CHAPTER 6

 

Protokol lapisan jaringan model OSI menentukan pengalamatan dan proses yang memungkinkan data lapisan pengangkutan untuk dikemas dan diangkut. Enkapsulasi lapisan jaringan memungkinkan data untuk diteruskan ke tujuan dalam jaringan (atau di jaringan lain) dengan minimum overhead.

           Bab ini mengkaji bagaimana membagi jaringan menjadi kelompok host untuk mengelola aliran paket data dalam jaringan. Ini juga mencakup bagaimana komunikasi antar jaringan difasilitasi. Komunikasi antar jaringan ini disebut routing.  

 Network Layer Protocols

Network Layer in Communications

 

1. The Network Layer

        Lapisan OSI 3, menyediakan layanan untuk memungkinkan perangkat akhir bertukar data di seluruh jaringan. Untuk mencapai pengangkutan ujung ke ujung ini, lapisan jaringan menggunakan empat proses dasar :

Addressing end devices

                 Perangkat akhir harus dikonfigurasi dengan alamat IP unik untuk identifikasi di jaringan.

Encapsulation

                 Lapisan jaringan mengenkapsulasi protocol data unit (PDU) dari lapisan transport ke dalam sebuah paket. Proses enkapsulasi menambahkan informasi header IP, seperti alamat IP dari host sumber (pengirim) dan tujuan (penerima).

Routing

                Lapisan jaringan menyediakan layanan untuk mengarahkan paket ke host tujuan di jaringan lain.  Peran router adalah memilih jalur terbaik dan mengarahkan paket ke host tujuan dalam proses yang dikenal sebagai perutean. Sebuah paket dapat melintasi banyak perangkat perantara sebelum mencapai host tujuan. Setiap router yang dilintasi paket untuk mencapai host tujuan disebut hop.

De-encapsulation

                 Ketika paket tiba di lapisan jaringan dari host tujuan, host memeriksa header IP dari paket tersebut. Jika alamat IP tujuan dalam header cocok dengan alamat IP-nya sendiri, header IP akan dihapus dari paket. Setelah paket dide-enkapsulasi oleh lapisan jaringan, PDU Lapisan 4 yang dihasilkan diteruskan ke layanan yang sesuai di lapisan transport.

2.  Network Layers Protocols

        Ada dua protokol lapisan jaringan yang biasanya diterapkan : 

Internet Protocol version 4 (IPv4)

Internet Protocol version 6 (IPv6)

Characteristics of The IP Protocol

Proses mengenkapsulasi data lapis demi lapis memungkinkan layanan pada lapisan yang berbeda untuk berkembang dan berskala tanpa mempengaruhi lapisan lainnya. Ini berarti segmen lapisan transport dapat dengan mudah dikemas oleh IPv4 atau IPv6 atau oleh protokol baru yang mungkin dikembangkan di masa mendatang.

         Router dapat menerapkan protokol lapisan jaringan yang berbeda ini untuk beroperasi secara bersamaan melalui jaringan. Perutean yang dilakukan oleh perangkat perantara ini hanya mempertimbangkan konten header paket lapisan jaringan. Dalam semua kasus, porsi data dari paket, yaitu PDU lapisan transport yang dienkapsulasi, tetap tidak berubah selama proses lapisan jaringan.

 2. Chacteristics of IP

IP dirancang sebagai protokol dengan overhead rendah. Ini hanya menyediakan fungsi yang diperlukan untuk mengirimkan paket dari sumber ke tujuan melalui sistem jaringan yang saling berhubungan. Protokol tidak dirancang untuk melacak dan mengelola aliran paket. Fungsi-fungsi ini, jika diperlukan, dilakukan oleh protokol lain di lapisan lain, terutama TCP di Lapisan 4.

Connectionless, Tidak ada koneksi dengan tujuan sebelum mengirim paket data.

Best Effort, IP secara inheren tidak dapat diandalkan karena pengiriman paket tidak dijamin.

Media Independent, pengoperasian tidak bergantung pada media yang membawa data.

3. IP - Conectionless

         IP tidak memiliki koneksi, artinya tidak ada koneksi end-to-end khusus yang dibuat sebelum data dikirim. Mirip dengan mengirim surat kepada seseorang tanpa memberi tahu penerima terlebih dahulu.

         Komunikasi data tanpa koneksi bekerja dengan prinsip yang sama. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar, IP tidak memerlukan pertukaran informasi kontrol awal untuk membuat koneksi ujung ke ujung sebelum paket diteruskan. IP juga tidak memerlukan kolom tambahan di header untuk mempertahankan koneksi yang dibuat. Proses ini sangat mengurangi overhead IP. Namun, tanpa koneksi end-to-end yang telah ditetapkan sebelumnya, pengirim tidak menyadari apakah perangkat tujuan ada dan berfungsi saat mengirim paket, juga tidak mengetahui jika tujuan menerima paket, atau jika mereka dapat mengakses dan membaca paket.

4. IP - Best Effort Delivery

         Protokol IP tidak menjamin bahwa semua paket yang dikirimkan, pada kenyataannya, diterima. 

IP tidak memiliki kemampuan untuk mengelola dan memulihkan dari paket yang tidak terkirim atau rusak. Ini karena meskipun paket IP dikirim dengan informasi tentang lokasi pengiriman, paket tersebut tidak berisi informasi yang dapat diproses untuk memberi tahu pengirim apakah pengiriman berhasil. IP tidak memberikan kemampuan untuk transmisi ulang paket jika terjadi kesalahan.

        Jika paket rusak dikirim, atau paket hilang, maka aplikasi yang menggunakan data, atau layanan lapisan atas, harus menyelesaikan masalah ini. Ini memungkinkan IP berfungsi dengan sangat efisien. Dalam rangkaian protokol TCP / IP, keandalan adalah peran lapisan transport

5.  IP - Media Independent

         IP beroperasi secara independen dari media yang membawa data di lapisan bawah dari tumpukan protokol. Seperti yang ditunjukkan pada gambar, paket IP dapat dikomunikasikan sebagai sinyal elektronik melalui kabel tembaga, sebagai sinyal optik melalui serat, atau secara nirkabel sebagai sinyal radio.

      Satu karakteristik utama dari media yang dipertimbangkan oleh lapisan jaringan: ukuran maksimum PDU yang dapat diangkut oleh setiap media. Karakteristik ini disebut sebagai unit transmisi maksimum (MTU). Bagian dari komunikasi kontrol antara lapisan data link dan lapisan jaringan adalah pembentukan ukuran maksimum untuk paket tersebut. Lapisan data link meneruskan nilai MTU ke lapisan jaringan. Lapisan jaringan kemudian menentukan seberapa besar paket bisa.

IPv4 Packet 

 

 1. IPv4 Packet Header

        Header paket IPv4 terdiri dari kolom yang berisi informasi penting tentang paket. Bidang-bidang ini berisi bilangan biner yang diperiksa oleh proses Layer 3. Nilai biner dari setiap kolom mengidentifikasi berbagai pengaturan paket IP.

         Bidang penting di header IPv4 meliputi :

Version, Berisi nilai biner 4-bit yang disetel ke 0100 yang mengidentifikasinya sebagai paket IP versi 4.

Differentiated Services or DiffServ (DS), Sebelumnya disebut bidang Type of Service (ToS), bidang DS adalah bidang 8-bit yang digunakan untuk menentukan prioritas setiap paket. Enam bit paling signifikan dari bidang DiffServ adalah Differentiated Services Code Point (DSCP) dan dua bit terakhir adalah Explicit Congestion Notification (ECN) bits.

Time-to-Live (TTL), Berisi nilai biner 8-bit yang digunakan untuk membatasi masa pakai paket. Pengirim paket menetapkan nilai TTL awal, dan nilainya berkurang satu setiap kali paket diproses oleh router. Jika bidang TTL berkurang menjadi nol, router membuang paket dan mengirim pesan Waktu Terlampaui Protokol Internet Control Message Protocol (ICMP) ke alamat IP sumber.

Protocol, Bidang digunakan untuk mengidentifikasi protokol tingkat berikutnya. Nilai biner 8-bit ini menunjukkan jenis muatan data yang dibawa oleh paket, yang memungkinkan lapisan jaringan untuk meneruskan data ke protokol lapisan atas yang sesuai. Nilai umum termasuk ICMP (1), TCP (6), dan UDP (17).

Source IPv4 Address, Berisi nilai biner 32-bit yang mewakili alamat IPv4 sumber paket. Alamat IPv4 sumber selalu merupakan alamat unicast.

Destination IPv4 Address, Berisi nilai biner 32-bit yang mewakili alamat IPv4 tujuan paket. Alamat IPv4 tujuan adalah unicast, multicast, atau alamat broadcast.

 

Kolom Internet Header Length (IHL), Total Length, dan Header Checksum digunakan untuk mengidentifikasi dan memvalidasi paket.

        Bidang lain digunakan untuk menyusun ulang paket yang terfragmentasi. Secara khusus, paket IPv4 menggunakan bidang Identification, Flags, dan Fragment Offset untuk melacak fragmen. Router mungkin harus memecah paket saat meneruskannya dari satu media ke media lain dengan MTU yang lebih kecil.

IPv6 Packet

1. Limitations of IPv4

        IPv4 masih memiliki tiga masalah utama:

IP address depletion, IPv4 memiliki sejumlah alamat IPv4 publik unik yang tersedia. Meskipun ada sekitar 4 miliar alamat IPv4, peningkatan jumlah perangkat berkemampuan IP baru, koneksi yang selalu aktif, dan potensi pertumbuhan wilayah yang kurang berkembang telah meningkatkan kebutuhan akan lebih banyak alamat.

Internet routing table expansion, Tabel perutean digunakan oleh router untuk membuat penentuan jalur terbaik. Ketika jumlah server yang terhubung ke Internet meningkat, begitu pula jumlah rute jaringan. Rute IPv4 ini menghabiskan banyak memori dan sumber daya prosesor pada router Internet.

Lack of end-to-end connectivity, Network Address Translation (NAT) adalah teknologi yang biasa diterapkan dalam jaringan IPv4. NAT menyediakan cara bagi banyak perangkat untuk berbagi satu alamat IPv4 publik. Namun, karena alamat IPv4 publik digunakan bersama, alamat IPv4 host jaringan internal disembunyikan. Ini bisa menjadi masalah untuk teknologi yang membutuhkan konektivitas ujung ke ujung.

2. Introducing IPv6 

        Pada awal 1990-an, Internet Engineering Task Force (IETF) semakin khawatir tentang masalah dengan IPv4 dan mulai mencari penggantinya. IPv6 mengatasi keterbatasan IPv4 dan merupakan penyempurnaan yang kuat dengan fitur yang lebih sesuai dengan kebutuhan jaringan saat ini dan yang dapat diperkirakan.

         Perbaikan yang disediakan IPv6 meliputi :

Increased address space, Alamat IPv6 didasarkan pada pengalamatan hierarki 128-bit sebagai lawan dari IPv4 dengan 32 bit.

Improved packet handling, Header IPv6 telah disederhanakan dengan lebih sedikit bidang.

Eliminates the need for NAT, Dengan sejumlah besar alamat IPv6 publik, NAT antara alamat IPv4 pribadi dan IPv4 publik tidak diperlukan. Hal ini untuk menghindari beberapa masalah aplikasi yang diinduksi NAT yang dialami oleh aplikasi yang memerlukan konektivitas ujung ke ujung.

Peningkatan desain utama dari IPv6 melalui IPv4 adalah header IPv6 yang disederhanakan. Header IPv4 yang ditunjukkan pada Gambar 1 terdiri dari 20 oktet (hingga 60 byte jika kolom Opsi digunakan) dan 12 kolom header dasar, tidak termasuk kolom Opsi dan kolom Padding. Seperti yang disorot pada gambar, untuk IPv6, beberapa bidang tetap sama, beberapa bidang telah mengubah nama dan posisi, dan beberapa bidang IPv4 tidak lagi diperlukan.

 Header IPv6 yang disederhanakan yang ditunjukkan pada Gambar 2 terdiri dari 40 oktet (sebagian besar karena panjang alamat IPv6 sumber dan tujuan) dan 8 kolom header (3 kolom header dasar IPv4 dan 5 kolom header tambahan). Seperti yang disorot dalam gambar ini, beberapa bidang tetap menggunakan nama yang sama dengan IPv4, beberapa bidang telah mengubah nama atau posisi, dan bidang baru telah ditambahkan.

Routing

 How a Host Routes

 

1. Host Forwarding Decision

        Seorang Host dapat mengirim paket ke :

Itself - Sebuah host dapat melakukan ping sendiri dengan mengirim paket ke alamat IPv4 khusus 127.0.0.1, yang disebut sebagai antarmuka loopback. Ping antarmuka loopback menguji tumpukan protokol TCP / IP pada host.

Local host - Ini adalah host di jaringan lokal yang sama dengan host pengirim. Host berbagi alamat jaringan yang sama.

Remote host - Ini adalah host di jaringan jarak jauh. Host tidak berbagi alamat jaringan yang sama. 

 

2. Default Gateway

        Adalah perangkat jaringan yang dapat merutekan lalu lintas ke jaringan lain. Ini adalah router yang dapat merutekan lalu lintas keluar dari jaringan lokal. analoginya bahwa jaringan itu seperti ruangan, maka gateway default adalah seperti pintu keluar masuk.

3. Using the Default Gateway

        Tabel perutean host biasanya akan menyertakan gateway default. Host menerima alamat IPv4 dari gateway default baik secara dinamis dari Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) atau dikonfigurasi secara manual. 

         Memiliki Default Gateway yang dikonfigurasi membuat rute default di tabel perutean PC. Rute default adalah rute atau jalur yang akan diambil komputer Anda saat mencoba menghubungi jaringan jarak jauh.

Default Route berasal dari konfigurasi default gateway dan ditempatkan di tabel perutean komputer host. Baik PC1 dan PC2 akan memiliki rute default untuk mengirim semua lalu lintas yang ditujukan ke jaringan jarak jauh ke R1.

Routers

 

Anatomy of Router

 

1. A Router is a Computer

        router Cisco dirancang untuk memenuhi kebutuhan berbagai jenis bisnis dan jaringan :

Branch, Teleworkers, usaha kecil, dan situs cabang ukuran menengah. Termasuk Cisco Integrated Services Routers (ISR) G2 (generasi ke-2).

WAN, Bisnis besar, organisasi, dan perusahaan. Termasuk Cisco Catalyst Series Switches dan Cisco Aggregation Services Routers (ASR).

Service Provider, Penyedia layanan besar. Termasuk Cisco ASR, Cisco CRS-3 Carrier Routing System, dan 7600 Series router.

        Router juga memerlukan:

Unit pemrosesan pusat (CPU). 

Sistem operasi (OS). 

Memori terdiri dari random-access memory (RAM), read-only memory (ROM), nonvolatile random-access memory (NVRAM), dan flash.

 

2. Router CPU and OS

        Seperti semua komputer, tablet, konsol game, dan perangkat pintar, perangkat Cisco memerlukan CPU untuk menjalankan instruksi OS, seperti inisialisasi sistem, fungsi perutean, dan fungsi pengalihan.

        CPU membutuhkan OS untuk menyediakan fungsi perutean dan pengalihan. Cisco Internetwork Operating System (IOS) adalah perangkat lunak sistem yang digunakan untuk sebagian besar perangkat Cisco terlepas dari ukuran dan jenis perangkatnya. Ini digunakan untuk router, sakelar LAN, titik akses nirkabel kecil, router besar dengan puluhan antarmuka, dan banyak perangkat lainnya.

3. Router Memory

        Secara khusus, router Cisco menggunakan empat jenis memori:

RAM, Ini adalah memori volatile yang digunakan di router Cisco untuk menyimpan aplikasi, proses, dan data yang diperlukan untuk dieksekusi oleh CPU. Router Cisco menggunakan jenis RAM cepat yang disebut memori akses acak dinamis sinkron (SDRAM). Klik RAM pada gambar untuk melihat informasi lebih lanjut. 

ROM, Memori non-volatile ini digunakan untuk menyimpan instruksi operasional penting dan IOS terbatas. Secara khusus, ROM adalah firmware yang tertanam pada sirkuit terintegrasi di dalam router yang hanya dapat diubah oleh Cisco. Klik ROM pada gambar untuk melihat informasi lebih lanjut. 

NVRAM, Ini adalah memori non-volatile yang digunakan sebagai penyimpanan permanen untuk file konfigurasi startup (startup-config). 

Flash, Memori komputer non-volatile ini digunakan sebagai penyimpanan permanen untuk IOS dan file terkait sistem lainnya seperti file log, file konfigurasi suara, file HTML, konfigurasi cadangan, dan lainnya. Saat router di-boot ulang, IOS disalin dari flash ke RAM.

 

4. Connect to a Router

        Seperti banyak perangkat jaringan, perangkat Cisco menggunakan indikator light emitting diode (LED) untuk memberikan informasi status. Antarmuka LED menunjukkan aktivitas antarmuka yang sesuai. Jika LED mati saat antarmuka aktif, dan antarmuka terhubung dengan benar, ini mungkin merupakan indikasi masalah dengan antarmuka itu. Jika sebuah antarmuka sangat sibuk, LED-nya selalu menyala.

5. LAN and WAN Interfaces

        Koneksi pada router Cisco dapat dikelompokkan menjadi dua kategori: Antarmuka router in-band dan port manajemen.  Mirip dengan switch Cisco, ada beberapa cara untuk mengakses mode EXEC pengguna di lingkungan CLI pada router Cisco. Ini adalah yang paling umum :

Console - Ini adalah port manajemen fisik yang menyediakan akses out-of-band ke perangkat Cisco. Akses out-of-band mengacu pada akses melalui saluran manajemen khusus yang digunakan hanya untuk tujuan pemeliharaan perangkat.

Secure Shell (SSH) - SSH adalah metode untuk membuat koneksi CLI aman dari jarak jauh melalui antarmuka virtual, melalui jaringan. Tidak seperti koneksi konsol, koneksi SSH memerlukan layanan jaringan aktif pada perangkat termasuk antarmuka aktif yang dikonfigurasi dengan alamat.

Telnet - Telnet adalah metode tidak aman untuk membuat sesi CLI dari jarak jauh melalui antarmuka virtual, melalui jaringan. Tidak seperti SSH, Telnet tidak menyediakan koneksi yang dienkripsi dengan aman. Otentikasi pengguna, kata sandi, dan perintah dikirim melalui jaringan dalam bentuk teks biasa.

        Telnet dan SSH memerlukan koneksi jaringan inband yang berarti administrator harus mengakses router melalui salah satu antarmuka WAN atau LAN. Klik area yang disorot pada Gambar 2 untuk melihat informasi lebih lanjut.

Interface inband menerima dan meneruskan paket IP. Setiap antarmuka yang dikonfigurasi dan aktif di router adalah anggota atau host di jaringan IP yang berbeda. Setiap antarmuka harus dikonfigurasi dengan alamat IPv4 dan subnet mask dari jaringan yang berbeda. Cisco IOS tidak mengizinkan dua antarmuka aktif pada router yang sama berada dalam jaringan yang sama

Router Boot-up

 

1.  Bootset Files

        Perubahan yang dilakukan pada file running-config harus disimpan ke file konfigurasi startup di NVRAM, jika router di-restart atau kehilangan daya.

2. Router Bootup Process

        Ada tiga fase utama dalam proses boot : 

Lakukan POST dan muat program bootstrap.

Locate and Load perangkat lunak Cisco IOS.

Locate and Load file konfigurasi startup atau masuk ke mode setup.

 

 Melakukan POST dan Memuat Program Bootstrap 

                Selama Power-On Self-Test (POST), router menjalankan diagnostik dari ROM pada beberapa komponen perangkat keras, termasuk CPU, RAM, dan NVRAM. Setelah POST, program bootstrap disalin dari ROM ke dalam RAM. Tugas utama program bootstrap adalah MeLoad Cisco IOS dan memuatnya ke RAM.

 

 Locate and Load Cisco IOS

                IOS biasanya disimpan dalam memori flash dan disalin ke RAM untuk dieksekusi oleh CPU. Jika image IOS tidak terletak di flash, maka router dapat mencarinya menggunakan server Trivial File Transfer Protocol (TFTP). Jika image IOS lengkap tidak dapat ditemukan, IOS terbatas disalin ke dalam RAM, yang dapat digunakan untuk mendiagnosis masalah dan mentransfer IOS penuh ke memori Flash.

Locate and Load File Konfigurasi

                Program bootstrap kemudian menyalin file konfigurasi startup dari NVRAM ke RAM. Ini menjadi konfigurasi yang sedang berjalan. Jika file konfigurasi startup tidak ada di NVRAM, router mungkin dikonfigurasi untuk mencari server TFTP. Jika server TFTP tidak ditemukan, router akan menampilkan prompt mode pengaturan.

konfigurasi router cisco

Configure Initial Settings

 

 1. Basic Switch Configuration Steps

        Router Cisco dan switch Cisco memiliki banyak kesamaan. Mereka mendukung sistem operasi yang serupa, mendukung struktur perintah yang serupa dan mendukung banyak perintah yang sama. Selain itu, kedua perangkat memiliki langkah konfigurasi awal yang identik saat diterapkan dalam jaringan.

2. Basic Router Configuration Steps

         Mirip dengan mengkonfigurasi switch, tugas yang tercantum pada Gambar harus diselesaikan saat mengkonfigurasi pengaturan awal pada router.

Configure Interfaces

 

 1. Configure Router Interfaces

        Agar router dapat dijangkau, interface router in-band harus dikonfigurasi. Ada banyak jenis antarmuka yang tersedia di router Cisco. Dalam contoh ini, router Cisco 1941 dilengkapi dengan:

Two Gigabit Ethernet interfaces - GigabitEthernet 0/0 (G0 / 0) dan GigabitEthernet 0/1 (G0 / 1) 

A serial WAN interface card (WIC) consisting of two interfaces  - Serial 0/0/0 (S0 / 0/0) dan Serial 0/0/1 (S0 / 0/1)

        Menggunakan perintah no shutdown mengaktifkan antarmuka dan mirip dengan menyalakan interface. interface juga harus terhubung ke perangkat lain, seperti switch atau router, agar lapisan fisik aktif.

2. Verify Interface Configuration

        

        Ada beberapa perintah yang dapat digunakan untuk memverifikasi konfigurasi interface. Yang paling berguna dari ini adalah perintah show ip interface brief. 

 

        Anda dapat memverifikasi konektivitas dari Interface menggunakan perintah ping. Router Cisco mengirim lima ping berturut-turut dan mengukur waktu perjalanan pulang pergi minimal, rata-rata, dan maksimum. Tanda seru memverifikasi konektivitas.

        

        Perintah verifikasi interface lainnya termasuk:

show ip route - Menampilkan konten tabel routing IPv4 yang disimpan dalam RAM.

show interfaces - Menampilkan statistik untuk semua antarmuka pada perangkat. 

show ip interface - Menampilkan statistik IPv4 untuk semua antarmuka di router.

         Untuk menyimpan konfigurasi menggunakan perintah copy running-config startup-config.

Default Gateway for a Host

 1. Default Gateway for a Host

        Perangkat harus dikonfigurasi dengan informasi alamat IP yang benar, termasuk alamat gateway default. Gateway default hanya digunakan saat host ingin mengirim paket ke perangkat di jaringan lain. Alamat gateway default umumnya adalah alamat antarmuka router yang terpasang ke jaringan lokal host. Alamat IP perangkat host dan alamat antarmuka router harus berada dalam jaringan yang sama

         2. Default Gateway for a Switch

        

         Biasanya, switch grup kerja yang menghubungkan komputer klien adalah perangkat Layer 2. Dengan demikian, switch Layer 2 tidak memerlukan alamat IP untuk berfungsi dengan benar. Namun, jika Anda ingin menghubungkan ke switch dan mengelolanya secara administratif melalui beberapa jaringan, Anda perlu mengkonfigurasi SVI dengan alamat IPv4, subnet mask, dan alamat gateway default.

         Alamat gateway default biasanya dikonfigurasi di semua perangkat yang ingin berkomunikasi di luar jaringan lokalnya saja. Untuk mengkonfigurasi gateway default pada switch, gunakan perintah konfigurasi global ip default-gateway. Alamat IP yang dikonfigurasi adalah interface router dari sakelar yang terhubung.

        Kesalahpahaman umum adalah bahwa switch menggunakan alamat gateway default yang dikonfigurasi untuk menentukan ke mana meneruskan paket yang berasal dari host yang terhubung ke switch dan ditujukan untuk host di jaringan jarak jauh. Sebenarnya, alamat IP dan informasi gateway default hanya digunakan untuk paket yang berasal dari switch. Paket yang berasal dari komputer induk yang terhubung ke sakelar harus sudah memiliki alamat gateway default yang dikonfigurasi pada sistem operasi komputer induknya.