Penjelasan Tentang Ethernet Networking

Sebelum lanjut ke pembahasan TCP/IP dan IP Addressing, tulisan ini bertujuan untuk mereview tulisan sebelumnya yakni tentang dasar internetwork. Walaupun saat ini sudah banyak diimplementasikan teknologi wireless,

Teknologi ethernet ini menjadi sangat penting karena memang ethernet sudah digunakan sejak lama di dunia jaringan komputer, khususnya LAN, kira-kira sudah sekitar 30 tahun. Ngomong-ngomong, apa itu LAN?

Mungkin kita berfikir bahwa sebuah jaringan akan disebut LAN jika seperti sebuah bangunan kampus, kantor, yang terdiri dari beberapa lantai dan terkoneksi satu dengan yang lain. Padahal, sederhananya adalah ketika 2 buah komputer terhubung dengan ethernet, ini sudah pantas disebut dengan LAN. Jadi tidak ada bedanya antara 2 komputer, atau ratusan komputer yang terhubung.

Jaringan Ethernet, Collision Domain dan Broadcast Domain

Ethernet adalah sebuah standar protokol komunikasi dalam jaringan komputer yang menggunakan sebuah media untuk memungkinkan semua host yang terhubung dalam jaringan agar dapat berkomunikasi, dengan bandwidth yang sama.

Ethernet menggunakan layer 1 fisik dan layer 2 data link. Oleh karena itu, kali ini saya akan membahas layer 2 data link, dan mac address. Kita harus benar-benar terbiasa dengan 2 term yang sudah dibahas pada tulisan sebelumnya, yakni Collision Domain dan Broadcast Domain.

Jaringan Hub Membentuk Satu Collision Domain berada dalam Satu Broadcast Domain

Di tulisan sebelumnya saya sudah menjelaskan bahwa, collision domain adalah keadaan dimana suatu perangkat mengirim frame ke fisik perangkat (hub), maka perangkat-perangkat lain yang terkoneksi dengan hub tersebut harus menghentikan semua aktifitasnya untuk "pay attention" terhadap frame tersebut.

Hal ini dikarenakan pada jaringan hub, beberapa transmisi data tidak dapat berjalan secara simultan, atau disebut dengan half-duplex. Semua host yang terhubung ke hub akan berada dalam satu collision domain yang sama.

Selanjutnya kita bahas tentang broadcast domain. Gambarannya kira-kira seperti ini:

Jaringan Switch: Memecah Collision Domain dan Membentuk Sebuah Broadcast Domain

Topologi diatas adalah design jaringan yang sering kita temui saat ini. Sebagai gambaran, ada beberapa jenis trafik network, yaitu Broadcast, Multicast, Anycast, dan Unicast. 4 hal ini kita sebut dengan jenis arsitektur dan trafik jaringan.

Sekarang kita hanya perlu mengingat bahwa, pada dasarnya jenis trafik broadcast terjadi di jaringan switch. Kenapa? Karena switch itu sendiri memang berfungsi untuk memungkinkan semua perangkat yang terhubung dengannya bisa saling sharing dengan medium yang sama.

Jadi, switch ini berjalan di layer 2 data link, dan bekerja berdasarkan mac address. Artinya, jika mac address ini tidak ada, maka switch perlu untuk mencarinya. Disini switch akan menyebar sebuah request ke seluruh port yang dia miliki. Semua perangkat yang berada dalam broadcast domain yang sama, harus menghentikan semua aktifitasnya demi mendengarkan broadcast ini.

Sedangkan pada jaringan switch, collision domain akan dipecah untuk setiap masing-masing port nya. Berdasarkan topologi diatas, kita bisa melihat bahwa terdapat 4 buah collision domain.
Hal ini jauh lebih baik dengan jaringan hub sebelumnya.

CSMA/CD

Jaringan ethernet menggunakan protokol yang dinamakan Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD). Protokol ini membantu perangkat untuk berbagi bandwidth dengan cara mencegah setiap perangkat mengirim trafik secara bersamaan.

Dengan kata lain, CSMA/CD memastikan bahwa dalam satu waktu hanya boleh 1 perangkat saja yang mengirim trafik. Lebih detailnya seperti gambar berikut.

Protokol CSMA/CD 

Kemudian setiap perangkat akan dikirim "signal jamming" yang berisi random clock. Ketika clock setiap perangkat berbeda, maka perangkat dapat mengirim trafik kembali. Tentunya hal ini terjadi secara sangat cepat, sehingga tidak begitu terlihat dampaknya saat jaringan anda hanya berisi 5 sampai 10 komputer dengan aktifitas yang rendah.

Bayangkan jika perangkat ini digunakan di jaringan enterprise! Selain itu, jika collision ini terjadi setelah 10x lebih pada port hub, maka akan terjadi time out dan perangkat gagal untuk mengirim trafik. Jadi, kita sangat dituntut untuk mengantisipasi penuh keadaan diatas.

Half Duplex dan Full Duplex

Banyak yang bingung dalam membedakan collision domain, dan half duplex. Termasuk saya sendiri.
Apakah kamu pernah mendengar "kabel coaxial"? Kabel ini yang saya perlukan untuk menghubungkan TV ke antena. Dulu, kabel ini juga digunakan di jaringan komputer. Sekarang sudah tidak lagi.

Term half duplex ini juga sudah sangat jadul, namun bagaimanapun dalam persiapan CCNA ini sering sekali disinggung. Bahkan jika kamu pernah menggunakan image Cisco VIRL ketika simulasi router dan switch cisco, setiap port nya tidak otomatis berjalan di full duplex. Sehingga kita benar-benar dituntut untuk memahaminya.

Baiklah, sederhananya, half duplex itu adalah kapasitas sebuah media, baik itu coaxial maupun UTP.
Kita sepakat bahwa di jaringan hub, semua perangkat akan berjalan di half-duplex, artinya hanya satu perangkat saja yang bisa mengirim trafik dalam satu waktu.

Jika lebih, maka kondisi ini disebut dengan collision! -- dan untuk mengatasi collision, digunakan protokol CSMA/CD. Jika collision berlangsung selama 10x lebih percobaan transmisi, maka setiap perangkat gagal mengirim trafik.

Ethernet Networking pada Layer 2 

Ketika berbicara data link, pasti berkaitan dengan yang namanya frame, dan juga mac address. Maksudnya? Contohnya saja, switch, bekerja pada layer 2. Untuk membentuk sebuah frame, switch perlu mengetahui alamat mac address kemana frame tersebut akan dikirimkan.

Perhatikan topologi berikut, PC-A akan melakukan ping ke PC-B.

Tentu saja dengan mudah kita menebak hasilnya:

gns3@box:~$ ping 192.168.100.20
PING 192.168.100.20 (192.168.100.20): 56 data bytes
64 bytes from 192.168.100.20: seq=0 ttl=64 time=1.843 ms
64 bytes from 192.168.100.20: seq=1 ttl=64 time=2.101 ms
64 bytes from 192.168.100.20: seq=2 ttl=64 time=1.939 ms
64 bytes from 192.168.100.20: seq=3 ttl=64 time=1.372 ms
^C
--- 192.168.100.20 ping statistics ---
4 packets transmitted, 4 packets received, 0% packet loss
round-trip min/avg/max = 1.372/1.813/2.101 ms

Namun apa yang sebenarnya terjadi sebelum paket ICMP itu berhasil dikirim dan menghasilkan reply? Saya menyertakan alamat mac address pada topologi diatas, mac address ini bisa kita ketahui dengan perintah ifconfig, ipconfig /all, atau arp -a di terminal atau di command prompt jika menggunakan windows.

Oh iya, ini bisa kamu praktekkan sendiri. Saat ini saya menggunakan GNS3 dan menganalisa frame nya menggunakan wireshark.

PC-A harus mengetahui mac address PC-B

Bagaimana caranya? Perhatikan gambar berikut.

ARP Request

Sebelum paket ICMP dibentuk, maka PC harus membentuk yang disebut dengan frame. Frame ini berisi alamat mac address dan untuk mendapatkan alamat mac address, maka digunakan protokol ARP atau Address Resolution Protocol.

Protocol ini berfungsi untuk menterjemahkan alamat IP (layer network) menjadi alamat mac address (layer data link) dengan cara mengirim ARP request. Detailnya kira-kira seperti berikut:

00:8A:B0:0C:A5:00 (PC-A) mengirim broadcast ARP yang berisi pesan "Who has 192.168.100.20"?

Karena pesan ini bersifat broadcast, maka ini akan dikirim ke semua port pada PC-1. Mari kita tebak, bagaimana jika diantara PC-1 dan PC-2 terdapat sebuah switch? Maka switch tersebut ikut membroadcast ulang pesan tersebut. Jelas sudah tentang broadcast domain?

PC-B membalas pesan ARP

Karena pemilik 192.168.100.20 adalah PC-B, maka ia akan membalas pesan tersebut, atau ARP reply. Bagaimana jika pemiliknya tidak ditemukan? Maka frame gagal dibentuk, dan paket ICMP akan di drop.

ARP Reply

Terlihat pada gambar bahwa, destination mac address bukanlah broadcast lagi, melainkan berisi mac address PC-A dan pesan tersebut berisi informasi tentang mac address PC-B. Maka paket ICMP akan dibentuk dan siap untuk dikirim.

Nah, belum selesai sampai disitu. Mari kita perhatikan baris yang saya highlight pada gambar tersebut, yaitu detail tentang destination dan source mac address.

MAC Address

MAC address diberikan untuk setiap NIC (network interface card) perangkat. Berisi 48 bit atau 6 byte dan formatnya ditulis menggunakan heksadesimal.

1.  I/G atau Individual/Group. Perhatikan hasil capture wireshark diatas.
   Jika bernilai 0, artinya mac address tersebut adalah milik salah satu perangkat yang ada di jaringan.
   Sebaliknya jika bernilai 1, ini berarti broadcast atau multicast.
2. G/L atau Global Local. Kadang disebut juga U/L, U berarti universal. Biasanya ini bernilai 0, yang artinya mac address tersebut masih sesuai dengan yang didapat dari IEEE. Kita bisa saja mengganti mac address, maka nilai G/L ini akan menjadi 1.
   Tapi..
   Ketika kita mengganti mac address, ini hanya unik di dalam network kita sendiri, tidak secara global.
3. 24 bit terakhir adalah nilai yang diberikan oleh setiap vendor. Nilai ini yang menjadikan perangkat memiliki mac address yang unik antara vendor satu dengan yang lainnya.

Sampai disini, kita dituntut untuk memahami cara menkonversi bilang desimal ke heksadesimal atau sebalinya. Ini tidak saya bahas karena begitu banyak resource diluar yang dapat kita gunakan.


Baiklah, diatas saya sudah menjelaskan tentang broadcast domain, collision domain, half duplex dan full duplex serta sedikit menyinggung tentang ARP. Perlu di ingat dalam ethernet networking kita perlu juga memahami enkapsulasi, ethernet frame, dan juga jenis kabel yang digunakan dalam jaringan komputer atau ethernet pada layer physical.

Referensi

• Todd Lammle - CCNA Routing Switching Complete Study Guide 2nd Version
• René Molenaar - How to Master CCNA