ALOHA dalam Jaringan Komputer

Gambaran Umum

Istilah Aloha dalam jaringan komputer berarti halo. Aloha adalah protokol akses ganda lapisan data-link yang menjelaskan bagaimana beberapa terminal dapat mengakses media tanpa mengganggu atau berbenturan. Norman Abramson dan rekan-rekannya mengembangkannya pada tahun 1970-an di Universitas Hawaii. Setiap node atau stasiun dalam ALOHA mentransmisikan frame tanpa berusaha menentukan apakah saluran transmisi sedang idle atau sibuk. Jika saluran idle, frame akan berhasil dikirim. Jika dua frame mencoba menempati saluran pada saat yang sama, mereka akan bertabrakan dan dibuang. Stasiun-stasiun ini dapat memilih untuk mentransmisikan ulang frame yang rusak hingga transmisi berhasil.

Pengenalan ke Protokol Akses Ganda

Protokol Akses Ganda beroperasi pada sublapisan Medium Access Control (MAC sublayer) dari model OSI (Open Systems Interconnection). Protokol-protokol ini memungkinkan beberapa node atau pengguna untuk berbagi saluran jaringan. Secara umum, Protokol Akses Ganda adalah kumpulan protokol yang bertujuan untuk mengoptimalkan jalur transmisi, menghindari crosstalk, dan meminimalkan tabrakan di saluran.

Ketika pengirim dan penerima memiliki tautan khusus untuk transmisi paket data, kontrol data-link sudah cukup untuk menangani saluran. Asumsikan tidak ada jalur khusus bagi dua perangkat untuk berkomunikasi atau mentransmisikan data. Dalam skenario itu, banyak stasiun mengakses saluran dan menyiarkan data di atasnya pada waktu yang sama. Ini dapat mengakibatkan tabrakan dan crosstalk. Akibatnya, teknik akses ganda sangat penting untuk membatasi tabrakan dan menghilangkan crosstalk saluran.

Untuk memahami konsep Protokol Akses Ganda secara lebih bermakna, pertimbangkan skenario ruang kelas yang penuh dengan siswa. Ketika seorang guru mengajukan pertanyaan, semua siswa (saluran kecil) di kelas mulai menjawab pertanyaan pada saat yang sama (mentransmisikan data secara bersamaan). Karena semua siswa menjawab pada saat yang sama, data saling tumpang tindih atau hilang. Akibatnya, tugas seorang guru (protokol akses ganda) adalah mengendalikan siswa dan memaksa mereka untuk memberikan satu jawaban.

Mari kita lihat jenis-jenis berbagai Protokol Akses Ganda.

Protokol Akses Acak

Dalam protokol ini, setiap stasiun memiliki prioritas yang sama dalam mengirim data melalui saluran. Satu atau lebih stasiun dalam protokol akses acak tidak dapat bergantung pada stasiun lain, juga tidak dapat mengendalikan stasiun lain. Setiap stasiun menyiarkan frame data tergantung pada status saluran (idle atau sibuk). Tabrakan atau konflik dapat terjadi jika lebih dari satu stasiun mentransmisikan data melalui saluran yang sama. Paket frame data dapat hilang atau berubah akibat tabrakan. Akibatnya, tidak diterima oleh pihak penerima.

Protokol Akses Terkendali

Ini adalah teknik untuk meminimalkan tabrakan frame data pada saluran bersama. Setiap stasiun berinteraksi dan memutuskan untuk mengirim frame data oleh stasiun tertentu yang disetujui oleh semua stasiun lain dalam protokol akses terkendali. Ini berarti bahwa sampai semua stasiun lain tidak menyetujui, satu stasiun tidak dapat mengirim frame data. Reservasi, polling, dan token passing adalah tiga metode akses terkendali.

Protokol Kanalisasi

Sistem kanalisasi memungkinkan banyak stasiun untuk membagi seluruh bandwidth yang dapat digunakan dalam saluran bersama berdasarkan waktu, jarak, dan kode mereka. Ini dapat mengakses semua stasiun secara bersamaan untuk mengirim frame data ke saluran. FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple Access), dan CDMA (Code Division Multiple Access) adalah beberapa metode protokol kanalisasi.

Apa itu ALOHA dalam Jaringan Komputer?

ALOHA adalah protokol akses ganda yang memungkinkan data dikirim melalui saluran jaringan bersama. Ini berfungsi pada sublapisan medium access control (MAC sublayer) dari model open systems interconnection (OSI). Beberapa aliran data dari beberapa node dikirim melalui saluran transmisi multi-titik menggunakan protokol ini. Ini dikembangkan oleh Norman Abramson dan rekan-rekannya pada tahun 1970-an di Universitas Hawaii.

Setiap node atau stasiun dalam ALOHA mentransmisikan frame tanpa berusaha menentukan apakah saluran transmisi sedang idle atau sibuk. Jika saluran idle, frame akan berhasil dikirim. Jika dua frame mencoba menempati saluran pada saat yang sama, mereka akan bertabrakan dan dibuang. Stasiun-stasiun ini dapat memilih untuk mentransmisikan ulang frame yang rusak hingga transmisi berhasil.

Aturan ALOHA dalam Jaringan Komputer

1. Setiap saat, stasiun mana pun dapat mengirim data ke saluran.
2. Tabrakan dan frame data mungkin hilang selama transmisi data di beberapa stasiun.
3. Tidak perlu carrier sensing.
4. ALOHA tidak memiliki deteksi tabrakan karena adanya pengakuan frame.
5. Ini memerlukan transmisi ulang data setelah waktu acak.

Jenis ALOHA dalam Jaringan Komputer

Dua protokol Aloha dalam jaringan komputer adalah:

1. Pure Aloha
2. Slotted Aloha

Pure Aloha

Kami menggunakan Pure Aloha setiap kali data tersedia untuk transmisi melalui saluran di stasiun. Dalam Pure Aloha, jika setiap stasiun mengirim data ke saluran tanpa menentukan apakah saluran idle atau tidak, tabrakan dapat terjadi, dan frame data mungkin hilang. Ketika stasiun mana pun mengirim frame data ke saluran, Pure Aloha menunggu pengakuan dari penerima. Jika pengakuan penerima tidak diterima dalam waktu yang ditentukan, stasiun menunggu selama waktu acak, yang dikenal sebagai waktu backoff (Tb). Selanjutnya, stasiun mungkin menganggap frame telah hilang atau rusak. Akibatnya, ia mentransmisikan ulang frame sampai semua data terkirim dengan benar ke penerima.

Empat stasiun (contoh yang tidak masuk akal) bersaing satu sama lain untuk mengakses saluran bersama. Diagram menunjukkan bahwa setiap stasiun mengirim dua frame dengan total delapan frame pada media bersama. Karena beberapa frame bersaing untuk saluran bersama yang sama, beberapa frame ini bertabrakan. Gambar di atas mengungkapkan bahwa hanya dua frame yang selamat: frame 1.1 dari stasiun 1 dan frame 3.2 dari stasiun 3. Bahkan jika satu bit dari satu frame hidup berdampingan dengan bit dari frame lain, tabrakan terjadi, dan keduanya dihancurkan.

Waktu Rentan untuk Pure Aloha

Kami menganggap bahwa stasiun mengirim frame dengan panjang tetap, yang membutuhkan waktu Tt (Waktu Transmisi) untuk mengirim frame sepenuhnya. Diagram di bawah menunjukkan waktu rentan untuk stasiun A. Waktu rentan untuk stasiun mana pun harus dua kali waktu transmisi karena untuk menghentikan tabrakan frame, kita harus memastikan bahwa tidak ada stasiun lain yang memulai transmisi antara waktu Tt sebelum dan Tt setelah stasiun yang mentransmisikan.

Pada waktu t, Stasiun A mengirim frame. Asumsikan stasiun B sebelumnya telah mentransmisikan frame antara t - Tt dan t. Akibatnya, frame dari stasiun A dan stasiun B bertabrakan. Akhir frame B berpotongan dengan awal frame A. Asumsikan, di sisi lain, stasiun C mengirim frame antara t dan t + Tt. Ada tabrakan antara frame dari stasiun A dan C di sini. Awal frame C berpotongan dengan kesimpulan frame A.

Vt = 2 * Tt

Dimana, Vt adalah Waktu Rentan untuk Pure Aloha, Tt adalah Waktu Transmisi stasiun.

Catatan: Waktu Transmisi atau waktu propagasi adalah total waktu yang dibutuhkan oleh stasiun untuk mentransmisikan pesan sepenuhnya. Ini dihitung dengan: Tt = Panjang pesan / Bandwidth Saluran

Throughput Pure Aloha

Misalkan G adalah jumlah rata-rata frame yang dibuat oleh sistem selama periode transmisi satu frame. Maka dapat ditunjukkan bahwa jumlah rata-rata transmisi ALOHA yang berhasil diberikan oleh S.

S = G * e^{-2G}

Nilai S akan maksimum jika G = 1/2. Jadi Smax adalah 0,184. Dengan kata lain, jika setengah frame dihasilkan selama satu waktu transmisi frame, 18,4 persen dari frame ini akan mencapai tujuannya dengan sukses.

Efisiensi Pure Aloha adalah 18,4%.

Slotted Aloha

Pure Aloha memiliki kemungkinan sangat tinggi untuk mengenai frame, sehingga Slotted Aloha dirancang untuk mengungguli efisiensinya. Dalam Slotted Aloha, saluran bersama dibagi menjadi interval waktu tetap yang disebut slot. Akibatnya, jika stasiun ingin mengirim frame ke saluran bersama, ia hanya dapat melakukannya di awal slot, dan hanya satu frame yang dapat dikirim ke setiap slot. Selain itu, stasiun harus menunggu sampai awal slot untuk transmisi berikutnya jika tidak dapat mentransfer data di awal slot. Namun, mengirim frame di awal dua atau lebih slot waktu stasiun masih membawa risiko tabrakan.

Gambar menunjukkan bagaimana saluran dibagi menjadi slot. Stasiun hanya dapat memulai transmisinya di awal slot. Jadi satu-satunya kondisi yang memungkinkan untuk tabrakan adalah jika dua atau lebih stasiun memulai transmisi di slot yang sama. Kondisi ini ditunjukkan pada Frame 1.2 Stasiun 1 dan Frame 4.1 Stasiun 4.

Waktu Rentan untuk Slotted Aloha

Waktu Rentan dalam kasus Slotted Aloha sama dengan waktu transmisi stasiun. Ini karena kita membatasi transmisi stasiun dengan slot. Gambar di bawah menunjukkan Waktu Rentan untuk Slotted Aloha.

Vt = Tt

Dimana, Vt adalah Waktu Rentan untuk Slotted Aloha, Tt adalah Waktu Transmisi stasiun.

Throughput Slotted Aloha

Misalkan G adalah jumlah rata-rata frame yang dibuat oleh sistem selama periode transmisi satu frame. Maka dapat ditunjukkan bahwa jumlah rata-rata transmisi ALOHA yang berhasil diberikan oleh S.

S = G * e^{-G}

Nilai S akan maksimum jika G = 1. Jadi Smax adalah 0,368. Dengan kata lain, 36,8 persen dari frame ini akan mencapai tujuannya dengan sukses jika frame dihasilkan selama satu waktu transmisi frame.

Efisiensi Slotted Aloha adalah 36,8%.

Diagram Alir Protokol untuk ALOHA

Gambar di bawah adalah diagram alir Protokol Aloha dan menjelaskan cara kerja Aloha.

Penjelasan:

1. Stasiun yang memiliki data untuk dikirim akan memulai transmisinya.
2. Ia menunggu beberapa waktu acak (tergantung pada jenis Protokol Aloha). Misalnya, waktu 2 * Waktu Transmisi dalam kasus Pure Aloha.
3. Jika pengakuan diterima, maka transmisi berhasil.
4. Jika tidak ada pengakuan yang diterima, itu berarti terjadi tabrakan. Kemudian stasiun menggunakan strategi backoff untuk mentransmisikan ulang paket lagi.
5. Setelah berbagai iterasi, stasiun membatalkan transmisi jika tidak ada pengakuan.

Perbedaan antara Pure dan Slotted ALOHA

Kesimpulan

• Istilah Aloha dalam jaringan komputer berarti halo. Aloha adalah protokol akses ganda lapisan data-link yang menjelaskan bagaimana beberapa terminal dapat mengakses media tanpa mengganggu atau berbenturan.
• Aloha dalam jaringan komputer adalah protokol akses acak.
• Norman Abramson dan rekan-rekannya mengembangkannya pada tahun 1970-an di Universitas Hawaii.
• Protokol Akses Ganda adalah kumpulan protokol yang bertujuan untuk mengoptimalkan jalur transmisi, menghindari crosstalk, dan meminimalkan tabrakan di saluran.
• Ada dua jenis Aloha:
  • Pure Aloha
  • Slotted Aloha
• Dalam Pure Aloha:
  • Waktu Rentan sama dengan dua kali waktu transmisi.
  • Efisiensi adalah 18,4%.
  • Jumlah rata-rata transmisi ALOHA yang berhasil diberikan oleh S = G * e^{-2G}.
• Dalam Slotted Aloha:
  • Waktu Rentan sama dengan waktu transmisi.
  • Efisiensi adalah 36,8%.
  • Jumlah rata-rata transmisi ALOHA yang berhasil diberikan oleh S = G * e^{-G}.
• Jumlah tabrakan relatif lebih sedikit dalam Slotted Aloha dibandingkan dengan Pure Aloha.