ELEKTRO INDONESIA - Edisi ke Delapan

ELEKTRO INDONESIA          Edisi ke Delapan, Juli 1997

TELEKOMUNIKASI

Frame Relay dan Perkembangannya

Artikel tentang Frame Relay telah dibahas dalam ELEKTRO INDONESIA No.8. Th.II Desember 1995. Namun, pembahasan yang sangat singkat pada edisi tersebut mungkin masih sulit dicerna oleh pembaca yang pengetahuannya di bidang telekomunikasi masih agak awam. Melalui artikel ini penulis bermaksud menyampaikan sekedar pengetahuan tambahan untuk memahami lebih jauh tentang Frame Relay, serta perkembangannya sampai saat ini yang nampaknya agak spektakuler, yakni kemampuannya untuk menangani lalu lintas komunikasi suara (telepon), serta berantarkerja (interworking) dengan jaringan ATM (mode transfer asinkron), suatu hal yang tidak terbayangkan sebelumnya.

Cara Kerja Frame Relay

Frame Relay merupakan suatu layanan data paket yang memungkinkan beberapa pengguna menggunakan satu jalur transmisi pada waktu yang bersamaan. Untuk lalu lintas komunikasi yang padat, Frame Relay jauh lebih efisien daripada sirkit sewa (leased line) yang disediakan khusus untuk satu pelanggan (dedicated), yang umumnya hanya terpakai 10% sampai 20% dari kapasitas lebarpita (bandwidth)-nya. Dalam teknik telekomunikasi, penyakelaran paket (packet switching) dikembangkan untuk memenuhi komunikasi data yang sifatnya cepat dan akurat. Sebuah paket dapat digambarkan seperti sebuah amplop atau sampul surat tercatat; mempunyai alamat tujuan, alamat pengirim atau alamat kembali jika kiriman tidak sampai, dan tentu saja isi pesannya atau berita-nya sebagai hal yang pokok.

Dalam paket yang berisi data elektronik, masih dilengkapi dengan deteksi kesalahan, ada pula konfirmasi dari si penerima dalam bentuk kode yang dikirim kembali ke pengirim, apakah paket dapat diterima secara utuh. Pada paket data ini ada istilah frame (bingkai) yakni yang menyatakan batas bingkai sebuah paket. Batas frame ditandai dengan flag. Demikianlah sehingga data dibawa sepanjang jalur komunikasi dalam bentuk frame-frame. Struktur dasar sebuah frame adalah seperti terlihat pada

GFI = General Format Identifier
LCN = Logical Channel Number
LGN = Logical Channel Group Number
PKT TYPE ID = packet type identification
FCS = Frame check sequence
DLCI = data link connection Indentifier
C/R = Command/response field bit
(application specific-not modified by network)
FECN = Forward Explicit Congestion notification
BECN = Backward Explicit Congestion notification
DE = Discard Eligibility Indicator
EA = Address Extension
(allow indication of 3 or 4 byte header)

Gambar 1. (a) Struktur dasar frame, (b) Field informasi pada X.25
(c) Struktur frame pada Frame Relay, dan (d) Format header pada Frame Relay

Gambar 1a, sedang Gambar 1b menyatakan uraian isi information field pada paket X.25. Gambar 1c dan 1d masing masing menyatakan struktur frame dan header (kepala paket) pada Frame Relay. Header merupakan data tambahan pada informasi yang dikirimkan, berisi tanda pengenal pengirim maupun penerima serta tanda-tanda lain yang diperlukan untuk menjamin penyampaian yang benar dari seluruh informasinya (lihat Gambar 1b dan 1d).

Standar internasional untuk akses jaringan dengan penyakelaran paket yang pertama muncul adalah X.25, yang direkomendasikan oleh CCITT (kini ITU-T) pada tahun 1976. Frame Relay yang muncul setelah X.25 ternyata jauh lebih efektif daripada X.25, karena X.25 kerjanya menjadi lambat karena adanya koreksi dan deteksi kesalahan. Frame Relay memiliki sedikit perbedaan; ia mendefinisikan secara berulang header-nya pada bagian awal dari frame seperti terlihat pada Gambar 1d, sehingga dihasilkan header frame normal 2-byte (satu byte atau octet terdiri dari delapan bit). Header Frame Relay dapat juga diperluas menjadi tiga atau empat byte untuk menambah ruang alamat total yang disediakan. Dalam gambar-gambar yang mengilustrasikan jaringan-jaringan Frame Relay, piranti-piranti pengguna ditunjukkan sebagai pengarah-pengarah LAN, karena hal tersebut merupakan aplikasi Frame Relay yang berlaku secara umum. Tentu saja mereka dapat juga merupakan jembatan-jembatan LAN, Host atau front-end processor atau piranti lainnya dengan sebuah antarmuka Frame Relay.

Header Frame Relay terdiri dari deretan angka sepuluh bit, DLCI (Data Link Connection Identifier)-nya merupakan nomor rangkaian virtual Frame Relay yang berkaitan dengan arah tujuan frame tersebut. Dalam hal hubungan antar kerja LAN-WAN, DLCI ini akan menunjukkan port-port yang merupakan LAN pada sisi tujuan yang akan dicapai. Adanya DLCI tersebut memungkinkan data mencapai simpul (node) Frame Relay yang akan dikirimi melalui jaringan dengan menempuh proses tiga langkah yang sederhana yakni:

Memeriksa integritas dari frame-nya dengan menggunakan FCS (Frame Check Sequence). Jika melalui pemeriksaan ini diketahui adanya suatu kesalahan, frame tersebut akan dibuang.
Mencari DLCI dalam suatu tabel. Jika DLCI tersebut tidak didefinisikan untuk link (hubungan) yang dimaksud, frame akan dibuang.
Mengirim ulang (disebut mrelay) frame tersebut menuju tujuannya dengan mengirimnya ke luar, ke port atau trunk (jalur) yang telah dispesifikasikan dalam daftar tabelnya.

Dengan demikian, simpul Frame Relay tidak melakukan banyak langkah pemrosesan sebagaimana halnya dalam protokol-protokol yang mempunyai keistimewaan penuh seperti X.25.

Gambar 2 membandingkan kesederhanaan Frame Relay dengan pemrosesan pada X.25 yang lebih kompleks. Demi praktisnya gambar tersebut mencerminkan jalur dari suatu paket data yang sudah valid. Deskripsi yang menunjukkan pemrosesan langkah-langkah untuk error recovery (pemulihan akibat adanya kesalahan) dan frame non-informasi untuk X.25 akan jauh lebih rumit. Rangkaian-rangkaian pada Frame Relay merupakan rangkaian Virtual Circuit (VC). VC ini diatur sejak awal secara administratif baik oleh operator jaringan melalui sistem manajemen jaringan ( disebut PVC; permanent virtual circuit), maupun melalui suatu basis call-by-call dalam aliran data normal dengan menggunakan suatu perintah dari pengguna jaringannya (disebut SVC; switched virtual circuit). Untuk X.25, metode normal penciptaan panggilan (call set-up) adalah dengan SVC. Karena VC pada Frame Relay pada umumnya menentukan atau mendefinisikan suatu hubungan antara dua LAN. Sebuah VC baru tentu dibutuhkan jika akan memasang sebuah LAN yang baru ke jaringan tersebut, yang dapat di-set-up melalui PVC atau SVC.

Pembuangan Data

Untuk menjaga mekanisme dasar Frame Relay sesederhana mungkin, ada satu aturan dasar, yakni jika ada suatu masalah dengan penanganan suatu frame, maka langsung saja frame tersebut dibuang. Dua prinsip yang menyebabkan adanya pembuangan adalah hasil dari adanya deteksi kesalahan pada data atau adanya kemacetan seperti jaringannya terbebani secara berlebihan (overloaded). Bagaimana jaringan dapat membuang frame-frame tanpa menghancurkan integritas komunikasi? Jawabannya terletak pada adanya intelegensi atau kecerdasan pada piranti di titik akhir (endpoint) seperti PC, stasiun kerja (workstation) dan host. Piranti-piranti pada titik akhir ini beroperasi dengan protokol-protokol multilevel yang dapat mendeteksi dan memulihkan atau membentuk kembali data yang hilang dalam jaringan.

Pemulihan oleh Protokol pada Lapisan yang Lebih Tinggi

Bagaimana sebuah protokol pada lapisan yang lebih tinggi memulihkan dari hilangnya sebuah frame? Ia menjaga jalur urutan dari urutan angka-angka berbagai frame yang dikirim dan diterimanya. Suatu kode balasan atau tanda terima (acknowledgements) dikirim untuk memberitahukan kepada sisi pengirim, nomor-nomor frame mana yang telah diterima dengan baik. Jika suatu urutan nomor hilang, sesudah menunggu selama periode waktu istirahat, sisi penerima akan meminta suatu transmisi ulang. Dengan demikian piranti di kedua sisi tersebut menjamin bahwa semua frame pada akhirnya diterima tanpa kesalahan. Fungsi ini terjadi pada lapisan 4 (Transport layer), dalam protokol-protokol seperti TCP/IP dan Lapisan Transport (level 4) OSI. Sebaliknya, jaringan X.25 membentuk fungsi ini pada lapisan 2 dan 3, dan terminal-terminal akhir (endpoint) tidak perlu menduplikasi fungsi tersebut dalam lapisan 4. Sebuah frame yang hilang akan menghasilkan transmisi ulang semua frame yang tak ada pemberitahuannya bahwa ia telah sampai. Pemulihan seperti ini memerlukan siklus ekstra dan memori dalam komputer-komputer di terminal akhir, ia menggunakan lebarpita jaringan tambahan untuk mentransmisi ulang frame-frame. Akibat paling buruk dari kondisi ini adalah menyebabkan tundaan yang besar bagi waktu istirahat pada lapisan yang lebih tinggi, yakni waktu yang dipakai untuk menunggu frame tersebut untuk datang sebelum menyatakannya sebagai frame yang hilang, serta waktu yang dipakai untuk melakukan transmisi ulang. Oleh sebab itu walaupun lapisan yang lebih tinggi dapat memulihkan ketika pembuangan terjadi, faktor terbesar yang menyumbang kinerja keseluruhan dari sebuah jaringan adalah kemampuan dari jaringan tersebut untuk meminimumkan terjadinya pembuangan frame.

Pertanyaan berikut adalah: apa yang menyebabkan frame-frame dibuang? Dua sebab yang paling utama adalah kesalahan bit (bit error) dan kemacetan atau kongesti (congestion).

Pembuangan Frame yang Disebabkan oleh Kesalahan Bit

Jika kesalahan terjadi di dalam frame-nya, yang umumnya disebabkan oleh derau pada jaringan, ia akan terdeteksi melalui FCS setelah frame diterima. Tak seperti pada X.25, simpul yang mendeteksi kesalahan tidak meminta pengirimnya untuk mengirim ulang framenya. Simpul tersebut langsung membuang frame dan melanjutkan menerima frame berikutnya. Kondisi ini tergantung pada kecerdasan PC atau stasiun kerja tempat data berasal untuk mengenali bahwa kesalahan telah terjadi dan mengirim ulang datanya. Dikarenakan oleh biaya yang tinggi oleh adanya pemulihan pada lapisan-lapisan yang lebih tinggi, pendekatan ini akan mengundang masalah pada efisiensi jaringan jika jalurnya memiliki derau yang cukup besar dan jelas akan menimbulkan banyak kesalahan. Namun demikian, kini semakin banyak tulangpunggung jaringan berbasis pada optik fiber yang mempunyai laju kesalahan sangat rendah, maka frekuensi kesalahan yang berdampak pada pemulihan data pada titik akhir pada jalur jaringan semacam itu begitu rendah, sehingga bukan merupakan suatu masalah. Dengan demikian, Frame Relay memiliki keunggulan hanya pada jalur-jalur jaringan yang bersih dengan tingkat kesalahan yang rendah.

Pembuangan frame yang Disebabkan oleh Kemacetan

Pembuangan frame yang lebih sering terjadi adalah akibat dari kemacetan dalam jaringan. Kemacetan terjadi baik disebabkan oleh suatu simpul jaringan yang menerima lebih banyak frame dibanding kemampuan untuk memprosesnya (disebut kemacetan penerimaan), atau ketika ia dituntut untuk mengirim lebih banyak frame melewati jalur yang dipilihnya daripada kecepatan yang diijinkan oleh jalur tersebut (disebut kemacetan jalur). Dalam kasus lainnya adalah ketika rangkaian penyangga-penyangga simpul (node's buffer) yakni memori yang bersifat temporer untuk frame-frame yang masuk ketika menunggu pemrosesan atau antrian frame-frame yang ke luar menjadi terisi penuh dan simpul tersebut harus membuang frame-frame sampai penyangganya mempunyai ruangan atau tempat.

Jika lalu lintas LAN demikian padat, probabilitas kemacetan yang terjadi dapat menjadi tinggi, kecuali penggunanya membangun demikian banyak, baik jalur maupun penyakelarnya, yang berdampak membayar lebih banyak dari yang semestinya untuk biaya jaringannya. Maka sangat penting bahwa jaringan Frame Relay harus mempunyai kinerja yang baik untuk menangani kemacetan maupun meminimumkan pembuangan frame.

Dengan demikian, rangkuman dari pengertian prinsip kerja Frame Relay adalah;

Aliran data pada dasarnya pengarahannya berbasis pada header yang memuat DLCI, yang mendeskripsikan tujuan frame-nya. Jika jaringan mempunyai masalah dalam menangani sebuah frame, baik yang disebabkan oleh kesalahan jaringan atau kemacetan secara praktis ia akan membuang frame tersebut.
Frame Relay membutuhkan jaringan dengan laju kesalahan yang rendah (low error rate) untuk mencapai kinerja yang baik. Jaringannya tidak mempunyai kemampuan untuk mengoreksi kesalahan, maka Frame Relay tergantung pada protokol-protokol pada lapisan yang lebih tinggi di dalam piranti-piranti pengguna yang memiliki kecerdasan untuk memulihkannya dengan mentransmisikan ulang frame-frame yang hilang.
Pemulihan kesalahan oleh protokol-protokol lapisan yang lebih tinggi, walaupun itu otomatis dan andal, adalah tidak ekonomis dipandang dari sudut penundaan pemrosesan dan lebarpita. Maka mau tidak mau jaringannya harus meminimumkan terjadinya pembuangan frame.

Pada jaringan yanbersih, kemacetan mendominasi penyebab terjadinya pembuangan, yang berarti bahwa kemampuan jaringan untuk mencegah dan bereaksi terhadap kemacetan merupakan hal yang sangat penting dalam menentukan kinerja jaringan.

Pertumbuhan Jaringan Frame Relay

Frame Relay merupakan teknologi jaringan data paket yang paling cepat pertumbuhannya dalam sejarah telekomunikasi. Seperti lazimnya dalam dunia bisnis, makin banyak perusahaan yang beralih ke teknologi Frame Relay sebagai suatu layanan komunikasi data yang hemat biaya dan efisien, kondisi tersebut tentu akan makin memicu pertumbuhan layanan yang diberikan oleh perusahaan penyedia layanan telekomunikasi.

Sampai menjelang akhir tahun 1996 saja, ada 28 layanan Frame Relay yang ditawarkan di Eropa, yang layanannya menjadi terus berkembang baik secara nasional maupun internasional. Sebagai contoh di Jerman, layanan Vebacom (sebelumnya Meganet) mencakup 120 kota, sementara di Perancis 150 kota dicakup oleh Air France Operator Telecommunications. Di Inggris, BT (British Telecom) pun telah mengumumkan perwujudan jaringan Frame Relay nasionalnya. Menurut gambaran Datapro, pasar peralatan Frame Relay Eropa diharapkan tumbuh sekitar 45% dalam tahun 1997 ini hingga mencapai 181,3 juta dolar AS. Gambaran untuk tahun 1996 saja menunjukkan Jerman memimpin di depan dalam penjualan peralatan sampai mencapai 20.300 unit. Untuk interkoneksi LAN di Amerika Serikat, Frame Relay telah melampaui pangsa pasar 90%.

Sambungannya...