Kategori
Networking

Quality of Service

Definisi QoS

Quality of Service (QoS) atau Kualitas layanan adalah metode pengukuran yang digunakan untuk menentukan kemampuan sebuah jaringan seperti; aplikasi jaringan, host atau router dengan tujuan memberikan network service yang lebih baik dan terencana sehingga dapat memenuhi kebutuhan suatu layanan.

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 faktor 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).

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. QoS merupakan 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 secara kualitatif maupun kuantitatif.

Quality of Service (QoS) merupakan sebuah arsitektur end-to-end dan bukan merupakan sebuah fitur yang dimiliki oleh jaringan. QoS suatu jaringan merujuk pada tingkat kecepatan dan kehandalan penyampaian berbagai jenis data di dalam suatu komunikasi.

Melalui QoS seorang network administrator dapat memberikan prioritas trafik tertentu. QoS menawarkan kemampuan untuk mendefinisikan atribut-atribut layanan yang disediakan, baik secara kualitatif maupun kuantitatif. Tujuan QoS menyediakan kualitas layanan yang berbeda-beda berdasarkan kebutuhan layanan di dalam jaringan.

Berikut definisi dan pengertian QoS dari beberapa sumber buku:

  • Menurut Ningsih dkk (2004), Quality of Service (QoS) adalah kemampuan sebuah jaringan untuk menyediakan layanan yang lebih baik lagi bagi layanan trafik yang melewatinya. QoS digunakan untuk mengukur tingkat kualitas koneksi jaringan TCP/IP internet atau intranet. 
  • Menurut Gunawan (2008), Quality of Service (QoS) adalah kemampuan suatu elemen jaringan, seperti aplikasi jaringan, host, atau router untuk memiliki tingkatan jaminan bahwa elemen jaringan tersebut dapat memenuhi kebutuhan suatu layanan. 
  • Menurut Kamarulloh (2009), Quality of Service (QoS) adalah kemampuan memberikan pelayanan berbeda kepada lalu lintas jaringan dengan kelas-kelas yang berbeda, dengan tujuan memberikan network service yang lebih baik dan terencana dengan dedicated bandwidth, jitter dan latency yang terkontrol dan meningkatkan loss karakteristik. 
  • Menurut Wulandari (2016), Quality of Service (QoS) merupakan metode pengukuran tentang seberapa baik jaringan dan merupakan suatu usaha untuk mendefinisikan karakteristik dan sifat dari satu servis. QoS digunakan untuk mengukur sekumpulan atribut kinerja yang telah dispesifikasikan dan diasosiasikan dengan suatu servis.

Fungsi 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.

Model Layanan QoS

Terdapat 3 tingkat QoS yang umum dipakai, yaitu best-effort service, integrated service dan 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, agar 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 service menyediakan 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, protokol dan port, ingress interface, atau klasifikasi lainnya selama masih didukung oleh standard access list atau extended access list.

Jenis-jenis QoS 

Terdapat tiga jenis Quality of Service (QoS), yaitu sebagai berikut:

  • Intrinsic QoS 

Intrinsic QoS merupakan kualitas layanan jaringan yang di dapat melalui: 

1. Desain teknis jaringan yang menentukan karakteristik koneksi yang melalui jaringan. 
2. Kondisi akses jaringan, terminasi, link antar switch yang menentukan suatu jaringan akan memiliki kapasitas yang memadai untuk menangani semua permintaan pengguna. 
Dengan kata lain, intrinsic QoS tersebut dapat dideskripsikan dengan parameter-parameter kinerja suatu jaringan, seperti latency, throughput, dan lain-lain.

  • Perceived QoS 

Perceived QoS merupakan kualitas layanan jaringan yang diukur ketika suatu layanan digunakan. Perceived QoS sangat tergantung dari kualitas intrinsic QoS dan pengalaman pengguna pelayanan yang sejenis, namun Perceived QoS ini diukur dengan nilai mean option score (MOS) dari pengguna.

  • Assessed QoS 

Assessed QoS merujuk kepada seberapa besar keinginan pengguna untuk terus menikmati suatu layanan tertentu. Hal ini berdampak pada keinginan pengguna untuk membayar jasa atas layanan yang dinikmatinya. Assessed QoS ini sangat tergantung dari perceived QoS masing-masing pengguna.

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. Throughput merupakan jumlah total kedatangan paket yang sukses yang diamati pada destination selama interval waktu tertentu dibagi oleh durasi interval waktu tersebut.

 Adapun standar Throughput menurut TIPHON adalah sebagai berikut:

2. Packet Loss adalah parameter yang menggambarkan suatu kondisi yang menunjukkan jumlah total paket yang hilang. Paket yang hilang ini dapat terjadi karena collision dan congestion pada jaringan. Packet Loss merupakan kegagalan transmisi paket data mencapai tujuannya yang disebabkan oleh beberapa kemungkinkan, antara lain yaitu:

  • Terjadinya overload trafik didalam jaringan.
  • Tabrakan (congestion) dalam jaringan. 
  • Error yang terjadi pada media fisik.
  • Kegagalan yang terjadi pada sisi penerima antara lain bisa disebabkan karena Overflow yang terjadi pada buffer.
 

Packet loss dapat terjadi karena kesalahan yang diperkenalkan oleh medium transmisi fisik. Hal-hal yang mempengaruhi terjadinya packet loss juga bisa karena kondisi geografis seperti kabut, hujan, gangguan radio frequensi, sel handoff selama roaming, dan interferensi seperti pohon-pohon, bangunan, dan pegunungan.

Packet Loss dihitung berdasarkan persentase paket yang berhasil dikirim, dirumuskan sebagai berikut:

 Adapun standar packet loss menurut TIPHON adalah sebagai berikut:

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. Delay di dalam jaringan terdiri dari delay processing, delay packetization, delay serialization, delay jitter buffer dan delay network. Adapun standar latency menurut TIPHON adalah sebagai berikut:

Delay dalam TCP/IP golongkan menjadi beberapa berikut:
 
a. Packetization Delay
Delay yang disebabkan oleh waktu yang diperlukan untuk proses pembentukan paket IP dari informasi user. Delay ini hanya terjadi sekali yaitu di source informasi.
b. Queuing Delay
Delay ini disebabkan oleh proses yang diperlukan oleh router dalam menangani antrian transmisi paket di sepanjang jaringan. Umumnya delay ini sangat kecil kurang lebih 100 microsecond.
c. Delay Propagasi
Proses perjalanan informasi selama di dalam media transmisi misalnya SDH, coax atau tembaga menyebabkan delay yang disebut delay propagasi. Mengukur waktu yang dibutuhkan sedikit untuk melakukan perjalanan dari sumber ke tujuan. Waktu propagasi dihitung dengan membagi jarak dengan kecepatan propagasi. Kecepatan propagasi sinyal elektromagnetik bergantung pada medium dan frekuensi sinyal. Misalnya, dalam ruang hampa udara, cahaya yang disebarkan dengan kecepatan 3 x 10^8 m/s
 
d. Transmission Delay
Transmission Delay adalah waktu yang diperlukan suatu data ketika melintasi suatu media. Transmission delay ditentukan oleh kecepatan media dan besar data. 
 
e. Processing Delay
Processing delay adalah waktu suatu router untuk melihat rute, mengubah header dan tugas switching lainnya.
 
Sehingga rumus untuk delay (latency) secara umum  didapatkan sebagai berikut :
4. Jitter adalah variasi atau perubahan latency dari delay atau variasi waktu kedatangan paket. Jitter juga didefinisikan sebagai gangguan pada komunikasi digital maupun analog yang disebabkan oleh perubahan sinyal karena referensi posisi waktu. Adanya jitter ini dapat mengakibatkan hilangnya data, terutama pada pengiriman data dengan kecepatan tinggi. Banyak hal yang dapat menyebabkan jitter, antara lain:
  • Panjangnya antrian dalam waktu pengolahan data,
  • Peningkatan trafik secara tiba-tiba sehingga menyebabkan penyempitan bandwith dan menimbulkan antrian dan, 
  • Kecepatan terima dan kirim paket dari setiap node juga dapat menyebabkan jitter.

Jitter merupakan parameter yang mewakili QoS audio, atau ukuran variasi penundaan paket berturut-turut pada suatu arus lalu lintas. Dengan mengetahui berapa banyak jitter yang dihasilkan dalam proses akses internet, maka akan diketahui kualitas dari suatu device yang digunakan menghitung rata-rata nilai jitter yang dihasilkan. Adapun standar jitter menurut TIPHON adalah sebagai berikut:

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 coder adalah ACR (Absolute Category Rating) yang akan menghasilkan nilai MOS (Mean Opinion Score). Tes subyektif ACR meminta pengamat untuk menentukan kualitas suatu speech coder tanpa membandingkannya dengan sebuah referensi. Skala rating umumnya mempergunakan penilaian yaitu berturut – turut: Exellent, Good, Fair, Poor dan Bad dengan 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 canceller harus 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. 
 
8. Bandwidth 
Bandwidth adalah kapasitas tautan komunikasi jaringan untuk mengirimkan jumlah data maksimum dari satu titik ke titik lainnya dalam jumlah waktu tertentu. QoS mengoptimalkan jaringan dengan mengelola bandwidth dan menetapkan prioritas untuk aplikasi yang membutuhkan lebih banyak sumber daya daripada yang lain.
 
Baca juga : Data Link Layer

Penyebab QoS Yang Buruk

Terdapat beberapa faktor pengganggu dalam jaringan yang menyebabkan turunnya 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.
Noise Noise ini sangat berbahaya, karena jika terlalu besar akan dapat mengubah data asli yang dikirimkan.
Jenis-jenis noise dalam jaringan :
  1. Thermal noise
    • Terjadi pada media transmisi bila suhunya diatas suhu mutlak (0ºK)
    • Akibat pergerakan elektron secara random dan memiliki karakteristik energi terdistribusi seragam
    • Menjadi faktor yang menentukan batas bawah sensitifitas sistem penerima
  2. Intermodulation noise
    • Terjadi karena ketidak-linieran komponen transmitter dan receiver
    • Sinyal output merupakan penjumlahan dan perbedaan dari sinyal input
    • Sistem diharapkan linear sehingga sinyal output = sinyal input
  3. Impulse noise
    • Pulsa-pulsa iregular atau spikes
    • Durasi pendek
    • Amplitudo tinggi
    • Pengaruh kecil pada komunikasi telepon analog
    • Pengaruh besar pada komunikasi data
  4. Crosstalk
    • Gandengan yang tidak diinginkan antar lintasan sinyal → media metal (twisted pair & koaksial)
    • Penyebab: Gandengan elektris, Pengendalian respon frekuensi yang buruk
    • Contoh : ketika bertelepon, kita mendengarkan percakapan lain
  5. Echo
    • 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.

Mekanisme QoS

Mekanisme QoS tertentu dapat mengatur kualitas lalu lintas data dan mempertahankan persyaratan QoS yang ditentukan dalam SLA. Mekanisme QoS termasuk dalam kategori tertentu tergantung pada peran yang mereka mainkan dalam mengelola jaringan.
  • Alat klasifikasi dan penandaan membedakan antara aplikasi dan mengurutkan paket ke dalam jenis lalu lintas yang berbeda. Penandaan akan menandai setiap paket sebagai anggota kelas jaringan, yang memungkinkan perangkat di jaringan untuk mengenali kelas paket itu. Klasifikasi dan penandaan diterapkan pada perangkat jaringan seperti router, sakelar dan titik akses.
  • Alat manajemen kemacetan menggunakan klasifikasi dan penandaan paket untuk menentukan di mana antrian untuk menempatkan paket. Alat manajemen kemacetan termasuk prioritas antrian; pertama masuk pertama keluar; dan antrian latensi rendah.
  • Alat penghindaran kemacetan memonitor lalu lintas jaringan untuk kemacetan dan akan menjatuhkan paket prioritas rendah ketika kemacetan terjadi. Alat penghindaran kemacetan meliputi deteksi dini acak tertimbang dan deteksi dini acak.
  • Perangkat pembentuk memanipulasi lalu lintas yang masuk ke jaringan dan memprioritaskan aplikasi waktu nyata daripada aplikasi yang kurang sensitif waktu seperti email dan pengiriman pesan. Alat pembentuk traffic termasuk buffer, Traffic Generic Shaping dan Frame Relay Traffic Shaping. Mirip dengan shaping, alat polisi lalu lintas fokus pada pembatasan lalu lintas berlebih dan menjatuhkan paket.
  • Alat efisiensi tautan memaksimalkan penggunaan bandwidth dan mengurangi penundaan paket yang mengakses jaringan. Meskipun tidak khusus untuk QoS, alat efisiensi tautan digunakan bersama dengan mekanisme QoS lainnya. Alat-alat efisiensi tautan termasuk kompresi header Real-Time Transport Protocol, kompresi header Transmission Control Protocol dan kompresi link.
Baca juga : Application Layer

Ref : [1][2][3][4]