Chapter 6 CCNA - Network Layer

Network Layer Protocol :

a)      Network Layer dalam Komunikasi

1.      Network Layer

Lapisan jaringan, atau OSI Layer 3, menyediakan layanan untuk memungkinkan perangkat akhir bertukar data di seluruh jaringan. Untuk mencapai transportasi end-to-end ini, lapisan jaringan menggunakan empat proses dasar:

a.       Mengatasi perangkat akhir : Perangkat akhir harus dikonfigurasi dengan alamat IP unik untuk identifikasi di jaringan.

b.      Enkapsulasi : Lapisan jaringan mengenkapsulasi unit data protokol (PDU) dari lapisan transport ke dalam paket.

c.       Routing : Lapisan jaringan menyediakan layanan untuk mengarahkan paket ke host tujuan di jaringan lain. Untuk melakukan perjalanan ke jaringan lain, paket harus diproses oleh router.

d.      De-enkapsulasi : Ketika paket tiba di lapisan jaringan dari host tujuan, tuan rumah memeriksa header IP dari paket. Jika alamat IP tujuan dalam header cocok dengan alamat IP-nya sendiri, header IP dihapus dari paket. Setelah paket di-enkapsulasi oleh lapisan jaringan, Layer 4 PDU yang dihasilkan dilewatkan ke layanan yang sesuai pada lapisan transport.

2.      Network Layer Protocols

Ada beberapa protokol lapisan jaringan yang ada. Namun, hanya ada dua protokol lapisan jaringan yang umumnya diterapkan:

a.       Internet Protocol versi 4 (IPv4)

b.      Internet Protocol versi 6 (IPv6)

b)      Karakteristik IP Protokol

1.      IP Enkapsulasi

IP merangkum segmen lapisan transport atau data lainnya dengan menambahkan header IP. Header ini digunakan untuk mengirimkan paket ke host tujuan. Header IP tetap sama dari saat paket meninggalkan host sumber sampai tiba di host tujuan. Proses encapsulating data layer demi layer memungkinkan layanan pada lapisan yang berbeda untuk mengembangkan dan skala tanpa mempengaruhi lapisan lainnya. Ini berarti segmen lapisan transport dapat dengan mudah dikemas oleh IPv4 atau IPv6 atau dengan protokol baru apa pun yang mungkin dikembangkan di masa depan.

2.      Karakteristik IP

IP dirancang sebagai protokol dengan overhead rendah. Ini hanya menyediakan fungsi yang diperlukan untuk mengirim paket dari sumber ke tujuan melalui sistem jaringan yang saling berhubungan. Protokol itu tidak dirancang untuk melacak dan mengelola aliran paket. Fungsi-fungsi ini, jika diperlukan, dilakukan oleh protokol lain di lapisan lain, terutama TCP pada Layer 4.

3.      IP – Connectionless

IP tidak memiliki koneksi, artinya tidak ada koneksi end-to-end khusus dibuat sebelum data dikirim. IP tidak memerlukan pertukaran informasi kontrol awal untuk membuat koneksi end-to-end sebelum paket diteruskan. IP juga tidak memerlukan kolom tambahan di header untuk mempertahankan koneksi yang sudah ada. Proses ini sangat mengurangi biaya overhead IP. Namun, tanpa koneksi end-to-end yang telah ditentukan sebelumnya, pengirim tidak mengetahui apakah perangkat tujuan ada dan berfungsi saat mengirim paket, juga tidak sadar jika tujuan menerima paket, atau apakah mereka dapat mengakses dan membaca paket.

4.      IP - Best Effort Delivery

Tidak dapat diandalkan berarti bahwa IP tidak memiliki kemampuan untuk mengelola dan memulihkan dari paket yang tidak terkirim atau rusak. Hal ini karena ketika paket IP dikirim dengan informasi tentang lokasi pengiriman, mereka tidak mengandung informasi yang dapat diproses untuk memberi tahu pengirim apakah pengiriman berhasil. Paket dapat tiba di tujuan yang rusak, keluar dari urutan, atau tidak sama sekali. IP tidak menyediakan kemampuan untuk retransmisi paket jika kesalahan terjadi. Jika paket out-of-order dikirim, atau paket hilang, maka aplikasi yang menggunakan data, atau layanan lapisan atas, harus menyelesaikan masalah ini. Ini memungkinkan IP berfungsi sangat efisien. Dalam protokol TCP / IP, keandalan adalah peran lapisan transport.

5.      IP - Media Independent

IP beroperasi secara independen dari media yang membawa data pada lapisan bawah dari tumpukan protokol. Seperti yang ditunjukkan pada gambar, paket IP dapat dikomunikasikan sebagai sinyal elektronik di atas kabel tembaga, sebagai sinyal optik di atas serat, atau secara nirkabel sebagai sinyal radio. Ini adalah tanggung jawab lapisan tautan data OSI untuk mengambil paket IP dan menyiapkannya untuk transmisi melalui media komunikasi. Ini berarti bahwa pengangkutan paket IP tidak terbatas pada media tertentu.

c)      IPV4 Packet

1.      IPV4 Packet Header

Header paket IPv4 terdiri dari kolom yang berisi informasi penting tentang paket. Bidang-bidang ini berisi bilangan biner yang diperiksa oleh proses Layer 3. Nilai-nilai biner masing-masing bidang mengidentifikasi berbagai pengaturan dari paket IP. Diagram tajuk protokol, yang dibaca dari kiri ke kanan, dan dari atas ke bawah, menyediakan visual untuk merujuk ketika membahas bidang protokol. Diagram tajuk protokol IP dalam gambar mengidentifikasi bidang paket IPv4. Bidang signifikan dalam header IPv4 meliputi: Versi, Differentiated Services atau DiffServ (DS), Time-to-Live (TTL), Protokol, Sumber Alamat IPV4, Alamat IPV4 Tujuan. Dua bidang yang paling sering direferensikan adalah alamat IP sumber dan tujuan. Bidang-bidang ini mengidentifikasi dari mana paket itu berasal dan ke mana ia pergi. Biasanya alamat ini tidak berubah saat bepergian dari sumber ke tujuan.

d)     IPV6 Packet

1.      Enkapsulasi IPV6

Salah satu peningkatan desain utama IPv6 over IPv4 adalah header IPv6 yang disederhanakan. Sebagai contoh, header IPv4  terdiri dari 20 oktet (hingga 60 byte jika field Options digunakan) dan 12 kolom header dasar, tidak termasuk kolom Options dan Padding. Untuk IPv6, beberapa bidang tetap sama, beberapa bidang telah mengubah nama dan posisi, dan beberapa bidang IPv4 tidak lagi diperlukan. Sebaliknya, header IPv6 yang disederhanakan terdiri dari 40 oktet (terutama karena panjang alamat IPv6 sumber dan tujuan) dan 8 bidang header (3 kolom header dasar IPv4 dan 5 kolom header tambahan). Beberapa bidang menyimpan nama yang sama dengan IPv4, beberapa bidang telah mengubah nama atau posisi, dan bidang baru telah ditambahkan.

2.      IPV6 Packet Header

Header pada IPV6 terdiri dari Versi, Traffic Class, Flow Label, Panjang Muatan, Header Berikutnya, H, Hop Limit, Alamat IPv6 Sumber dan Alamat IPv6 Tujuan. Paket IPv6 juga dapat berisi ekstensi header (EH), yang menyediakan informasi lapisan jaringan opsional. Header ekstensi bersifat opsional dan ditempatkan di antara header IPv6 dan payload. EH digunakan untuk fragmentasi, keamanan, untuk mendukung mobilitas dan banyak lagi.

Routing :

a)      How a Host Routes

1.      Host Forwarding Decision

Peran lain network layer adalah mengarahkan paket-paket antar host. Sebuah host dapat mengirim paket ke :

a.       Itself : Sebuah host dapat melakukan ping sendiri dengan mengirimkan paket ke alamat IPv4 khusus 127.0.0.1, yang disebut sebagai antarmuka loopback. Ping antarmuka loopback menguji tumpukan protokol TCP / IP pada host.

b.      Local host : Ini adalah host di jaringan lokal yang sama dengan host pengirim. Tuan rumah berbagi alamat jaringan yang sama.

c.       Remote host : Ini adalah host di jaringan jarak jauh. Tuan rumah tidak berbagi alamat jaringan yang sama.

2.      Default Gateway

Gateway default adalah perangkat jaringan yang dapat mengarahkan lalu lintas ke jaringan lain. Ini adalah router yang dapat mengarahkan lalu lintas keluar dari jaringan lokal. Sebagai alternatif, PC atau komputer yang tidak tahu alamat IP dari gateway default adalah seperti seseorang, di sebuah ruangan, yang tidak tahu di mana pintu itu berada. Mereka dapat berbicara dengan orang lain di ruangan atau jaringan, tetapi jika mereka tidak tahu alamat gateway default, atau tidak ada gateway default, maka tidak ada jalan keluar.

3.      Host Routing Table

Pada host Windows, perintah route print atau netstat -r dapat digunakan untuk menampilkan tabel routing host. Kedua perintah menghasilkan output yang sama. Keluarannya mungkin tampak luar biasa pada awalnya, tetapi cukup mudah dimengerti. Memasukkan perintah netstat -r atau perintah cetak rute yang setara, menampilkan tiga bagian yang terkait dengan koneksi jaringan TCP / IP saat ini:

a.       Interface Lists : Daftar alamat Kontrol Akses Media (MAC) dan nomor antarmuka yang ditetapkan dari setiap antarmuka berkemampuan jaringan pada host, termasuk Ethernet, Wi-Fi, dan adaptor Bluetooth.

b.      IPv4 Route Table : Mencantumkan semua rute IPv4 yang dikenal, termasuk koneksi langsung, jaringan lokal, dan rute default lokal.

c.       IPv6 Route Table : Mencantumkan semua rute IPv6 yang dikenal, termasuk koneksi langsung, jaringan lokal, dan rute default lokal.

b)      Router Routing Tables

1.      Router Packet Forwarding Decision

Ketika sebuah host mengirim paket ke host lain, ia akan menggunakan tabel routing untuk menentukan di mana mengirim paket. Jika host tujuan ada di jaringan jarak jauh, paket akan diteruskan ke gateway default.

Tabel routing dari router dapat menyimpan informasi tentang:

a.       Rute yang terhubung langsung : Rute ini berasal dari antarmuka router yang aktif. Router menambahkan rute yang terhubung langsung ketika antarmuka dikonfigurasi dengan alamat IP dan diaktifkan. Masing-masing antarmuka router terhubung ke segmen jaringan yang berbeda.

b.      Rute jarak jauh : Rute ini berasal dari jaringan jarak jauh yang terhubung ke router lain. Rute ke jaringan ini dapat dikonfigurasi secara manual di router lokal oleh administrator jaringan atau secara dinamis dikonfigurasi dengan memungkinkan router lokal untuk bertukar informasi routing dengan router lain menggunakan protokol routing dinamis.

c.       Rute default : Seperti host, router juga menggunakan rute default sebagai pilihan terakhir jika tidak ada rute lain ke jaringan yang diinginkan dalam tabel routing.

2.      IPv4 Router Routing Table

Pada router Cisco IOS, perintah show ip route dapat digunakan untuk menampilkan tabel routing IPv4 router. Selain menyediakan informasi routing untuk jaringan yang terhubung langsung dan jaringan jarak jauh, tabel routing juga memiliki informasi tentang bagaimana rute dipelajari, kepercayaan dan rating dari rute, ketika rute terakhir diperbarui, dan antarmuka mana yang digunakan untuk mencapai tujuan yang diminta. Ketika sebuah paket tiba di antarmuka router, router memeriksa header paket untuk menentukan jaringan tujuan. Jika jaringan tujuan mencocokkan rute dalam tabel routing, router meneruskan paket menggunakan informasi yang ditentukan dalam tabel routing. Jika ada dua atau lebih rute yang mungkin ke tujuan yang sama, metrik digunakan untuk memutuskan rute mana yang muncul di tabel routing.

3.      Directly Connected Routing Table Entries

Ketika antarmuka router dikonfigurasi dengan alamat IPv4, subnet mask, dan diaktifkan, dua entri tabel routing berikut secara otomatis dibuat:

a.       C : Mengidentifikasi jaringan yang terhubung langsung. Jaringan yang terhubung langsung secara otomatis dibuat ketika antarmuka dikonfigurasi dengan alamat IP dan diaktifkan.

b.      L : Mengidentifikasi bahwa ini adalah antarmuka lokal. Ini adalah alamat IPv4 antarmuka di router.

Routers :

a)      Anatomy of Routers

1.      Router adalah Komputer

Ada banyak jenis router infrastruktur yang tersedia. Bahkan, router Cisco dirancang untuk memenuhi kebutuhan berbagai jenis bisnis dan jaringan antara lain Cabang. WAN dan Penyedia Layanan. Terlepas dari fungsi, ukuran atau kerumitannya, semua model router pada dasarnya adalah komputer. Sama seperti komputer, tablet, dan perangkat pintar, router juga memerlukan:

a.       Central processing units (CPU).

b.      Sistem operasi (OS).

c.       Memori yang terdiri dari memori akses acak (RAM), memori read-only (ROM), memori akses acak non-volatil (NVRAM), dan flash.

2.      Router CPU and OS

Seperti semua komputer, tablet, konsol game, dan perangkat pintar, perangkat Cisco memerlukan CPU untuk menjalankan instruksi OS, seperti inisialisasi sistem, fungsi routing, dan fungsi switching. CPU membutuhkan OS untuk menyediakan fungsi routing dan switching. Cisco Internetwork Operating System (IOS) adalah perangkat lunak sistem yang digunakan untuk sebagian besar perangkat Cisco terlepas dari ukuran dan jenis perangkat. Ini digunakan untuk router, switch LAN, titik akses nirkabel kecil, router besar dengan puluhan antarmuka, dan banyak perangkat lain.

3.      Router Memory

Router memiliki akses ke penyimpanan memori volatile atau non-volatile. Memori volatile membutuhkan kekuatan terus-menerus untuk mempertahankan informasinya. Ketika router dimatikan atau dihidupkan ulang, konten dihapus dan hilang. Memori non-volatil menyimpan informasinya bahkan ketika perangkat di-boot ulang.

Secara khusus, sebuah router Cisco menggunakan empat jenis memori:

a.       RAM : Memori volatile yang digunakan di router Cisco untuk menyimpan aplikasi, proses, dan data yang diperlukan untuk dieksekusi oleh CPU.

b.      ROM : Memori non-volatile ini digunakan untuk menyimpan instruksi operasional yang penting dan IOS yang terbatas.

c.       NVRAM : Memori non-volatile yang digunakan sebagai penyimpanan permanen untuk file konfigurasi startup (startup-config).

d.      Flash : Memori komputer non-volatile ini digunakan sebagai penyimpanan permanen untuk iOS dan file terkait sistem lainnya seperti file log, file konfigurasi suara, file HTML, konfigurasi cadangan, dan banyak lagi. Ketika router di-reboot, IOS disalin dari flash ke RAM.

4.      LAN and WAN Interfaces

Mirip dengan switch Cisco, ada beberapa cara untuk mengakses mode EXEC pengguna dalam lingkungan CLI pada router Cisco. Ini adalah yang paling umum:

a.       Konsol : Port manajemen fisik yang menyediakan akses keluar-band ke perangkat Cisco. Akses out-of-band mengacu pada akses melalui saluran manajemen khusus yang hanya digunakan untuk keperluan pemeliharaan perangkat.

b.      Secure Shell (SSH) : Metode untuk membangun koneksi CLI aman secara jarak jauh melalui antarmuka virtual, melalui jaringan. Tidak seperti koneksi konsol, koneksi SSH memerlukan layanan jaringan aktif di perangkat termasuk antarmuka aktif yang dikonfigurasi dengan alamat.

c.       Telnet : Metode tidak aman dari jarak jauh membangun sesi CLI melalui antarmuka virtual, melalui jaringan. Tidak seperti SSH, Telnet tidak menyediakan koneksi terenkripsi yang aman. Otentikasi pengguna, kata sandi, dan perintah dikirim melalui jaringan dalam plaintext.

b)      Router Boot-up

1.      Bootset Files

Baik router Cisco dan switch memuat gambar IOS dan file konfigurasi startup ke dalam RAM ketika mereka boot. Konfigurasi berjalan dimodifikasi ketika administrator jaringan melakukan konfigurasi perangkat. Perubahan yang dilakukan pada file running-config harus disimpan ke file konfigurasi startup di NVRAM, jika router direstart atau kehilangan daya.

2.      Router Bootup Process

Ada tiga fase utama dalam proses boot yaitu :

a.       Lakukan POST dan muat program bootstrap.

b.      Cari dan muat perangkat lunak Cisco IOS.

c.       Cari dan muat file konfigurasi startup atau masuk ke mode pengaturan.

3.      Show Version Output

Perintah show version menampilkan informasi tentang versi perangkat lunak Cisco IOS yang saat ini berjalan di router, versi program bootstrap, dan informasi tentang konfigurasi perangkat keras, termasuk jumlah memori sistem.

Configure a Cisco Router :

a)      Configure Interfaces

1.      Configure Router Interfaces

Agar router dapat dijangkau, antarmuka router di-band harus dikonfigurasi. Ada banyak jenis antarmuka yang tersedia di router Cisco. Dalam contoh ini, router Cisco 1941 dilengkapi dengan:

a.       Dua antarmuka Gigabit Ethernet : GigabitEthernet 0/0 (G0 / 0) dan GigabitEthernet 0/1 (G0 / 1)

b.      Kartu antarmuka WAN serial (WIC) yang terdiri dari dua antarmuka : Serial 0/0/0 (S0 / 0/0) dan Serial 0/0/1 (S0 / 0/1)

Menggunakan perintah no shutdown mengaktifkan antarmuka dan mirip dengan menyalakan antarmuka. Antarmuka juga harus terhubung ke perangkat lain, seperti switch atau router, untuk lapisan fisik menjadi aktif.

2.      Verify Interface Configuration

Ada beberapa perintah yang dapat digunakan untuk memverifikasi konfigurasi antarmuka. Yang paling berguna dari ini adalah perintah singkat show ip interface. Output yang dihasilkan menampilkan semua antarmuka, alamat IPv4 mereka, dan statusnya saat ini. Antarmuka yang terkonfigurasi dan terhubung harus menampilkan Status “naik” dan Protokol “naik”. Yang lain akan menunjukkan masalah dengan konfigurasi atau pemasangan kabel.

Perintah verifikasi antarmuka lainnya termasuk:

a.       show ip route - Menampilkan isi dari tabel routing IPv4 yang disimpan dalam RAM.

b.      show interfaces - Menampilkan statistik untuk semua antarmuka di perangkat.

c.       show ip interface - Menampilkan statistik IPv4 untuk semua antarmuka di router.

b)      Configure Default Gateway

1.      Default Gateway for a Host

Agar perangkat akhir dapat berkomunikasi melalui jaringan, perangkat harus dikonfigurasi dengan informasi alamat IP yang benar, termasuk alamat gateway default. Gateway default hanya digunakan ketika host ingin mengirim paket ke perangkat di jaringan lain. Alamat gateway default umumnya adalah alamat antarmuka router yang terhubung ke jaringan lokal host. Alamat IP perangkat host dan alamat antarmuka router harus berada dalam jaringan yang sama.

2.      Default Gateway for a Switch

Biasanya, switch workgroup yang menghubungkan komputer klien adalah perangkat Layer 2. Dengan demikian, switch Layer 2 tidak memerlukan alamat IP berfungsi dengan benar. Namun, jika Anda ingin terhubung ke switch dan mengelolanya secara administratif melalui beberapa jaringan, Anda perlu mengkonfigurasi SVI dengan alamat IPv4, subnet mask, dan alamat gateway default.

Alamat gateway default biasanya dikonfigurasikan pada semua perangkat yang ingin berkomunikasi di luar jaringan lokal mereka saja. Dengan kata lain, untuk mengakses secara remote switch dari jaringan lain menggunakan SSH atau Telnet, switch harus memiliki SVI dengan alamat IPv4, subnet mask, dan alamat gateway default yang dikonfigurasi. Jika switch diakses dari host dalam jaringan lokal, maka alamat IPv4 gateway default tidak diperlukan. Untuk mengkonfigurasi gateway default pada switch, gunakan perintah konfigurasi global default-gateway ip. Alamat IP yang dikonfigurasi adalah antarmuka router dari sakelar yang terhubung.