Protokol Jaringan

Selain masalah jaringan fisik (jenis sinyal dan level tegangan, pinout konektor, pengkabelan, topologi, dll.), perlu ada cara standar di mana komunikasi diarbitrasekan antara beberapa node dalam jaringan, meskipun sesederhana itu. sebagai sistem dua titik, titik ke titik. Ketika sebuah node "berbicara" di jaringan, itu menghasilkan sinyal pada kabel jaringan, baik itu level tegangan DC tinggi dan rendah, semacam sinyal gelombang pembawa AC termodulasi, atau bahkan pulsa cahaya dalam serat. Node yang "mendengarkan" hanya mengukur sinyal yang diterapkan pada jaringan (dari node transmisi) dan secara pasif memantaunya. Namun, jika dua atau lebih node "berbicara" pada saat yang sama, sinyal keluarannya mungkin berbenturan (bayangkan dua gerbang logika mencoba menerapkan tegangan sinyal yang berlawanan ke satu saluran di bus!), merusak data yang ditransmisikan.

Metode standar di mana node diizinkan untuk mengirim ke bus atau kabel jaringan disebut protokol. Ada banyak protokol berbeda untuk menengahi penggunaan jaringan umum antara banyak node, dan saya akan membahas beberapa di sini. Namun, adalah baik untuk menyadari beberapa ini, dan untuk memahami mengapa beberapa bekerja lebih baik untuk beberapa tujuan daripada yang lain. Biasanya, protokol tertentu dikaitkan dengan jenis jaringan standar. Ini hanyalah "lapisan" lain dari kumpulan standar yang ditentukan di bawah judul berbagai jaringan.

Buka Lapisan Interkoneksi Sistem (Lapisan OSI)

Organisasi Standar Internasional (ISO) telah menetapkan arsitektur umum spesifikasi jaringan dalam model DIS7498 mereka (berlaku untuk sebagian besar jaringan digital). Terdiri dari tujuh “lapisan”, garis besar ini mencoba mengkategorikan semua tingkat abstraksi yang diperlukan untuk mengomunikasikan data digital.

• Tingkat 1:Fisik
  Menentukan detail listrik dan mekanik komunikasi:jenis kabel, desain konektor, jenis dan level sinyal.

• Tingkat 2:Tautan data
  Mendefinisikan format pesan, bagaimana data ditangani, dan teknik deteksi/koreksi kesalahan.

• Tingkat 3:Jaringan
  Menetapkan prosedur untuk enkapsulasi data ke dalam "paket" untuk transmisi dan penerimaan.

• Tingkat 4:Transportasi
  Diantaranya, lapisan transport mendefinisikan seberapa lengkap file data yang akan ditangani melalui jaringan.

• Tingkat 5:Sesi
  Mengatur transfer data dalam hal awal dan akhir transmisi tertentu. Analog dengan kontrol pekerjaan pada sistem operasi komputer multitasking.

• Tingkat 6:Presentasi
  Mencakup definisi untuk rangkaian karakter, kontrol terminal, dan perintah grafik sehingga data abstrak dapat dengan mudah dikodekan dan didekodekan di antara perangkat yang berkomunikasi.

• Tingkat 7:Aplikasi
  Standar pengguna akhir untuk menghasilkan dan/atau menafsirkan data yang dikomunikasikan dalam bentuk akhirnya. Dengan kata lain, program komputer yang sebenarnya menggunakan data yang dikomunikasikan.

Beberapa protokol jaringan yang mapan hanya mencakup satu atau beberapa level DIS7498. Misalnya, protokol komunikasi serial RS-232C yang banyak digunakan benar-benar hanya menangani lapisan pertama ("fisik") dari model tujuh lapisan ini. Protokol lain, seperti sistem klien/server grafis X-windows yang dikembangkan di MIT untuk sistem komputer antarmuka pengguna grafis terdistribusi, mencakup ketujuh lapisan.

Protokol yang berbeda dapat menggunakan standar lapisan fisik yang sama. Contohnya adalah protokol RS-422A dan RS-485, keduanya menggunakan sirkuit pemancar dan penerima tegangan diferensial yang sama, menggunakan level tegangan yang sama untuk menunjukkan biner 1 dan 0. Pada tingkat fisik, kedua protokol komunikasi ini identik. Namun, pada tingkat yang lebih abstrak, protokolnya berbeda:RS-422A hanya point-to-point, sedangkan RS-485 mendukung topologi bus “multidrop” dengan hingga 32 node yang dapat dialamatkan.

Mungkin jenis protokol yang paling sederhana adalah protokol di mana hanya ada satu pemancar, dan semua node lainnya hanyalah penerima. Seperti halnya BogusBus, di mana pemancar tunggal menghasilkan sinyal tegangan yang terkesan pada kabel jaringan, dan satu atau lebih unit penerima (masing-masing dengan 5 lampu) menyala sesuai dengan keluaran pemancar. Ini selalu terjadi pada jaringan simpleks:hanya ada satu pembicara, dan semua orang mendengarkan!

Carrier Sense Multiple Access (CSMA)

Ketika kita memiliki beberapa node transmisi, kita harus mengatur transmisi mereka sedemikian rupa sehingga tidak bertentangan satu sama lain. Node tidak boleh diizinkan untuk berbicara ketika node lain sedang berbicara, jadi kami memberikan setiap node kemampuan untuk "mendengarkan" dan menahan diri untuk tidak berbicara sampai jaringan diam. Pendekatan dasar ini disebut Carrier Sense Multiple Access (CSMA) , dan ada beberapa variasi pada tema ini. Harap dicatat bahwa CSMA bukanlah protokol standar itu sendiri, melainkan metodologi yang diikuti oleh protokol tertentu.

Deteksi Tabrakan

Salah satu variasinya adalah membiarkan setiap node mulai berbicara segera setelah jaringan diam. Ini analog dengan sekelompok orang yang bertemu di meja bundar:siapa pun memiliki kemampuan untuk mulai berbicara, selama mereka tidak mengganggu orang lain. Segera setelah orang terakhir berhenti berbicara, orang berikutnya yang menunggu untuk berbicara akan dimulai. Jadi, apa yang terjadi ketika dua orang atau lebih mulai berbicara sekaligus? Dalam jaringan, transmisi simultan dari dua atau lebih node disebut tabrakan . Dengan CSMA/CD (CSMA/Deteksi Tabrakan ), node yang bertabrakan hanya mengatur ulang diri mereka sendiri dengan rangkaian pengatur waktu tunda acak, dan yang pertama menyelesaikan waktu tundanya mencoba untuk berbicara lagi. Ini adalah protokol dasar untuk jaringan Ethernet yang populer.

Arbitrase Bitwise

Variasi lain dari CSMA adalah CSMA/BA (CSMA/Bitwise Arbitration ), di mana node yang bertabrakan merujuk ke nomor prioritas yang telah ditentukan sebelumnya yang menentukan mana yang memiliki izin untuk berbicara terlebih dahulu. Dengan kata lain, setiap simpul memiliki "peringkat" yang menyelesaikan perselisihan tentang siapa yang mulai berbicara lebih dulu setelah tabrakan terjadi, seperti sekelompok orang di mana pejabat dan warga biasa bercampur. Jika terjadi bentrokan, para pejabat umumnya diperbolehkan berbicara terlebih dahulu dan orang biasa menunggu sesudahnya.

Dalam salah satu dari dua contoh di atas (CSMA/CD dan CSMA/BA), kami berasumsi bahwa setiap node dapat memulai percakapan selama jaringan diam. Ini disebut sebagai mode komunikasi yang "tidak diminta". Ada variasi yang disebut mode "diminta" untuk CSMA/CD atau CSMA/BA di mana transmisi awal hanya diperbolehkan terjadi ketika master node yang ditunjuk meminta (meminta) balasan. Deteksi tabrakan (CD) atau arbitrase bitwise (BA) hanya berlaku untuk arbitrase pasca-tabrakan karena beberapa node merespons permintaan perangkat master.

Tuan/Budak

Strategi yang sama sekali berbeda untuk komunikasi node adalah Master/Slave protokol, di mana satu perangkat master membagikan slot waktu untuk semua node lain di jaringan untuk mengirim, dan menjadwalkan slot waktu ini sehingga beberapa node tidak bisa bertabrakan. Perangkat master mengalamatkan setiap node dengan nama, satu per satu, membiarkan node itu berbicara untuk jangka waktu tertentu. Setelah selesai, master mengalamatkan node berikutnya, dan seterusnya, dan seterusnya.

Pengiriman Token

Namun strategi lain adalah Token-Passing protokol, di mana setiap node mendapat giliran untuk berbicara (satu per satu), dan kemudian memberikan izin untuk node berikutnya untuk berbicara setelah selesai. Izin untuk berbicara diteruskan dari simpul ke simpul karena masing-masing menyerahkan "token" ke yang berikutnya secara berurutan. Token itu sendiri bukanlah benda fisik:itu adalah serangkaian siaran biner 1 dan 0 di jaringan, membawa alamat spesifik dari node berikutnya yang diizinkan untuk berbicara. Meskipun protokol token-passing sering dikaitkan dengan jaringan topologi ring, protokol ini tidak terbatas pada topologi tertentu. Dan ketika protokol ini diimplementasikan dalam jaringan cincin, urutan token passing tidak harus mengikuti urutan koneksi fisik cincin.

Sama seperti topologi, beberapa protokol dapat digabungkan bersama melalui segmen yang berbeda dari jaringan heterogen, untuk keuntungan maksimal. Misalnya, jaringan Master/Slave khusus yang menghubungkan instrumen bersama-sama di lantai pabrik dapat dihubungkan melalui perangkat gateway ke jaringan Ethernet yang menghubungkan beberapa workstation komputer desktop bersama-sama, salah satu workstation komputer tersebut bertindak sebagai gateway untuk menghubungkan data ke jaringan serat FDDI kembali ke komputer mainframe pabrik. Setiap jenis jaringan, topologi, dan protokol paling baik melayani kebutuhan dan aplikasi yang berbeda, tetapi melalui perangkat gateway, semuanya dapat berbagi data yang sama.

Dimungkinkan juga untuk memadukan beberapa strategi protokol menjadi hibrida baru dalam satu jenis jaringan. Seperti kasus Foundation Fieldbus, yang menggabungkan Master/Slave dengan bentuk token-passing. Perangkat Link Active Scheduler (LAS) mengirimkan perintah “Compel Data” (CD) terjadwal ke perangkat slave di Fieldbus untuk informasi penting waktu. Dalam hal ini, Fieldbus adalah protokol Master/Slave. Namun, ketika ada waktu antara kueri CD, LAS mengirimkan "token" ke masing-masing perangkat lain di Fieldbus, satu per satu, memberi mereka kesempatan untuk mengirimkan data yang tidak terjadwal. Ketika perangkat tersebut selesai mentransmisikan informasinya, mereka mengembalikan token kembali ke LAS.

LAS juga memeriksa perangkat baru di Fieldbus dengan pesan "Probe Node" (PN), yang diharapkan menghasilkan "Probe Response" (PR) kembali ke LAS. Respons perangkat kembali ke LAS, baik melalui pesan PR atau token yang dikembalikan, menentukan posisinya di database "Daftar Langsung" yang dikelola LAS. Pengoperasian perangkat LAS yang benar sangat penting untuk berfungsinya Fieldbus, jadi ada ketentuan untuk operasi LAS yang berlebihan dengan menetapkan status "Link Master" ke beberapa node, memberdayakan mereka untuk menjadi Penjadwal Aktif Tautan alternatif jika LAS yang beroperasi gagal .

Ada protokol komunikasi data lainnya, tetapi ini yang paling populer. Saya memiliki kesempatan untuk bekerja pada sistem kontrol industri lama (sekitar tahun 1975) yang dibuat oleh Honeywell di mana perangkat utama yang disebut Highway Traffic Director , atau HTTP, menengahi semua komunikasi jaringan. Yang membuat jaringan ini menarik adalah bahwa sinyal yang dikirim dari HTD ke semua perangkat pendukung untuk mengizinkan transmisi tidak dikomunikasikan pada kabel jaringan itu sendiri, melainkan pada set kabel pasangan terpilin individu yang menghubungkan HTD dengan setiap perangkat slave. Perangkat di jaringan kemudian dibagi menjadi dua kategori:node yang terhubung ke HTD yang diizinkan untuk memulai transmisi, dan node yang tidak terhubung ke HTD yang hanya dapat mengirimkan sebagai tanggapan atas permintaan yang dikirim oleh salah satu node sebelumnya. Primitif dan lambat adalah satu-satunya kata sifat yang cocok untuk skema jaringan komunikasi ini, tetapi berfungsi dengan baik pada masanya.