Cisco : Chapter 6 "Network Layer"

 

The Network Layer

Lapisan jaringan, atau 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:

• Mengalamatkan perangkat akhir - Perangkat akhir harus dikonfigurasi dengan alamat IP unik untuk identifikasi di jaringan.

• Enkapsulasi - Lapisan jaringan merangkum unit data protokol (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. Untuk melakukan perjalanan ke jaringan lain, paket harus diproses oleh router. 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-enkapsulasi - 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.

Berbeda dengan lapisan transport (OSI Layer 4), yang mengelola transportasi data antara proses yang berjalan pada setiap host, protokol lapisan jaringan menentukan struktur paket dan pemrosesan yang digunakan untuk membawa data dari satu host ke host lain. Operasi tanpa memperhatikan data yang dibawa dalam setiap paket memungkinkan lapisan jaringan untuk membawa paket untuk berbagai jenis komunikasi antara beberapa host.

Network Layer Protocols

Ada beberapa protokol lapisan jaringan yang ada. Namun, seperti yang ditunjukkan pada gambar, hanya ada dua protokol lapisan jaringan yang biasanya diterapkan:

• Protokol Internet versi 4 (IPv4)

• Protokol Internet versi 6 (IPv6)

Encapsulating IP

P merangkum segmen lapisan transport atau data lain dengan menambahkan header IP. Header ini digunakan untuk mengirimkan paket ke host tujuan. Header IP tetap sama dari saat paket meninggalkan host sumber hingga tiba di host tujuan.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.

Characteristics 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

IP - Connectionless

IP tidak memiliki koneksi, artinya tidak ada koneksi ujung-ke-ujung khusus yang dibuat sebelum data dikirim. komunikasi tanpa koneksi secara konseptual mirip dengan mengirim surat kepada seseorang tanpa memberi tahu penerima terlebih dahulu.Komunikasi data tanpa koneksi bekerja dengan prinsip yang sama. P 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. .

P - Best Effort Delivery

Tidak dapat diandalkan berarti 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. Paket mungkin sampai di tujuan dalam keadaan rusak, keluar dari urutan, atau tidak sama sekali. 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.

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.

Tanggung jawab lapisan data link OSI untuk mengambil paket IP dan mempersiapkannya untuk transmisi melalui media komunikasi. Ini berarti bahwa pengangkutan paket IP tidak terbatas pada media tertentu.

Namun demikian, 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.

Dalam beberapa kasus, perangkat perantara, biasanya router, harus membagi paket saat meneruskannya dari satu media ke media lain dengan MTU yang lebih kecil. Proses ini disebut fragmentasi paket atau fragmentasi.

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. Diagram tajuk protokol, yang dibaca dari kiri ke kanan, dan dari atas ke bawah, memberikan visual untuk dirujuk saat membahas bidang protokol. Diagram header protokol IP pada gambar mengidentifikasi bidang dari paket IPv4.

Bidang penting di header IPv4 meliputi:

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

• Differentiated Services atau DiffServ (DS) - Sebelumnya disebut kolom Type of Service (ToS), kolom DS adalah kolom 8-bit yang digunakan untuk menentukan prioritas setiap paket. Enam bit paling signifikan dari bidang DiffServ adalah Titik Kode Layanan Diferensiasi (DSCP) dan dua bit terakhir adalah bit Pemberitahuan Kemacetan Eksplisit (ECN).

• 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 Pesan Kontrol Internet (ICMP) ke alamat IP sumber.

• Protokol - 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).

• Alamat IPv4 Sumber - Berisi nilai biner 32-bit yang mewakili alamat IPv4 sumber paket. Alamat IPv4 sumber selalu merupakan alamat unicast.

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

Dua bidang yang paling sering direferensikan adalah alamat IP sumber dan tujuan. Bidang-bidang ini mengidentifikasi dari mana paket itu berasal dan ke mana tujuannya. Biasanya alamat ini tidak berubah saat melakukan perjalanan dari sumber ke tujuan.

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.