Arsitektur dan Pelapisan Jaringan

Arsitektur jaringan adalah pengorganisasian sistem komunikasi ke dalam lapisan-lapisan protokol, yang masing-masing menyediakan layanan ke lapisan di atasnya dan dibangun di atas lapisan di bawahnya, sehingga masalah kompleks pemindahan data antar host diuraikan menjadi bagian-bagian yang dapat dikelola dan terdefinisi dengan baik.

Definition

Arsitektur jaringan adalah seperangkat lapisan dan protokol terstruktur, bersama dengan layanan yang ditawarkan setiap lapisan dan antarmuka antar lapisan, yang secara bersama-sama mendefinisikan bagaimana data dikomunikasikan di seluruh jaringan.

Scope

Area ini mencakup prinsip-prinsip struktural jaringan komputer: tumpukan protokol berlapis (model referensi OSI tujuh lapis dan model Internet/TCP-IP lima lapis), perbedaan antara tepi jaringan (host dan jaringan akses) dan inti jaringan (switch dan router), dua strategi switching fundamental yaitu packet switching dan circuit switching, serta metrik yang digunakan untuk mengkarakterisasi kinerja jaringan seperti throughput, delay, dan packet loss. Area ini memperlakukan arsitektur sebagai konteks pembingkaian untuk semua mekanisme lapisan bawah dan atas yang tercakup dalam area terkait, bukan mekanisme detail itu sendiri.

Sub-topics

• Network Edge and Core
• Network Performance Metrics
• Packet Switching and Circuit Switching
• Protocol Layering and Reference Models

Core questions

• Mengapa fungsionalitas jaringan diorganisasikan ke dalam lapisan, dan apa biaya serta manfaat dari pelapisan?
• Bagaimana model tujuh lapis OSI dan model lima lapis Internet berbeda, dan mengapa model Internet lebih unggul dalam praktiknya?
• Apa yang membedakan tepi jaringan dari inti jaringan?
• Bagaimana packet switching dan circuit switching berbeda dalam berbagi sumber daya, penundaan, dan keandalan?
• Metrik apa — throughput, latensi, jitter, dan kehilangan — yang mengkarakterisasi kinerja yang diberikan oleh jaringan?

Key concepts

• lapisan protokol
• model referensi OSI
• model TCP/IP (Internet)
• enkapsulasi
• tepi dan inti jaringan
• packet switching
• circuit switching
• multiplexing statistik
• throughput, penundaan, dan kehilangan
• argumen ujung-ke-ujung

Key theories

Pelapisan protokol dan abstraksi layanan-antarmuka

Jaringan diorganisasikan sebagai tumpukan lapisan di mana setiap lapisan menawarkan layanan yang terdefinisi ke lapisan di atas melalui antarmuka, menyembunyikan implementasi di bawahnya; modularitas ini memungkinkan lapisan untuk berkembang secara independen selama antarmuka dipertahankan.

Argumen ujung-ke-ujung

Fungsi-fungsi seperti pengiriman yang andal dan keamanan paling baik diimplementasikan pada host ujung yang berkomunikasi daripada di inti jaringan, karena inti seringkali tidak dapat menyelesaikannya dengan benar dan akan membebankan biaya pada aliran yang tidak memerlukannya; prinsip ini membentuk desain Internet.

Multiplexing statistik dalam packet switching

Packet switching berbagi kapasitas tautan sesuai permintaan di antara banyak aliran, mencapai pemanfaatan yang tinggi ketika lalu lintas bersifat bursty, dengan biaya penundaan antrean yang bervariasi dan kemungkinan kehilangan — berbeda dengan kapasitas yang dicadangkan tetapi berpotensi menganggur pada circuit switching.

Clinical relevance

Arsitektur berlapis adalah prinsip pengorganisasian di balik hampir semua jaringan modern: ini memungkinkan peramban web, adaptor Wi-Fi, dan tautan serat optik bawah laut untuk beroperasi bersama tanpa ada satu komponen pun yang mengetahui internal komponen lainnya. Memahami perbedaan antara tepi-versus-inti dan packet-versus-circuit switching adalah fundamental untuk perencanaan kapasitas, desain pusat data cloud, dan penalaran tentang aplikasi yang sensitif terhadap latensi seperti konferensi video dan permainan daring.

History

Arsitektur komunikasi berlapis mengkristal pada tahun 1970-an dengan ARPANET dan pengembangan paralel model referensi OSI, yang diformalkan oleh Zimmermann pada tahun 1980. Rangkaian protokol TCP/IP dari Cerf dan Kahn, serta filosofi desain yang diartikulasikan oleh Clark pada tahun 1988, membentuk model Internet yang lebih sederhana yang pada akhirnya mendominasi. Ketegangan antara tumpukan OSI yang komprehensif dan tumpukan TCP/IP yang pragmatis mendefinisikan sebagian besar perdebatan formatif jaringan.

Debates

Model tujuh lapis OSI versus model TCP/IP

Model OSI adalah referensi pedagogis yang lebih kaya dengan lapisan sesi dan presentasi yang berbeda, tetapi model TCP/IP lima lapis yang lebih ramping sesuai dengan implementasi Internet yang sebenarnya dan lebih unggul dalam praktiknya; buku teks masih mengajarkan keduanya karena OSI mengklarifikasi fungsi-fungsi yang disatukan oleh tumpukan Internet.

Key figures

• Hubert Zimmermann
• David D. Clark
• Vinton Cerf
• Robert Kahn
• Andrew S. Tanenbaum

Seminal works

• kurose2021
• tanenbaum2010
• clark1988

Frequently asked questions

Mengapa jaringan dibangun dalam lapisan daripada sebagai satu sistem monolitik?

Pelapisan menguraikan masalah yang sulit menjadi masalah yang lebih kecil dengan antarmuka yang bersih, sehingga setiap lapisan dapat dirancang, diimplementasikan, dan diganti secara independen. Media fisik baru dapat ditambahkan tanpa mengubah aplikasi, dan aplikasi baru dapat berjalan di atas jaringan apa pun yang menyediakan layanan lapisan bawah yang diharapkan.

Apakah Internet menggunakan packet-switched atau circuit-switched?

Internet pada dasarnya adalah packet-switched: data dipecah menjadi paket-paket yang diteruskan hop demi hop dan berbagi kapasitas tautan secara statistik. Beberapa teknologi akses dan transportasi meniru sirkuit atau mencadangkan sumber daya, tetapi lapisan IP inti menggunakan packet switching.