Memahami Protokol Jaringan: Dari Lapisan Fisik hingga Arbitrase Lanjutan
Di luar atribut fisik jaringan—jenis sinyal, tingkat tegangan, pinout konektor, kabeling, dan topologi—harus ada metode yang jelas dan standar untuk mengelola komunikasi di antara beberapa node, bahkan dalam link titik-ke-titik yang sederhana.
Saat suatu node transmits, ia mengenakan sinyal pada kabeling—baik itu tegangan DC high-low, pembawa AC yang dimodulasi, atau impuls optik dalam serat. Node lain secara pasif memantau sinyal ini. Jika dua atau lebih node transmits secara bersamaan, keluaran mereka bentrok, merusak aliran data. Tabrakan ini adalah alasan mengapa mekanisme arbitrase yang disiplin, disebut protokol, sangat penting.
Protokol menentukan kapan dan bagaimana node dapat mengakses media bersama. Meskipun banyak protokol yang ada, masing-masing melayani arsitektur jaringan dan tujuan tertentu. Di bawah ini adalah ringkasan konsep kunci dan contohnya.
Model Referensi OSI (ISO DIS 7498)
Organisasi Internasional untuk Standarisasi mendefinisikan model tujuh lapis untuk mengkategorikan fungsi yang diperlukan untuk komunikasi digital.
- Lapisan 1 – Fisik: Menentukan detail listrik dan mekanis—jenis kabel, desain konektor, tingkat sinyal.
- Lapisan 2 – Data Link: Mendefinisikan format frame, alamat, deteksi dan koreksi kesalahan.
- Lapisan 3 – Jaringan: Menangani enkapsulasi paket dan routing.
- Lapisan 4 – Transport: Jaminan pengiriman akhir-ke-akhir dan kontrol aliran.
- Lapisan 5 – Sesi: Mengelola pembentukan, pemeliharaan, dan penutupan sesi.
- Lapisan 6 – Presentasi: Menerjemahkan format data, set karakter, dan grafik.
- Lapisan 7 – Aplikasi: Menyediakan layanan dan antarmuka berorientasi pengguna.
Beberapa protokol hanya mencakup subset dari lapisan ini. Misalnya, RS-232C hanya menangani Lapisan Fisik, sedangkan sistem X-Windows meliputi semua tujuh lapisan. Berbagai protokol mungkin berbagi lapisan fisik tetapi menyimpang dalam perilaku tingkat lebih tinggi; RS-422A (titik-ke-titik) dan RS-485 (bus, hingga 32 node) mengilustrasikan hal ini.
Teknik Arbitrase
Skema Pengirim Hanya Sederhana
Dalam jaringan simplex, satu pengirim mengirim data sementara semua node lain adalah receiver pasif. Contoh “BogusBus” mendemonstrasikan prinsip ini: satu node master mendorong garis, dan sejumlah receiver yang dijalankan lampu hanya merespons.
Carrier Sense Multiple Access (CSMA)
Saat beberapa node harus berbagi media, CSMA menyediakan cara yang teratur untuk mendengarkan sebelum transmits. Ini adalah metodologi bukan protokol dan dapat diimplementasikan dalam beberapa variasi.
Deteksi Tabrakan (CSMA/CD)
Sering digunakan dalam Ethernet, node transmits hanya setelah mendeteksi saluran yang kosong. Jika tabrakan terjadi, setiap node menunggu waktu acak sebelum mencoba lagi.
Arbitrase Bitwise (CSMA/BA)
Node menetapkan nomor prioritas; dalam hal tabrakan, node yang berpangkat lebih tinggi melanjutkan terlebih dahulu. Ini mencerminkan pengambilan keputusan hierarkis dalam kelompok manusia.
Kedua CSMA/CD dan CSMA/BA mendukung mode “tidak diminta”—siapa pun node dapat memulai transmisi saat media dalam keadaan lepas. Mode “diminta” membatasi transmisi awal pada permintaan node master; penanganan tabrakan kemudian hanya berlaku untuk node yang merespons.
Protokol Master/Slave
Satu master menjadwalkan slot waktu eksklusif untuk setiap slave, menghilangkan tabrakan sepenuhnya. Master mengalamati setiap node dengan nama, memberikan hak transmisi, dan bergerak secara berurutan melalui daftar.
Pengiriman Token
Setiap node menerima token virtual yang memberinya hak untuk transmits. Setelah selesai, ia melewatkan token ke node berikutnya. Meskipun tradisional dikaitkan dengan topologi ring, pengiriman token bekerja pada setiap jenis jaringan.
Pendekatan Hybrid
Fieldbus menggabungkan jadwal Master/Slave dengan pengiriman token untuk data yang tidak terjadwal. Scheduler Aktif Link (LAS) mengeluarkan kueri “Compel Data” berkala ke slave, kemudian mendistribusikan token untuk mengizinkan lalu lintas bebas. LAS juga mempertahankan daftar node aktif yang langsung dan mendukung redundansi dengan memungkinkan node lain untuk mengambil tanggung jawab LAS.
Sistem Legasi dan Spesial
Highway Traffic Director (HTD) milik Honeywell pada tahun 1975 menggunakan skema master-initiated titik-ke-titik melalui pasang kabel berpasang terpisah, mengilustrasikan jaringan kontrol industri awal. Meskipun primitif menurut standar saat ini, ini mendemonstrasikan keberlanjutan komunikasi master–slave yang khusus.
Dalam jaringan modern, perangkat gateway sering menghubungkan segmen yang heterogen—misalnya, jaringan lantai pabrik Master/Slave terhubung ke LAN Ethernet dan, giliran itu, ke backbone FDDI—memungkinkan protokol dan topologi yang berbeda untuk interoperabilitas yang mulus.
