Photo credit: www.freedigitalphotos.net

Pernah satu waktu saya ke toko komputer buat beli switch, tapi sama penjualnya disodorkan hub. Saya bilang switch bukan hub, penjualnya bilang sama saja karena bentuknya sama.
Tentu saja saya maklum karena memang penjaga toko komputer tidak belajar jaringan, jadi tidak paham kalau hub itu perangkat jaringan layer 1 dan switch perangkat layer 2. Tapi, Saya juga pernah menemui beberapa orang yang belajar jaringan komputer tapi kurang memahami dasar jaringan.

Buat mereka yang mau jadi praktisi jaringan atau bahasa kerennya network engineer tentu saja harus paham dasar jaringan. Bagaimana perangkat-perangkat jaringan itu dihubungkan, bagaimana cara kerjanya, dan seterusnya.

Kalau belajar jaringan komputer, yang paling pertama harus dipahami adalah OSI Model. OSI (Open Systems Interconnections) model adalah pembagian segmen-segmen jaringan, ada 7 lapis atau layer dalam satu jaringan menurut OSI.
Jadi kalau diumpamakan jaringan itu seperti institusi, ada departemen-departemen tertentu yang tugasnya beda-beda tapi saling berhubungan. Begitu juga jaringan, layer-layer itu tugasnya juga beda-beda.

Saya waktu pertama kali mempelajari jaringan, konsep 7 layer ini buat saya waktu itu terasa asing. Saya menghabiskan berhari-hari untuk membaca tentang ini, dan akhirnya tidak bisa paham juga. Akhirnya, ada titik terang waktu Saya langsung berpraktek membuat jaringan dan dari sini konsep layer jaringan mulai Saya pahami.

Seperti disebutkan, OSI membagi jaringan kedalam 7 lapisan atau 7 layer. Dan karena konteks tulisan ini jaringan komputer, maka kita akan batasi saja dari layer 1 sampai layer 3. Layer 4 sampai 7 tidak akan dibahas karena tidak begitu berkaitan dengan jaringan.

Pengenalan layer OSI 1, 2, dan 3

Pada tulisan ini, saya akan coba jelaskan masing-masing layer dari layer 1 sampai layer 3 termasuk fungsi serta contoh protokol yang berjalan di masing-masing layer.
Masing-masing layer OSI mempunyai nama:

• Layer 1 : Physical layer atau lapisan fisik jaringan.
• Layer 2 : Data link layer atau lapisan link jaringan.
• Layer 3 : Network layer.

Untuk memberi gambaran apa dan bagaimana layer-layer itu, saya analogikan layer-layer di atas ke proses pengiriman paket barang. Misalnya, saya mau kirim paket dari kota Balikpapan ke Papua. Proses bagaimana cara supaya paket tersebut bisa sampai itu sama seperti proses routing di jaringan komputer. Saya bisa pakai jasa kurir, kemudian paket Saya itu dibawa ke bandara pakai mobil, kemudian diterbangkan yang mungkin saja ada transit di kota Makassar, dan seterusnya sampai akhirnya paket tersebut diterima di Papua.

Dari analogi diatas, saya umpamakan layer 1 adalah jalan. Jalan ini bentuknya bisa darat, laut atau udara.
Layer 2 adalah kendaraan. Kendaraan bisa mobil, pesawat, sepeda motor, atau kapal.
Sedangkan layer 3 adalah jasa kurir paket itu. Dan dalam jaringan, paket yang dikirim itu disebut payload.

Kembali ke OSI, layer 1 itu dinamakan layer fisik, atau bagaimana jaringan bisa terhubung secara fisik. Fisik jaringan bisa berupa kabel tembaga, seperti kabel telepon atau kabel UTP, bisa juga pakai wireless tanpa kabel, atau bisa juga dengan kabel fiber optic yang menggunakan cahaya.

Layer 2, atau layer data link adalah bagaimana jaringan terhubung melalui data link. Di layer ini ada perangkat-perangkat yang terhubung secara link, perangkat layer 2 contohnya switch dan bridge. Perangkat di layer 2 ini masing-masing punya identitas yang disebut MAC address.

Layer 3, atau layer network. Perangkat-perangkat jaringan yang termasuk di layer ini seperti router, PC, laptop, server, smartphone dan sebagainya. Perangkat di layer ini masing-masing juga punya identitas yang unik yang namanya IP address atau alamat IP.

Coba kita lihat gambar di bawah

Gambar di atas itu cuma satu jaringan sederhana, bagaimana HOST A bisa berkomunikasi dengan HOST B.
HOST A, HOST B, dan ROUTER X adalah perangkat layer 3. Sedangkan SWITCH 1 dan SWITCH 2 ada di layer 2. Masing-masing garis berwarna merepresentasikan layer. Layer 1 dengan garis hitam, layer 2 dengan garis merah dan layer 3 dengan garis biru. Seperti terlihat, biarpun jaringan di gambar satu tapi kalau dilihat dari masing-masing layer ternyata ada banyak jaringan. Ada empat jaringan layer 1, dua jaringan layer 2 dan satu jaringan layer 3.

Empat jaringan layer 1 tersebut adalah:

1. HOST A ke SWITCH 1
2. SWITCH 1 ke ROUTER X
3. ROUTER X ke SWITCH 2
4. SWITCH 2 ke HOST B

Dua jaringan layer 2:

1. HOST A ke SWITCH 1 ke ROUTER X
2. ROUTER X ke SWITCH 2 ke HOST B

Satu jaringan layer 3:

1. HOST A ke ROUTER X ke HOST B

Penting untuk diingat, setiap perangkat di layer tertentu harus mempunyai jaringan layer dibawahnya tapi tidak sebaliknya. Misalnya, perangkat layer 3 harus punya jaringan layer 2 dan jaringan layer 1, tapi perangkat layer 2 tidak harus punya jaringan layer 3.
Ingat lagi analogi pengiriman paket di atas, kendaraan yang ada di layer dua harus punya jaringan layer 1 atau ada jalannya tapi tidak sebaliknya. Kurir butuh kendaraan, dan kendaraan perlu jalan. Tapi sebaliknya tidak, jalanan tidak perlu ada mobilnya, dan mobil tidak butuh kurir.

Kemudian setiap jaringan cuma aware jaringan yang berada satu layer dan tidak peduli jaringan dibawahnya. Dalam contoh gambar, HOST A, HOST B dan ROUTER X yang ada di layer 3 tidak akan melihat jaringan layer 2 dan layer 1. Jadi biarpun SWITCH 1 dan SWITCH 2 di layer 2 diganti dengan perangkat bridge, perangkat layer 3 tidak akan tahu atau mempermasalahkannya.
Begitu juga layer 2, tidak akan mempermasalahkan media transmisi di layer 1, apakah itu terhubung lewat kabel optik, kabel tembaga atau wireless.

Di masing-masing layer jaringan, ada beberapa protokol yang bisa berjalan di layer tersebut, dan dalam artikel ini kita akan pakai contoh yang umum dipakai. Kita hanya akan ambil contoh di layer 2 dan 3, sedangkan layer 1 atau layer fisik tidak karena layer 1 tidak ada protokol jaringan, layer 1 itu fisika sekali.
Di layer 2, protokol yang umum dipakai di jaringan sekarang adalah protokol Ethernet sedangkan di layer 3 yang umum adalah protokol IP. Nanti kita bahas protokol-protokol ini.

Sedikit tentang IP (Internet Protocol), ketika disebut IP maka kebanyakan dari kita berpikir ip address semisal 192.168.1.1. Ini kesalahan yang membingungkan, yang dimaksud dengan IP adalah protokol Internet, sedangkan 192.168.1.1 disebut alamat IP atau IP address, hanya saja kebanyakan orang menyebutnya dengan IP saja dan menyebabkan kebingungan buat yang tidak paham.
Kalau misalnya IP adalah perumahan, maka alamat IP adalah alamat rumah, sesuatu yang berbeda. Dan supaya tidak tambah bingung, di artikel ini dibedakan antara IP dan IP address.

Protokol Ethernet dan Protokol IP

Kita bahas dari layer 1 dulu. Di layer 1 atau layer fisik, media transmisi jaringan bisa berupa kabel entah itu kabel tembaga atau kabel fiber optic, atau bisa juga wireless.

Cara kerjanya, kalau kita ingat atau pernah belajar sandi Morse, kurang lebih seperti itu. Jadi data atau dalam Morse berupa huruf dikodekan ke dalam signal-signal. Di kabel tembaga, signal ini dikodekan ke dalam aliran listrik. Di kabel optik, data atau paket atau payload itu akan dikodekan dengan signal menggunakan gelombang cahaya. Sedangkan di wireless, signal dikodekan menggunakan gelombang elektromagnetik yang ada di rentang frekuensi radio, yang umum ada di frekuensi radio 2,4 GHz dan 5,8 GHz.
Kemudian perangkat layer 1 yang menerima signal-signal kode tersebut akan menerjemahkan kode yang diterima untuk kemudian diteruskan ke layer diatasnya yaitu layer 2.

Di layer 2, ada protokol Ethernet. Di protokol ini, paket Ethernet mempunyai alamat asal dan alamat tujuan. Alamat tersebut disebut alamat MAC (Media Access Control) atau MAC Address. Format alamat MAC adalah 48 bit bilangan heksadesimal. Contohnya 80:c1:6e:59:2e:43, ini alamat MAC laptop Saya. Seperti dijelaskan sebelumnya, setiap perangkat layer 2 punya MAC Address yang unik.

Ambil contoh dalam perangkat switch dengan 8 buah port, alamat-alamat MAC yang bertetangga dengan switch tersebut dan yang berada dalam satu jaringan layer 2 disimpan di tabel yang disebut FDB (forwarding database) dan dari database ini bisa diketahui alamat MAC A terhubung di port 1 misalnya. Jadi waktu ada paket datang ke switch itu, dan tujuan alamat MAC A maka paket tersebut akan dikirimkan melalui port 1, bukan port yang lain.

Di layer 3, ada protokol IP. Ini adalah protokol yang kita gunakan saat ini untuk berkomunikasi dengan jaringan seluruh dunia. Di protokol IP, juga ada alamat asal dan tujuan yang disebut alamat IP, 192.168.1.1 contohnya.
Misalnya untuk mengakses Youtube yang ada di server Google, paket yang kita kirimkan akan melewati banyak perangkat layer 3 berupa router. Router-router ini tidak melihat alamat asal, hanya alamat IP tujuan yang dilihat. Paket yang kita kirim ke Google terlebih dulu akan dikirim ke router Telkom kalau berlangganan Telkom. Kemudian dari Telkom dikirim lagi ke router Telin, begitu seterusnya sampai diterima di alamat IP tujuan terakhir yaitu server Google.

Kemudian yang perlu diingat juga, paket Ethernet hanya bisa berada di layer 2. Karena itu paket Ethernet tidak bisa melewati sebuah router karena router itu perangkat layer 3.

Perhatikan gambar dibawah:

Gambar di atas itu adalah gambar jaringan Ethernet di layer 2. Dengan jaringan seperti itu, BRIDGE 1 bisa berkomunikasi dengan BRIDGE 2 lewat protokol Ethernet.

Sekarang, bagaimana kalau di jaringan itu ditempatkan router di tengahnya.

Dengan adanya router, karena router itu perangkat layer 3, maka jaringan Ethernet terputus dan terbagi jadi dua jaringan Ethernet. Kalau seperti ini, BRIDGE 1 tidak lagi bisa berkomunikasi dengan BRIDGE 2 karena sudah beda jaringan.

Sampai di sini mungkin timbul pertanyaan, kenapa harus ada jaringan Ethernet dan jaringan IP? bukankah cara kerja dua jaringan itu hampir sama? dan kenapa kita tidak pakai salah satu jaringan saja?
Baik, kita akan coba bahas itu.

Perbedaan jaringan Ethernet dan jaringan IP, jaringan Ethernet lebih simple dibanding IP. Karena simple-nya itu dan karena Ethernet ada di layer 2, jaringan Ethernet lebih cepat dibanding jaringan IP di layer 3.
Tapi, juga karena simple-nya Ethernet itu, jaringan jadi susah diatur dibandingkan IP. Mengatur jalur rute paket Ethernet lebih sulit, mengatur keamanan jaringan Ethernet juga lebih sulit dibanding jaringan IP. Intinya, jaringan Ethernet itu rawan error dan mencari sumber masalah di jaringan Ethernet jauh lebih sulit dari jaringan IP.

Saya pernah menangani jaringan wireless, hanya sekitar 20 perangkat jaringan yang terkoneksi lewat jaringan Ethernet. Waktu itu salah satu perangkat radio bermasalah dan menyebabkan broadcast storm, satu jaringan itu jadi down karena ini. Mencari sumber masalahnya pun perlu waktu lama.
Bisa dibayangkan, dari sekitar 20 perangkat yang saling terhubung, satu saja yang bermasalah dan satu jaringan bisa mati karena itu. Bagaimana kalau ada ratusan bahkan ribuan perangkat yang terkoneksi lewat jaringan Ethernet?

Di sisi lain, jaringan IP memang sedikit lebih lambat dibanding Ethernet tapi menawarkan fitur yang tidak ada di Ethernet. Dari segi manajemen, monitoring, dan troubleshooting, jaringan IP lebih mudah. Karena itu, saat ini protokol Internet yang kita pakai dan dipakai di seluruh dunia pakai protokol IP karena IP lebih cocok untuk jaringan yang besar.

Lalu apakah jaringan IP bebas masalah? jawabannya tidak. Kalau Anda pernah ingat di bulan November tahun 2012, layanan Google sempat tidak bisa diakses oleh sebagian besar pengguna Internet di dunia selama kurang lebih setengah jam. Dan setelah ditelusuri, penyebabnya karena kesalahan konfigurasi router dari ISP Moratelindo di Indonesia, baca beritanya di sini

Sebenarnya, dengan memakai protokol IP maka secara otomatis jaringan juga memakai jaringan Ethernet. Hanya saja, jaringan Ethernet tersebut dipotong-potong menjadi jaringan kecil dan banyak sehingga gampang diatur. Setiap layer tertentu memerlukan layer di bawahnya, ingat?
Lihat kembali gambar terakhir dimana kita tempatkan router di tengah-tengah jaringan Ethernet, dan jaringan Ethernet itu terbagi jadi dua. Dengan begitu, ketika ada problem di jaringan Ethernet yang satu, maka jaringan Ethernet yang kedua tidak terpengaruh.

Proses Routing paket IP

Mari sekali lagi lihat gambar jaringan IP yang pertama. Misal HOST A mau kirim data ke HOST B, maka prosesnya seperti di bawah:

HOST A

1. Encapsulation. Pertama, data yang akan dikirim terlebih dulu harus dibungkus ke paket yang disebut paket IP. Proses ini namanya encapsulation.
2. Routing table lookup. Setelah jadi paket IP, dicari tahu bagaimana caranya paket IP tersebut bisa sampai ke HOST B, atau mencari jalur rute yang harus dilewati, proses ini disebut routing table lookup. Dari proses ini bisa diketahui bahwa untuk mengirim paket ke HOST B, terlebih dulu paket IP harus dikirim ke ROUTER X.
3. Address resolution. Setelah diketahui bahwa paket harus dikirim ke ROUTER X, tugas selanjutnya mencari tahu alamat MAC ROUTER X. Proses ini disebut Address Resolution, Protokolnya disebut ARP (Address Resolution Protocol). Proses address resolution berjalan di layer 2.
4. Encapsulation. Paket IP yang akan dikirim ke alamat MAC ROUTER X itu dibungkus lagi kedalam paket Ethernet. Berbeda dengan encapsulation yang pertama yang membungkus data ke paket IP, encapsulation yang kedua membungkus paket IP ke paket Ethernet dan ditujukan ke alamat MAC ROUTER X.
5. Setelah diketahui alamat MAC ROUTER X, selanjutnya dicari tahu bagaimana cara mengirim paket Ethernet ke alamat MAC ROUTER X. Dari sini diketahui kalau mau kirim paket Ethernet ke ROUTER X, paket Ethernet itu harus dikirim melalui kabel.
6. Data Transmission. Ini adalah proses pengiriman data dan proses ini ada di layer 1. Paket akan dikodekan ke signal-signal listrik melalui kabel yang terhubung ke SWITCH 1.

SWITCH 1

1. Di layer 1, signal diterima dan diterjemahkan ke paket Ethernet untuk kemudian diteruskan ke layer diatasnya, yaitu layer 2.
2. Di layer 2, protokol Ethernet akan melihat kemana alamat tujuan paket Ethernet itu. Karena alamat tujuan adalah MAC address ROUTER X, maka paket dikembalikan ke layer 1 untuk dikirim ke ROUTER X.
3. Di layer 1, paket dikirim dengan signal listrik lewat kabel yang terhubung ke ROUTER X.
4. Langkah-langkah dari 1 sampai 3 disebut switching.

ROUTER X

1. Di layer 1, signal diterima, diterjemahkan ke paket Ethernet dan diteruskan ke layer 2.
2. Di layer 2, paket Ethernet diperiksa tujuannya. Karena alamat MAC tujuan untuk ROUTER X sendiri, maka paket Ethernet tidak diteruskan tapi dibuka. Setelah dibuka, dan karena isinya adalah paket IP, maka paket IP ini kemudian diteruskan ke layer 3.
3. Di layer 3, paket IP akan dilihat alamat IP tujuannya dan ternyata tujuan paket IP itu bukan ke ROUTER X, tapi ke HOST B.
4. Routing table lookup, mencari rute ke HOST B.
5. Di layer 2, address resolution, mencari alamat MAC HOST B.
6. Encapsulation. Paket ip kembali dibungkus ke paket ethernet, ditujukan ke alamat MAC HOST B.
7. Di layer 1, Transmit. Data dikirim dengan signal-signal lewat kabel yang terhubung ke SWITCH 2.

SWITCH 2

1. Layer 1, menerima signal dan menerjemahkan signal ke paket Ethernet, dan meneruskannya ke layer 2.
2. Di layer 2, paket Ethernet dilihat kemana tujuannya. Tujuan paket ke HOST B, maka dikembalikan ke layer 1.
3. Di layer 1, paket di-transmit atau dikirim ke HOST B dengan signal lewat kabel.

HOST B

1. Layer 1 di HOST B menerima signal, menerjemahkan kode signal tersebut ke paket Ethernet dan meneruskan paket tersebut ke layer 2.
2. Di layer 2, protokol Ethernet melihat kemana tujuan paket itu.
3. Karena alamat MAC tujuan adalah HOST B sendiri maka paket Ethernet dibuka dan kembali menjadi paket IP. Paket IP ini diteruskan ke layer 3.
4. Di layer 3, protokol IP melihat alamat IP tujuan. Karena alamat IP tujuan adalah HOST B sendiri, maka paket dibuka dan diteruskan ke layer di atasnya yaitu layer 4.

Sampai sini paket IP sudah diterima di HOST B, tinggal diproses di layer diatasnya. Tapi karena tulisan ini hanya membatasi sampai layer 3, maka layer diatasnya itu tidak dibahas. Kalau Anda tertarik dengan layer 4, silahkan cari tahu tentang protokol TCP dan protokol UDP.

Begitulah kira-kira proses routing, bagaimana paket IP yang berasal dari HOST A bisa sampai ke HOST B. Proses yang panjang sebenarnya, tapi ternyata semua proses itu memakan waktu hanya sekian mili detik.

Saya harap tulisan ini bisa memberikan pengetahuan dasar bagaimana jaringan komputer itu dibangun. Dan setelah memahami konsep dasar ini, maka pembelajaran jaringan berikutnya seperti switching, bridging, atau routing bisa lebih mudah dimengerti.

Dan terakhir kalau artikel ini dirasa berguna, silahkan di-share ke mereka yang sedang belajar dasar jaringan.

Terima kasih dan selamat belajar jaringan.

Artikel Berkaitan:
Materi lanjutan. Jaringan Layer 3, IP routing
Apa yang terjadi di layer 3? IP routing, routing protocol, dan sedikit dynamic routing protocol