.37
0
0
0
1.88
0
6.85
0
83.40
0
10.80
0
3.47
0
67.99
0
5.39
0
1.40
0
0
0
1.63
Untuk packet loss data VOIP dan IPTV, terlihat pada
gambar 10-13 bahwa protokol UDP yang mempunyai ratarata packet loss yang tinggi untuk kondisi bandwidth yang
rendah. Hal ini dikarena pada pengiriman UDP tidak
terdapat control congesti yang berakibat paket-paket akan
dikirimkan tanpa perlu dibatasi saat kapasitas queue sedang
mengalami kepadatan.
Analisis Queue:
Queue (Packet)
4.
Queue (Packet)
20
15
10
12
10
8
6
4
2
0
1
5
2
3
TCP
0
1
2
3
4
5
4
5
UDP
6
SCTP
6
Gambar 17. Queue IPTV 1 Kanal
TCP
UDP
SCTP
20
Queue(Packet)
Gambar 15. Queue VOIP 1 Kanal
Queue (Packet)
20
15
10
15
10
5
0
5
1
0
1
TCP
2
3
UDP
4
5
SCTP
3
4
TCP
6
5
UDP
6
SCTP
Gambar 18. Queue IPTV 5 Kanal
Gambar 16. Queue VOIP 5 Kanal
Tabel 8. Perbandingan Queue TCP,UDP, dan SCTP pada IPTV
Tabel 7. Perbandingan Queue TCP,UDP, dan SCTP pada VOIP
BandwidthDelay
Propagation
100 ms - 128
Kb
100 ms - 384
Kb
100 ms - 512
Kb
300 ms - 128
Kb
300 ms - 384
Kb
300 ms - 512
Kb
2
TCP
1
5
Kanal Kanal
UDP
1
5
Kanal Kanal
SCTP
1
5
Kanal Kanal
12.28
14.34
17.68
17.74
11.76
16.22
5.33
10.45
17.05
17.37
11.79
14.55
1.76
9.98
0.00
17.21
10.89
14.58
5.85
10.52
17.68
17.74
8.09
12.95
0.29
8.15
17.05
17.37
4.74
11.32
0.21
6.03
0.00
17.21
6.17
10.54
BandwidthDelay
Propagation
100 ms –
512 Kb
100 ms –
1Mb
100 ms –
3Mb
300 ms –
512 Kb
300 ms –
1Mb
300 ms –
3Mb
TCP
1
5
Kanal Kanal
UDP
1
5
Kanal Kanal
SCTP
1
5
Kanal
Kanal
1.76
9.98
0.53
17.34
10.78
13.95
0.00
8.39
0.23
16.61
0.00
11.29
0.00
1.16
0.01
3.60
0.00
1.87
0.21
6.03
0.53
17.34
6.30
9.89
0.00
2.57
0.23
16.61
0.00
6.63
0.00
0.73
0.01
3.60
0.00
1.36
Dari grafik gambar 14-17 terlihat, semakin banyak
jumlah kanal akan semakin besar kapasitas queue yang
digunakan dan semakin besarnya kapasitas queue yang
digunakan oleh suatu protokol, akan menimbulkan
banyaknya paket yang mengalami loss.
IV. KESIMPULAN
Hasil analisis dari perbandingan unjuk kerja protokol
TCP, UDP dan SCTP ini terhadap data VOIP dan IPTV
yaitu Parameter Latency pada TCP mempunyai nilai yang
lebih besar dibanding UDP, hal ini karena adanya
mekanisme three-way-handshake pada proses inisialisasi
koneksi serta adanya retransmisi. Sementara itu SCTP
memiliki latency dengan nilai tertinggi, hal ini disebabkan
karenakan SCTP menggunakan sistem pengiriman best
efford, yang berarti bahwa SCTP akan berupaya
mengirimkan data antar pengirim dan penerima dengan baik
tetapi tidak menjamin urutan dan integritas data dari segmen
yang dikirim. Tingginya nilai
latency pada SCTP
disebabkan juga karena pengiriman acknowledgement dari
setiap paket SCTP membutuhkan waktu yang lama sehingga
secara keseluruhan delay pada SCTP menjadi lebih tinggi.
[6].
Jitter berhubungan erat dengan latency. Jitter
merupakan ukuran banyaknya variasi delay pada transmisi
data di dalam jaringan. [9]. Berdasarkan hasil pengujian
didapatkan bahwa SCTP memiliki jitter tertinggi
dibandingkan dengan kedua protokol yang lain.
Dengan menggunakan data VOIP dan IPTV saat
dikondisikan dengan nilai bandwidth dan delay propagation
yang sama, didapatkan bahwa perbedaan nilai latency dan
jitter tidak terlalu signifikan.
Packet loss berhubungan dengan besarnya kapasitas
queue yang bisa menampung trafik data dalam proses
pengiriman, Semakin besar kapasitas queue yang digunakan
akan semakin tinggi kemungkinan terjadi paket hilang.
Packet loss juga berhubungan dengan jumlah kanal yang
digunakan, semakin banyak jumlah kanal dari suatu jaringan
akan semakin tinggi jumlah packet loss dikarenakan
penggunaan queue juga akan meningkat. Berdasarkan hasil
pengujian didapatkan bahwa untuk bandwidth yang kecil
akan menghasilkan packet loss yang tinggi pada protokol
UDP, TCP dan SCTP. Namun dari ketiga protokol yang
dibandingkan, menunjukan UDP mempunyai rata-rata
packet loss tertinggi dari kedua protokol yang lain.
DAFTAR PUSTAKA
1] Adnan, R., 2013. Windows Networking dengan UDP dan .NET.
[Online]
Available
at:
http://www.microsoft.com/indonesia/msdn/udp_dotnet.aspx
[Accessed Februari 2013].
[2] Huston, G. & T., n.d. Future for TCP. [Online]
Available
at:
http://www.cisco.com/web/about/ac123/ac147/ac174/ac195/about_cisc
o_ipj_archive_article09186a00800c83f8.html
[Accessed Desember 2012].
[3] Forouzan, B. A., 2007. Data Communications And Networking. New
York : McGraw-Hill.
[4] Sapura, I. W. A., 2012. PERANCANGAN FTP (FILE TRANSFER
PROTOCOL) MELALUI SCTP (STREAM CONTROL TRANSMISION
PROTOCOL) MENGGUNAKAN SOCKET PROGRAMMING, Bali:
Universitas Udayana.
[5] Kartika, D. C., n.d. RANCANG BANGUN LAYANAN PERSONAL
VIDEO RECORDING (PVR) PADA INTERNET PTOTOCOL
TELEVISION (IPTV), Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh
Nopember,.
[6] Gangurde, P., Waware, S. & Sarwade, N., 2012. Simulation of TCP,
UDP, and SCTP with constant traffic for VOIP. International Journal
of Engineering Research and Application, p. 1245.
[7] Gani, T. A., Rahmad & Afdhal, 2010. Aplikasi Pengaruh Quality Of
Service (Qos) Video Conference Pada Trafik H.323 Dengan
Menggunakan Metode Differentiated Service (Diffserv). Rekayasa
Elektrika, 9(Quality of Service), p. 56.
[8] Computer Science Department, 2007. NS-2 tutorial, Pennsylvania:
Carnegie Mellon.
[9] Nurhayati, O. D., n.d. Sistem Komunikasi Multimedia. [Online]
Available
at:
http://eprints.undip.ac.id/20121/1/Persyaratan_Layanan_dan_Protokol
_pert9.pdf [Accessed Februari 2012].
UDP, DAN SCTP MENGGUNAKAN SIMULASI LALU LINTAS DATA
MULTIMEDIA
Rinda Tri Yuniar Anggraeni1), Jusak 2), Anjik Sukmaaji 3)
2)
3)
S1 / Jurusan Sistem Komputer, Sekolah Tinggi Manajemen Informatika & Teknik Komputer Surabaya
Kedung Baruk Surabaya
S1 / Jurusan Sistem Komputer, Sekolah Tinggi Manajemen Informatika & Teknik Komputer Surabaya
Kedung Baruk Surabaya
1)
rinda_anggraeni11@yahoo.com
Abstrak---Utilization of multimedia services is
currently increasing. It is used widely by people for
various purposes. Because of the proliferation of these
multimedia services today, it is necessary to produce a
good performance of the service. This paper describes
performance comparison results in multimedia data
transmission over the Voice Over IP (VoIP) as well as
the Internet Protocol Television (IPTV) by using the
User Datagram Protocol (UDP), Transmission Control
Protocol (TCP) and the Stream Control Transport
Protocol (SCTP). The simulation is conducted on NS-2
software to produce the quality of services parameters
including latency, jitter, packet loss and queue. Based on
the simulation results, it can be concluded that UDP
protocol has the lowest latency compared to the TCP
and SCTP. In addition, it also inherites the lowest delay
variation. However, in terms of packet loss, UDP has a
greater tendency to lose packets compared to the TCP
and SCTP.
Keyword : NS-2, VOIP, IPTV, TCP-UDP-SCTP
Comparation
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Perkembangan teknologi multimedia berbasis
video streaming dan voice saat ini semakin banyak
digunakan sebagai aplikasi komunikasi pada internet.
Pemanfaatan penggunaan teknologi tersebut juga sangat
beragam dalam berbagai kegiatan sehingga pada data
multimedia dibutuhkan suatu unjuk kerja protokol yang
handal dan cepat dalam proses pengirimannya. TCP
merupakan protokol yang 75% banyak digunakan untuk
layanan internet saat ini.[1]. Namun pada protokol ini,
ketika jaringan padat yang otomatis berdampak pada
kongesti sangat tinggi menyebabkan time-out dan akan
mengirimkan retransmisi karena sifatnya yang conection
2)
jusak@stikom.edu
3)
anjik@stikom.edu
oriented.[2]. Hal ini akan menyebabkan delay yang tinggi
dan berakibat turunnya throughput. Sedangkan UDP
merupakan protokol yang ditujukan untuk kecepatan
pengiriman data tanpa memperhatikan adanya kontrol
konjesti dan koreksi kesalahan di dalam suatu jaringan.
Namun akibat dari kecepatan pengiriman data yang tidak
dapat dikendalikan, protokol UDP akan menggunakan
seluruh bandwidth yang ada di dalam jaringan. Maka
mulailah dikembangkan protokol baru yaitu SCTP. Ini
adalah protokol yang reliable mirip dengan TCP, namun
menyediakan fasilitas seperti multi-streaming dan multihoming untuk unjuk kerja yang lebih baik dan redundansi.
Protokol SCTP ini diharapkan dapat menjembatani
kelemahan-kelemahan yang dimiliki TCP dan UDP.
Penulis dalam kasus ini menguraikan tentang
karakteristik dari protokol TCP, UDP dan SCTP
berdasarkan kualitas layanan yang meliputi latency, jitter,
packet loss dan queue dalam hubungannya dengan data
multimedia (VOIP dan IPTV). Hal ini di harapkan dapat
memberikan manfaat dalam penggunaan protokol untuk
layanan data multimedia.
`Kontribusi yang di dapat dari hasil penelitian ini
adalah :
1. Dari hasil perbandingan antara protokol TCP, UDP dan
SCTP, diharapkan dapat memberikan kontribusi untuk
perkembangan protokol lapisan transport pada layanan
data multimedia kedepan.
2. Memberikan analisis perbandingan ke-3 protokol pada
data multimedia, dalam hal ini akan dibahas data VOIP
(voice over IP) dan IPTV.
Organisasi pada tulisan ini pada bagian kedua
membahas dasar teori dari ketiga protokol TCP, UDP,
SCTP, data multimedia dan Quality of service. Bagian
ketiga membahas tentang perancangan dan analisis sistem.
Bagian keempat membahas tentang kesimpulan dari
makalah ini.
II. DASAR TEORI
A. TCP, UDP dan SCTP
TCP adalah protokol yang berorientasi koneksi;
yang menciptakan suatu koneksi virtual antara dua TCP
untuk mengirim data. Di samping itu, TCP menggunakan
aliran dan mekanisme error control pada level transportasi.
Menggunakan sebuah mekanisme pengakuan untuk
memeriksa keamanan dan tanda kedatangan data.. Pada
TCP, pengiriman berorientasi koneksi membutuhkan tiga
tahap : pembentukan koneksi, transfer data, dan pemutusan
koneksi. Proses pembentukan dan pemutusan koneksi
menggunakan mekanisme three way handshake.Sedangkan
pada UDP disebut protocol conectionless, protokol
transport yang tidak dapat dihandalkan.
Dengan kelemahan pada UDP memberikan beberapa
keuntungan. UDP adalah protokol yang sangat sederhana
menggunakan minimum overhead. Jika sebuah proses ingin
mengirim pesan yang kecil dan tidak peduli tentang
kehandalannya, maka dapat menggunakan UDP.[3]. SCTP
menggabungkan fitur terbaik dari UDP dan TCP. SCTP
adalah protokol message-oriented yang handal. SCTP
menyimpan batas-batas pesan dan pada saat yang sama
mendeteksi kehilangan data, duplikasi data, dan out-oforder data. SCTP juga memiliki kontrol konjesti dan
mekanisme kontrol aliran, multihoming dan multistreaming.
[4]Yang membedakannya dengan TCP diantaranya pada
inisialisasi SCTP menggunakan mekanisme Four-Way
handshake.
B. IPTV dan VOIP
IPTV (Internet Protocol Television) yaitu layanan
multimedia dalam bentuk televisi, video, audio, text,
graphic, data yang disalurkan kepada pelanggan melalui
jaringan IP (Internet Protocol). [5].
VOIP merupakan salah satu aplikasi audio/video
interaktif secara real time adalah voice over IP (VOIP), atau
Internet Telephony. SIP adalah salah satu protokol pada
VOIP, dirancang untuk menjadi aplikasi yang independen
yang mendasari transport layer dan dapat berjalan pada
UDP, TCP, atau SCTP. Pada saat menggunakan UDP, pesan
mungkin akan hilang atau keluar dari urutana. Untuk itu
maka digunakan mekanisme kehandalan melalui waktu
retransmisi,
perintah pengurutan dan pengakuan
(acknowledgement). [6].
C. Quality of Service (QoS)
Quality of service ( QoS) di definisikan sebagai
sebuah mekanisme atau cara yang memungkinkan layanan
dapat beroperasi sesuai dengan karakteristiknya masingmasing dalam jaringan IP.
Parameter yang lazim dijadikan referensi umum
untuk mengamati unjuk kerja jaringan, diantaranya adalah
delay dan jitter. [7].
III. PERANCANGAN DAN ANALISIS SISTEM
Gambar 1 berikut merupakan gambar blok diagram
sistem yang merupakan penjelasan singkat dari perancangan
simulasi yang dibuat pada tugas akhir “Analisis
Perbandingan Unjuk Kerja Protokol TCP, UDP dan SCTP”
yang menggunakan software Network Simulator 2.35.
INPUT
MULTIMEDIA
PROSES
PROTOKOL
OUTPUT
ANALISIS LATENCY
DELAY
VOIP
ANALISIS JITTER
TCP
PACKET
LOSS
UDP
STREAMING
IPTV
SCTP
QUEUE
ANALISIS PACKET LOSS
PERBANDINGAN UNJUK KERJA
PROTOKOL TCP, UDP, DAN
SCTP
ANALISIS QUEUE
BANDWIDTH
DELAY PROPAGATION
JUMLAH KANAL
Gambar 1. Blok diagram sistem
A. Perancangan Sistem
Pada simulasi ini digunakan model topologi dumbbell. Model topologi dumb-bell ini digunakan untuk
mempelajari tentang efek jalur bottleneck-link oleh banyak
node sumber. [8].
Gambar 2. Topologi Dumb-bell
Pada proses simulasi ini dilakukan dengan
menggunakan software NS-2. Simulator ini di bangun
kepentingan riset interaksi antar protokol dalam konteks
pengembangan protokol internet pada saat ini dan masa
yang akan datang.
Terdapat parameter eksternal yang digunakan untuk
memberikan efek dalam membandingkan ke tiga protokol
berdasarkan kondisi-kondisi yang telah ditentukan.
Parameter eksternal meliputi bandwidth, delay transmission,
dan jumlah kanal.Berikut ini nilai parameter yang akan
dijadikan skenario percobaan simulasi:
Jumlah kanal : 2 dan 5
Data yang digunakan: VOIP dan IPTV
Dengan data VOIP :
skenario 1: 128Kb – 100 ms
skenario 2: 384Kb – 100 ms
skenario 3 :512Kb – 100 ms
skenario 4 :128Kb – 300 ms
skenario 5 :384Kb – 300 ms
skenario 6 :512Kb – 300 ms
Dengan data IPTV:
skenario 1 : 512Kb – 100 ms
skenario 2 : 1Mb – 100 ms
skenario 3 : 3Mb – 100 ms
skenario 4 : 512Kb – 300 ms
skenario 5 : 1Mb – 300 ms
skenario 6 : 3Mb – 300 ms
B. Analisis Simulasi
Ukuran paket yang diberikan untuk VOIP 160 byte
menggunakan protokol G.711, sedangkan IPTV 1300 byte.
Angka 1-6 menunjuk pada perancangan skenario percobaan
simulasi.
Pada perbandingan unjuk kerja TCP, UDP dan
SCTP, enam simulasi di jalankan untuk masing-masing
protokol dan masing-masing jumlah kanal. Jumlah kanal
digunakan untuk menunjukan kondisi jaringan saat data di
jalankan tanpa adanya konjesti dengan menggunakan 1
kanal, dan dengan 5 kanal akan menunjukan kinerja dari
jaringan saat jalur bottleneck harus berbagi data dengan
yang lain.
Latency (ms)
300 ms 128 Kb
300 ms 384 Kb
300 ms 512 Kb
Latency (ms)
Latency (ms)
530
1211
1570
383
583
396
398
656
762
373
477
335
381
602
660
1
2
3
TCP
4
5
UDP
6
SCTP
2
TCP
3
4
UDP
5
700
600
500
400
300
200
100
0
6
SCTP
1
Gambar 3. Grafik Latency VOIP 1 Kanal
2
TCP
3
4
5
6
SCTP
UDP
Gambar 6. Grafik Latency IPTV 5 Kanal
2000
Latency (ms)
528
Gambar 5. Grafik Latency IPTV 1 Kanal
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Tabel 2.. Perbandingan Latency TCP,UDP, dan SCTP pada IPTV
1500
BandwidthDelay
Propagation
100 ms –
512 Kb
100 ms –
1Mb
100 ms –
3Mb
300 ms –
512 Kb
300 ms –
1Mb
300 ms –
3Mb
1000
500
0
1
2
TCP
3
4
UDP
5
6
SCTP
Gambar 4. Grafik Latency VOIP 5 Kanal
Tabel 1. Perbandingan Latency TCP,UDP, dan SCTP pada VOIP
BandwidthTCP
UDP
SCTP
Delay
Propagati
on
100 ms 128 Kb
100 ms 384 Kb
100 ms 512 Kb
1090
700
600
500
400
300
200
100
0
1. Analisis Latency:
1
864
1
Kanal
5
Kanal
1
Kanal
5
Kanal
1
Kanal
5
Kanal
1018
1098
328
330
1290
1458
296
422
196
198
576
632
195
330
135
181
455
515
TCP
1
5
Kanal Kanal
UDP
1
5
Kanal Kanal
SCTP
1
5
Kanal
Kanal
195
330
163
420
448
486
157
240
155
278
189
292
151
155
150
152
185
179
373
477
363
620
591
624
360
379
355
478
377
451
355
365
350
352
370
373
Dari gambar 2-5 menunjukan unjuk kerja yang sama
terhadap protokol ketiga protokol, sehingga dapat dilakukan
kesimpulan bahwa UDP menghasilkan latency yang paling
kecil. Jumlah latency yang kecil menunjukan sedikitnya
waktu rata-rata pengiriman trafik data dari node sumber
hingga sampai ke node tujuan. Semakin kecil latency akan
semakin cepat data di kirim.
2.
Jitter (ms)
Dari hasil grafik terlihat bahwa untuk data VOIP dan
IPTV, protokol SCTP mempunyai latency tertinggi.
Analisis Jitter:
25
Jitter (ms)
20
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
15
1
2
TCP
10
5
3
4
UDP
5
6
SCTP
Gambar 9. Jitter IPTV dengan 1 Kanal
0
1
2
3
4
UDP
TCP
5
6
SCTP
5
4
Jitter (ms)
Gambar 7. Jitter VOIP 1 Kanal
100
Jitter (ms)
80
3
2
60
1
40
0
1
20
2
TCP
3
4
5
SCTP
UDP
6
0
1
2
3
TCP
4
5
UDP
Gambar 10. Jitter IPTV dengan 5 Kanal
6
SCTP
Tabel 4. Perbandingan Jitter TCP,UDP, dan SCTP pada IPTV
Gambar 8. Jitter VOIP 5 Kanal
BandwidthDelay
Propagation
100 ms –
512 Kb
100 ms –
1Mb
100 ms –
3Mb
300 ms –
512 Kb
300 ms –
1Mb
300 ms –
3Mb
TCP
1
5
Kanal Kanal
UDP
1
5
Kanal
Kanal
SCTP
1
5
Kanal
Kanal
7
31
0
0
13
82
0
4
0
0
2
8
0
2
0
0
1
4
5
23
0
0
21
84
0
5
0
0
2
11
0
2
0
0
1
6
Tabel 3. Perbandingan Jitter TCP,UDP, dan SCTP pada VOIP
Bandwidth
-Delay
Propagation
100 ms –
512 Kb
100 ms –
1Mb
100 ms –
3Mb
300 ms –
512 Kb
300 ms –
1Mb
300 ms –
3Mb
TCP
1
5
Kanal Kanal
UDP
1
5
Kanal Kanal
SCTP
1
5
Kanal Kanal
0
2
0
0
0
4
0
0
0
0
0
2
0
0
0
0
0
0
0
2
0
1
1
4
0
0
0
0
0
2
0
0
0
0
0
0
Jitter lazimnya disebut variasi delay, berhubungan
erat dengan latency, yang menunjukkan banyaknya variasi
delay pada transmisi data di jaringan.[9]. Dari hasil grafik
dalam Gambar 6-9 terlihat bahwa untuk data VOIP dan
IPTV, protokol SCTP mempunyai jitter tertinggi. Dari
ketiga protokol menunjukan UDP yang terbaik dari
ketiganya, dilihat dari rendahnya nilai jitter pada semua
kondisi yang ada.
3. Analisis Packet Loss:
5%
Packet Loss (%)
Packet Loss (%)
80%
60%
40%
20%
4%
3%
2%
1%
0%
1
0%
1
2
3
4
5
2
3
4
UDP
TCP
6
5
6
SCTP
Gambar 13. Packet Loss IPTV 1 Kanal
TCP
UDP
SCTP
Gambar 11. Packet Loss VOIP 1 Kanal
Packet Loss (%)
100,00%
Packet Loss (%)
100%
80%
60%
40%
80,00%
60,00%
40,00%
20,00%
0,00%
20%
1
0%
1
2
TCP
3
4
5
UDP
6
2
TCP
SCTP
3
4
UDP
5
6
SCTP
Gambar 14. Packet Loss IPTV 5 Kanal
Gambar 12. Packet Loss VOIP 5 Kanal
Tabel 6. Perbandingan Packet Loss TCP,UDP, dan SCTP pada IPTV
Tabel 5. Perbandingan Packet Loss TCP,UDP, dan SCTP pada VOIP
BandwidthDelay
Propagation
100 ms - 128
Kb
100 ms - 384
Kb
100 ms - 512
Kb
300 ms - 128
Kb
300 ms - 384
Kb
300 ms - 512
Kb
TCP (%)
1
5
Kanal Kanal
UDP (%)
1
5
Kanal Kanal
SCTP (%)
1
5
Kanal Kanal
0
16.59
70.88
94.18
10.14
20.11
0
10.62
13.74
82.75
5.25
10.63
0
8.31
0
77.04
3.40
8.73
0
17.24
70.88
94.18
13.11
18.00
0
9.98
13.74
82.75
1.92
11.97
0
6.85
0
77.04
0
11.49
BandwidthDelay
Propagation
100 ms –
512 Kb
100 ms –
1Mb
100 ms –
3Mb
300 ms –
512 Kb
300 ms –
1Mb
300 ms –
3Mb
TCP (%)
1
5
Kanal Kanal
UDP (%)
1
5
Kanal Kanal
SCTP (%)
1
5
Kanal Kanal
0
8.31
0
83.40
4.02
10.44
0
5.00
0
67.99
0
6.54
0
0.37
0
0
0
1.88
0
6.85
0
83.40
0
10.80
0
3.47
0
67.99
0
5.39
0
1.40
0
0
0
1.63
Untuk packet loss data VOIP dan IPTV, terlihat pada
gambar 10-13 bahwa protokol UDP yang mempunyai ratarata packet loss yang tinggi untuk kondisi bandwidth yang
rendah. Hal ini dikarena pada pengiriman UDP tidak
terdapat control congesti yang berakibat paket-paket akan
dikirimkan tanpa perlu dibatasi saat kapasitas queue sedang
mengalami kepadatan.
Analisis Queue:
Queue (Packet)
4.
Queue (Packet)
20
15
10
12
10
8
6
4
2
0
1
5
2
3
TCP
0
1
2
3
4
5
4
5
UDP
6
SCTP
6
Gambar 17. Queue IPTV 1 Kanal
TCP
UDP
SCTP
20
Queue(Packet)
Gambar 15. Queue VOIP 1 Kanal
Queue (Packet)
20
15
10
15
10
5
0
5
1
0
1
TCP
2
3
UDP
4
5
SCTP
3
4
TCP
6
5
UDP
6
SCTP
Gambar 18. Queue IPTV 5 Kanal
Gambar 16. Queue VOIP 5 Kanal
Tabel 8. Perbandingan Queue TCP,UDP, dan SCTP pada IPTV
Tabel 7. Perbandingan Queue TCP,UDP, dan SCTP pada VOIP
BandwidthDelay
Propagation
100 ms - 128
Kb
100 ms - 384
Kb
100 ms - 512
Kb
300 ms - 128
Kb
300 ms - 384
Kb
300 ms - 512
Kb
2
TCP
1
5
Kanal Kanal
UDP
1
5
Kanal Kanal
SCTP
1
5
Kanal Kanal
12.28
14.34
17.68
17.74
11.76
16.22
5.33
10.45
17.05
17.37
11.79
14.55
1.76
9.98
0.00
17.21
10.89
14.58
5.85
10.52
17.68
17.74
8.09
12.95
0.29
8.15
17.05
17.37
4.74
11.32
0.21
6.03
0.00
17.21
6.17
10.54
BandwidthDelay
Propagation
100 ms –
512 Kb
100 ms –
1Mb
100 ms –
3Mb
300 ms –
512 Kb
300 ms –
1Mb
300 ms –
3Mb
TCP
1
5
Kanal Kanal
UDP
1
5
Kanal Kanal
SCTP
1
5
Kanal
Kanal
1.76
9.98
0.53
17.34
10.78
13.95
0.00
8.39
0.23
16.61
0.00
11.29
0.00
1.16
0.01
3.60
0.00
1.87
0.21
6.03
0.53
17.34
6.30
9.89
0.00
2.57
0.23
16.61
0.00
6.63
0.00
0.73
0.01
3.60
0.00
1.36
Dari grafik gambar 14-17 terlihat, semakin banyak
jumlah kanal akan semakin besar kapasitas queue yang
digunakan dan semakin besarnya kapasitas queue yang
digunakan oleh suatu protokol, akan menimbulkan
banyaknya paket yang mengalami loss.
IV. KESIMPULAN
Hasil analisis dari perbandingan unjuk kerja protokol
TCP, UDP dan SCTP ini terhadap data VOIP dan IPTV
yaitu Parameter Latency pada TCP mempunyai nilai yang
lebih besar dibanding UDP, hal ini karena adanya
mekanisme three-way-handshake pada proses inisialisasi
koneksi serta adanya retransmisi. Sementara itu SCTP
memiliki latency dengan nilai tertinggi, hal ini disebabkan
karenakan SCTP menggunakan sistem pengiriman best
efford, yang berarti bahwa SCTP akan berupaya
mengirimkan data antar pengirim dan penerima dengan baik
tetapi tidak menjamin urutan dan integritas data dari segmen
yang dikirim. Tingginya nilai
latency pada SCTP
disebabkan juga karena pengiriman acknowledgement dari
setiap paket SCTP membutuhkan waktu yang lama sehingga
secara keseluruhan delay pada SCTP menjadi lebih tinggi.
[6].
Jitter berhubungan erat dengan latency. Jitter
merupakan ukuran banyaknya variasi delay pada transmisi
data di dalam jaringan. [9]. Berdasarkan hasil pengujian
didapatkan bahwa SCTP memiliki jitter tertinggi
dibandingkan dengan kedua protokol yang lain.
Dengan menggunakan data VOIP dan IPTV saat
dikondisikan dengan nilai bandwidth dan delay propagation
yang sama, didapatkan bahwa perbedaan nilai latency dan
jitter tidak terlalu signifikan.
Packet loss berhubungan dengan besarnya kapasitas
queue yang bisa menampung trafik data dalam proses
pengiriman, Semakin besar kapasitas queue yang digunakan
akan semakin tinggi kemungkinan terjadi paket hilang.
Packet loss juga berhubungan dengan jumlah kanal yang
digunakan, semakin banyak jumlah kanal dari suatu jaringan
akan semakin tinggi jumlah packet loss dikarenakan
penggunaan queue juga akan meningkat. Berdasarkan hasil
pengujian didapatkan bahwa untuk bandwidth yang kecil
akan menghasilkan packet loss yang tinggi pada protokol
UDP, TCP dan SCTP. Namun dari ketiga protokol yang
dibandingkan, menunjukan UDP mempunyai rata-rata
packet loss tertinggi dari kedua protokol yang lain.
DAFTAR PUSTAKA
1] Adnan, R., 2013. Windows Networking dengan UDP dan .NET.
[Online]
Available
at:
http://www.microsoft.com/indonesia/msdn/udp_dotnet.aspx
[Accessed Februari 2013].
[2] Huston, G. & T., n.d. Future for TCP. [Online]
Available
at:
http://www.cisco.com/web/about/ac123/ac147/ac174/ac195/about_cisc
o_ipj_archive_article09186a00800c83f8.html
[Accessed Desember 2012].
[3] Forouzan, B. A., 2007. Data Communications And Networking. New
York : McGraw-Hill.
[4] Sapura, I. W. A., 2012. PERANCANGAN FTP (FILE TRANSFER
PROTOCOL) MELALUI SCTP (STREAM CONTROL TRANSMISION
PROTOCOL) MENGGUNAKAN SOCKET PROGRAMMING, Bali:
Universitas Udayana.
[5] Kartika, D. C., n.d. RANCANG BANGUN LAYANAN PERSONAL
VIDEO RECORDING (PVR) PADA INTERNET PTOTOCOL
TELEVISION (IPTV), Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh
Nopember,.
[6] Gangurde, P., Waware, S. & Sarwade, N., 2012. Simulation of TCP,
UDP, and SCTP with constant traffic for VOIP. International Journal
of Engineering Research and Application, p. 1245.
[7] Gani, T. A., Rahmad & Afdhal, 2010. Aplikasi Pengaruh Quality Of
Service (Qos) Video Conference Pada Trafik H.323 Dengan
Menggunakan Metode Differentiated Service (Diffserv). Rekayasa
Elektrika, 9(Quality of Service), p. 56.
[8] Computer Science Department, 2007. NS-2 tutorial, Pennsylvania:
Carnegie Mellon.
[9] Nurhayati, O. D., n.d. Sistem Komunikasi Multimedia. [Online]
Available
at:
http://eprints.undip.ac.id/20121/1/Persyaratan_Layanan_dan_Protokol
_pert9.pdf [Accessed Februari 2012].