Quality of Service

Quality of Service (QoS) adalah kemampuan suatu jaringan untuk menyediakan layanan yang baik dengan menyediakan bandwith, mengatasi jitter dan delay. Parameter QoS adalah latency, jitter, packet loss, throughput, MOS, echo cancellation dan PDD. QoS sangat ditentukan oleh kualitas jaringan yang digunakan. Terdapat beberapa factor yang dapat menurunkan nilai QoS, seperti : Redaman, Distorsi, dan Noise.

QoS (Quality of Service) : “the collective effect of service performance which determines the degree of satisfaction of a user of the service”. International Telecommunication Union (ITU).

Beberapa jenis trafik dalam telekomunikasi

QoS didesain untuk membantu end user (client) menjadi lebih produktif  dengan memastikan bahwa user mendapatkan performansi yang handal dari aplikasi-aplikasi berbasis jaringan. QoS mengacu pada kemampuan jaringan untuk menyediakan layanan yang lebih baik pada trafik jaringan tertentu melalui teknologi yang berbeda-beda. QoSmerupakan suatu tantangan yang besar dalam jaringan berbasis IP dan internet secara keseluruhan. Tujuan dari QoS adalah untuk memenuhi kebutuhan-kebutuhan layanan yang berbeda, yang menggunakan infrastruktur yang sama. QoS menawarkan kemampuan untuk mendefinisikan atribut-atribut layanan yang disediakan, baik secarakualitatif maupun kuantitatif.

Ilustrasi antrian pengiriman informasi dalam telekomunikasi

Pentingnya QoS

Ada beberapa alasan mengapa kita memerlukan QoS, yaitu:

1. Untuk memberikan prioritas untuk aplikasi-aplikasi yang kritis pada jaringan.
2. Untuk memaksimalkan penggunaan investasi jaringan yang sudah ada.
3. Untuk meningkatkan performansi untuk aplikasi-aplikasi yang sensitif terhadap delay, seperti Voice dan Video.
4. Untuk merespon terhadap adanya perubahan-perubahan pada aliran traffic di jaringan.

Tingkatan QoS 

Terdapat 3 tingkat QoS yang umum dipakai, yaitu best-effort service, integrated servicedan differentiated service. Ketiga level tersebut akan diuraikan lebih detail dibawah ini.

Best-Effort Service

Best-effort service digunakan untuk melakukan semua usaha agar dapat mengirimkan sebuah paket ke suatu tujuan. Penggunakan best-effort service tidak akan memberikan jaminan agar paket dapat sampai ke tujuan yang dikehendaki. Sebuah aplikasi dapat mengirimkan data dengan besar yang bebas kapan saja tanpa harus meminta ijin atau mengirimkan pemberitahuan ke jaringan. Beberapa aplikasi dapat menggunakan best-effort service, sebagai contohnya FTP dan HTTP yang dapat mendukung best-effort service tanpa mengalami permasalahan. Untuk aplikasi-aplikasi yang sensitif terhadap network delay, fluktuasi bandwidth, dan perubahan kondisi jaringan, penerapan best-effort service bukanlah suatu tindakan yang bijaksana. Sebagai contohnya aplikasi telephony pada jaringan yang membutuhkan besar bandwidth yang tetap, 0agar dapat berfungsi dengan baik; dalam hal ini penerapan best-effort akan mengakibatkan panggilan telephone gagal atau terputus.

Integrated Service

Model integrated service menyediakan aplikasi dengan tingkat jaminan layanan melalui negosiasi parameter-parameter jaringan secara end-to-end. Aplikasi-aplikasi akan meminta tingkat layanan yang dibutuhkan untuk dapat beroperasi dan bergantung pada mekanisme QoS untuk menyediakan sumber daya jaringan yang dimulai sejak permulaan transmisi dari aplikasi-aplikasi tersebut. Aplikasi tidak akan mengirimkan trafik, sebelum menerima tanda bahwa jaringan mampu menerima beban yang akan dikirimkan aplikasi dan juga mampu menyediakan QoS yang diminta secara end-to-end. Untuk itulah suatu jaringan akan melakukan suatu proses yang disebut admission control. Admission control adalah suatu mekanisme yang mencegah jaringan mengalami over-loaded. Jika QoS yang diminta tidak dapat disediakan, maka jaringan tidak akan mengirimkan tanda ke aplikasi agar dapat memulai untuk mengirimkan data. Jika aplikasi telah memulai pengiriman data, maka sumber daya pada jaringan yang sudah dipesan aplikasi tersebut akan terus dikelola secara end-to-end sampai aplikasi tersebut selesai.

Differentiated Service

Model terakhir dari QoS adalah model differentiated service. Differentiated servicemenyediakan suatu set perangkat klasifikasi dan mekanisme antrian terhadap protokol-protokol atau aplikasi-aplikasi dengan prioritas tertentu di atas jaringan yang berbeda.Differentiated service bergantung pada kemampuan edge router untuk memberikan klasifikasi dari paket-paket yang berbeda tipenya yang melewati jaringan. Trafik jaringan dapat diklasifikasikan berdasarkan alamat jaringan, protocol dan port, ingress interface, atau klasifikasi lainnya selama masih didukung oleh standard access list atau extended access list.

Parameter QoS

Performansi mengacu ke tingkat kecepatan dan keandalan penyampaian berbagai jenis beban data di dalam suatu komunikasi. Performansi merupakan kumpulan dari beberapa parameter besaran teknis, yaitu :

1. Throughput, yaitu kecepatan (rate) transfer data efektif, yang diukur dalam bps.Troughput merupakan jumlah total kedatangan paket yang sukses yang diamati padadestination selama interval waktu tertentu dibagi oleh durasi interval waktu tersebut.

2. Packet Loss, merupakan suatu parameter yang menggambarkan suatu kondisi yang menunjukkan jumlah total paket yang hilang, dapat terjadi karena collision dan congestionpada jaringan dan hal ini berpengaruh pada semua aplikasi karena retransmisi akan mengurangi efisiensi jaringan secara keseluruhan meskipun jumlah bandwidth cukup tersedia untuk aplikasi-aplikasi tersebut. Umumnya perangkat jaringan memiliki bufferuntuk menampung data yang diterima. Jika terjadi kongesti yang cukup lama, buffer akan penuh, dan data baru tidak akan diterima.

Packet loss

3. Delay (latency), adalah waktu yang dibutuhkan data untuk menempuh jarak dari asal ke tujuan. Delay dapat dipengaruhi oleh jarak, media fisik, kongesti atau juga waktu proses yang lama. Adapun komponen delay adalah sebagai berikut:

Komponen delay

Ilustrasi Delay dalam telekomunikasi

One-Way Delay/Latensi

4. Jitter, atau variasi kedatangan paket, hal ini diakibatkan oleh variasi-variasi dalam panjang antrian, dalam waktu pengolahan data, dan juga dalam waktu penghimpunan ulang paket-paket di akhir perjalanan jitter. Jitter lazimnya disebut variasi delay,berhubungan eart dengan latency, yang menunjukkan banyaknya variasi delay pada taransmisi data  di jaringan. Delay antrian pada router dan switch dapat menyebabkanjitter.

Jitter

5. MOS (Mean Opinion Score)

Kualitas sinyal yang diterima biasanya diukur secara subjektif dan objektif. Metoda pengukuran subyektif yang umum dipergunakan dalam pengukuran kualitas speech coderadalah ACR (Absolute Category Rating) yang akan menghasilkan nilai MOS (Mean Opinion Score). Tes subyektif ACR meminta pengamat untuk menentukan kualitas suatuspeech coder tanpa membandingkannya dengan sebuah referensi. Skala rating umumnya mempergunakan penilaian yaitu beruturut – turut: Exellent, Good, Fair, Poor dan Baddengan nilai MOS (Mean Opinion Score) berturut – turut: 5, 4, 3, 2 dan 1. Kualitas suara minimum mempunyai nilai setara MOS 4.0.

6. Echo Cancelation

Untuk menjamin kualitas layanan voice over packet terutama disebabkan oleh echo karena delay yang terjadi pada jaringan paket maka perangkat harus menggunakan teknik echo cancelation. Persyaratan performansi yang diperlukan untuk echo cancellerharus mengacu standar internasional ITU G.165 atau G.168.

7. Post Dial Delay

PDD (Post-Dial Delay) yang diijinkan kurang dari 10 detik dari saat digit terakhir yang dimasukkan sampai mendapatkan ringing back. 

Penyebab QoS Yang Buruk

Terdapat beberapa faktor pengganggu dalam jaringan yang menyebabkan turunya nilai QoS, yaitu :

• Redaman, yaitu jatuhnya kuat sinyal karena pertambahan jarak pada media transmisi. Setiap media transmisi memiliki redaman yang berbeda-beda, tergantung dari bahan yang digunakan. Untuk mengatasi hal ini, perlu digunakan repeater sebagai penguat sinyal. Pada daerah frekuensi tinggi biasanya mengalami redaman lebih tinggi dibandingkan pada daerah frekuensi rendah.

• Distorsi, yaitu fenomena yang disebabkan bervariasinya kecepatan propagasi karena perbedaan bandwidth. Untuk itu, dalam komunikasi dibutuhkan bandwidth transmisi yang memadai dalam mengakomodasi adanya spektrum sinyal. Dianjurkan digunakan pemakaian bandwidth yang seragam, sehingga distorsi dapat dikurangi.

Ilustrasi pengaruh bandwith terhadap distorsi

Analogi Bandwidth

• Noise
• Noise ini sangat berbahaya, karena jika terlalu besar akan dapat mengubah data asli yang dikirimkan.

Jenis-jenis noise dalam jaringan :

a.    Thermal noise

ü  Terjadi pada media transmisi bila suhunya diatas suhu mutlak (0ºK)

ü  Akibat pergerakan elektron secara random dan memiliki karakteristik energi terdistribusi seragam

ü  Menjadi faktor yang menentukan batas bawah sensitifitas sistem penerima

b.    Intermodulation noise

ü  Terjadi karena ketidak-linieran komponen transmitter dan receiver

ü  Sinyal output merupakan penjumlahan dan perbedaan dari sinyal input

ü  Sistem diharapkan linear sehingga sinyal output = sinyal input

c.    Impulse noise

ü  Pulsa-pulsa iregular atau spikes

ü  Durasi pendek

ü  Amplituda tinggi

ü  Pengaruh kecil pada komunikasi telepon analog

ü  Pengaruh besar pada komunikasi data

d.    Crosstalk

ü  Gandengan yang tidak diinginkan antar lintasan sinyal → media metal (twisted pair & koaksial)

ü  Penyebab:

4  Gandengan elektris

4  Pengendalian respon frekuensi yang buruk

ü  Contoh : ketika bertelepon, kita mendengarkan percakapan lain

e.    Echo

ü  Terjadi ketika sinyal yang dikirim oleh transmitter kembali (feedback) kepadanya.

Perbaikan QoS

Dalam usaha menjaga dan meningkatkan nilai QoS, dibutuhkan teknik untuk menyediakan utilitas jaringan, yaitu dengan mengklasifikasikan dan memprioritaskan setiap informasi sesuai dengan karakteristiknya masing-masing. Contohnya, terdapat paket data yang bersifat sensitif terhadap delay tetapi tidak sensitif terhadap packet loss seperti VoIP, ada juga paket yang bersifat sensitif terhadap packet loss tetapi tidak sensitif terhadap delay seperti transfer data. Untuk itu perlu dilakukan pengklasifikasian paket dan pengurutan prioritas paket dari yang paling tinggi sampai terendah.

Klasifikasi dan Prioritas Paket

Ilustrasi komunikasi dengan QoS dan tanpa QoS

Pada sebuah jaringan yang mempunyai banyak client, diperlukan sebuah mekanisme pengaturan bandwidth dengan tujuan mencegah terjadinya monopoli penggunaan bandwidth sehingga semua client bisa mendapatkan jatah bandwidth masing-masing. QOS(Quality of services) atau lebih dikenal dengan Bandwidth Manajemen, merupakan metode yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan tersebut.
Pada RouterOS Mikrotik penerapan QoS bisa dilakukan dengan fungsi Queue.

Limitasi Bandwidth Sederhana

Cara paling mudah untuk melakukan queue pada RouterOS adalah dengan menggunakan Simple Queue. Kita bisa melakukan pengaturan bandwidth secara sederhana berdasarkan IP Address client dengan menentukan kecepatan upload dan download maksimum yang bisa dicapai oleh client.

Contoh :
Kita akan melakukan limitasi maksimal upload : 128kbps dan maksimal download : 512kbps terhadap client dengan IP 192.168.10.2 yang terhubung ke Router. Parameter Target Address adalah IP Address dari client yang akan dilimit. Bisa berupa :

• Single IP (192.168.10.2)
• Network IP (192.168.10.0/24)
• Beberapa IP (192.168.10.2,192.168.10.13) dengan menekan tombol panah bawah kecil di sebelah kanan kotak isian.

Penentuan kecepatan maksimum client dilakukan pada parameter target upload dan target download max-limit. Bisa dipilih dengan drop down menu atau ditulis manual. Satuan bps (bit per second).

Dengan pengaturan tersebut maka Client dengan IP 192.168.10.2 akan mendapatkan kecepatan maksimum Upload 128kbps dan Download 256kbps dalam keadaan apapun selama bandwidth memang tersedia.

Metode Pembagian Bandwidth Share

Selain digunakan untuk melakukan manajemen bandwidth fix seperti pada contoh sebelumnya, kita juga bisa memanfaatkan Simple Queue untuk melakukan pengaturan bandwidth share dengan menerapkan Limitasi Bertingkat. 

Contoh : 
Kita akan melakukan pengaturan bandwidth sebesar 512kbps untuk digunakan 3 client.
Konsep: 

1. Dalam keadaan semua client melakukan akses, maka masing-masing client akan mendapat bandwidth minimal 128kbps.
2. Jika hanya ada 1 Client yang melakukan akses, maka client tersebut bisa mendapatkan bandwidth hingga 512kbps.
3. Jika terdapat beberapa Client (tidak semua client) melakukan akses, maka bandwidth yang tersedia akan dibagi rata ke sejumlah client yg aktif.

Topologi Jaringan

Router kita tidak tahu berapa total bandwidth real yang kita miliki, maka kita harus definisikan pada langkah pertama. Pendefinisian ini bisa dilakukan dengan melakukan setting Queue Parent. Besar bandwidth yang kita miliki bisa diisikan pada parameter Target Upload Max-Limit dan Target Download Max-Limit.

Langkah selanjutnya kita akan menentukan limitasi per client dengan melakukan setting child-queue.
Pada child-queue kita tentukan target-address dengan mengisikan IP address masing-masing client. Terapkan Limit-at (CIR) : 128kbps dan Max-Limit (MIR) : 512kbps. Arahkan ke Parent Total Bandwidth yang kita buat sebelumnya.

Ulangi untuk memberikan limitasi pada client yang lain, sesuaikan Target-Address.

Selanjutnya lakukan pengetesan dengan melakukan download di sisi client.
Pada gambar berikut menunjukkan perbedaan kondisi penggunaan bandwidth client setelah dilakukan limitasi bertingkat

Kondisi 1

Kondisi 1 menunjukkan ketika hanya 1 client saja yg menggunakan bandwidth, maka Client tersebut bisa mendapat hingga Max-Limit.
Perhitungan : Pertama Router akan memenuhi Limit-at Client yaitu 128kbps. Bandwitdh yang tersedia masih sisa 512kbps-128kbps=384kbps. Karena client yang lain tidak aktif maka 384kbps yang tersisa akan diberikan lagi ke Client1 sehingga mendapat 128kbps+384kbps =512kbps atau sama dengan max-limit.

Kondisi 2

Kondisi 2 menggambarkan ketika hanya 2 client yang menggunakan bandwidth.

Perhitungan : Pertama router akan memberikan limit-at semua client terlebih dahulu. Akumulasi Limit-at untuk 2 client = 128kbps x 2 =256kbps . Bandwidth total masih tersisa 256kbps. Sisa diberikan kemana.? Akan dibagi rata ke kedua Client.
Sehingga tiap client mendapat Limit-at + (sisa bandwidth / 2) = 128kbps+128kbps =256kbps

Kondisi 3

Kondisi 3 menunjukkan apabila semua client menggunakan bandwidth.

Perhitungan: Pertama Router akan memenuhi Limit-at tiap client lebih dulu, sehingga bandwidth yang digunakan 128kbps x 3 = 384kbps. Bandwidth total masih tersisa 128kbps. Sisa bandwidth akan dibagikan ke ketiga client secara merata sehingga tiap client mendapat 128kbps + (128kbps/3) = 170kbps.

Pada Limitasi bertingkat ini juga bisa diterapkan Priority untuk client. Nilai priority queue adalah 1-8 dimana terendah 8 dan tertinggi 1.

Contoh : 
Client 1 adalah VVIP user, maka bisa diberikan Priority 1 (tertinggi).

Jika kita menerapkan priority perhitungan pembagian bandwidth hampir sama dengan sebelumnya. Hanya saja setelah limit-at semua client terpenuhi, Router akan melihat priority client. Router akan mencoba memenuhi Max-Limit client priority tertinggi dengan bandwidth yang masih tersedia.

Perhitungan: Client 1 mempunyai priority tertinggi maka router akan mencoba memberikan bandwidth sampai batas Max-Limit yaitu 512kbps. Sedangkan bandwidth yang tersisa hanya 128kbps, maka Client1 mendapat bandwidth sebesar Limit-at + Sisa Bandwidth = 128kbps+128kbps = 256kbps
Konsep pembagian bandwidth ini mirip ketika anda berlangganan internet dengan sistem Bandwidth share.
Limitasi bertingkat juga bisa diterapkan ketika dibutuhkan sebuah pengelompokkan pembagian bandwidth.

Tampak pada gambar, limitasi Client1 dan Client3 tidak menganggu limitasi Client2 karena sudah berbeda parent. Perhatikan max-limit pada Limitasi Manager dan Limitasi Staff.

Bypass Traffic Lokal

Ketika kita melakukan implementasi Simple Queue, dengan hanya berdasarkan target-address, maka Router hanya akan melihat dari mana traffic itu berasal. Sehingga kemanapun tujuan traffic nya (dst-address) tetap akan terkena limitasi. Tidak hanya ke arah internet, akan tetapi ke arah jaringan Lokal lain yang berbeda segment juga akan terkena limitasi.

Contoh :

• IP LAN 1 : 192.168.10.0/24
• IP LAN 2 : 192.168.11.0/24

Jika hanya dibuat Simple Queue dengan target-address : 192.168.10.0/24, traffic ke arah 192.168.11.0/24 juga akan terlimit. Agar traffic ke arah jaringan lokal lain tidak terlimit, kita bisa membuat Simple Queue baru dengan mengisikan dst-address serta tentukan Max-Limit sebesar maksimal jalur koneksi, misalnya 100Mbps. Kemudian letakkan rule tersebut pada urutan teratas (no. 0).

Rule Simple Queue dibaca dari urutan teratas (no. 0) sehingga dengan pengaturan tersebut traffic dari LAN1 ke LAN2 dan sebaliknya maksimum transfer rate sebesar 100Mbps atau setara dengan kecepatan kabel ethernet.

Daftar Pustaka 

https://azzanet03.wordpress.com/manajemen-bandwidth-menggunakan-simple-queue/
http://hendrawaskitha.blogspot.com/2014/06/quality-of-service-qos.html