Perangkat lunak jaringan dapat diimplementasikan dengan beberapa cara. Pertama dapat menggunakan arsitektur monolitik, di mana semua fungsi digabung di sebuah modul besar. Cara kedua adalah dengan memisahkan fungsi-fungsi tersebut menjadi beberapa modul, dengan setiap modul dapat berinteraksi dengan modul lain. Cara ketiga adalah dengan memisahkan fungsi-fungsi tersebut menjadi beberapa modul, dan modul disusun dengan lapisan (layer) dengan suatu hirarki tertentu, sehingga 1 modul hanya dapat berkomunikasi dengan 1 modul di atasnya.

Lapisan Protokol Komunikasi

Berikut ini struktur lapisan/ layering pada sistem komunikasi pada 2 buah host/perangkat.

Penomoran lapisan dimulai dari bawah. Layer paling bawah adalah medium fisik, dapat berupa kabel tembaga, fiber optic, wireless dan sebagainya.

Setiap perangkat memiliki susunan layer/lapisan yang sama. Antara setiap layer terdapat interface (antar muka) yang terdefinisi dengan baik. Layer 5 hanya berkomunikasi dengan layer 4. jadi layer 5 tidak tahu dan tidak perlu tahu teknis detail di layer 3,2 dan fisik. Layer 5 di host 1 seakan-akan berkomunikasi dengan layer 5 di host 2 , walaupun sebenarnya data yang dikirim akan melewali layer-layer di bawahnya.

Setiap layer akan memproses header/trailer pada data yang melaluinya. Pada waktu data dikirim, header atau trailer akan ditambahkan pada data yang dikirim. Pada proses  penerimaan, header atau trailer tersebut dipotong, tidak diteruskan ke layer di atasnya.

Aliran Data Pada Lapisan Protokol Komunikasi

Berikut ini adalah contoh aliran data dari suatu mesin sumber (source machine) ke mesin tujuan (destination machine). Data M di source dibuat di layer 5. Data ini kemudian dikirimkan ke layer 4. oleh layer 4, data ini ditambahi fitur-fitur tertentu, sesuai dengan tugas layer 4 tersebut. Misalnya adalah dengan ditambah error detection. Fitur error detection ini perlu tambahan data, misal untuk pengecekan parity atau CRC (cyclic redundancy check). data untuk error detection dan data-data lain terkait layer 4 ditambahkan sebagai H4 (header layer 4). H4+M ini kemudian dikirimkan ke layer berikutnya: layer 3. Di layer 3 proses serupa dilakukan, dan layer 3 menambahkan H3, sehingga sekarang data yang dikirim menjadi H3+H4+M. Demikian juga diteruskan di layer 2.

Pada akhirnya data yang betul-betul dikirim secara fisik melalui medium fisik adalah H2+H3+H4+M, dan data ini diterima di destination machine.

pada proses penerimaan di destination machine, proses sebaliknya dilakukan, yaitu header di setiap layer diproses sesuai dengan fitur pada layer tersebut, dan header tersebut dibuang. data yang sudah dibuang headernya dikirim ke layer di atasnya. Jadi di sini misalnya pada layer 2 akan memproses H2 dan membuangnya. sehingga layer 3 akan menerima H3+H4+M. Demikian seterusnya di layer 3.

Pada layer 4, H4 diproses. Jika misalnya di pengiriman H4 berisi kode error detection, maka error detection akan dicek di layer 4 ini. jika hasilnya sesuai, maka data M akan dikirimkan ke layer 5 di destination. jika hasilnya tidak sesuai, maka data tersebut akan dibuang atau diminta untuk dikirim ulang dari source machine, tergantung mekanisme protokol yang dipilih.

Aliran Data Dengan Pemotongan Data

Salah satu layanan dari layer komunikasi adalah layer atas tidak perlu tahu dan dibatasi oleh kondisi layer bawah. Secara sistem engineering hal ini disebut sebagai ‘abstraksi’.

Sebagai contoh adalah masalah ukuran data. Dari sisi pemakai atau pembuat aplikasi tentunya hanya ingin mengirim data dengan ukuran berapapun, tidak ingin direpotkan dengan pembatasan ukuran data. sedangkan di sisi fisik hanya mampu mengirim data dengan ukuran data.

Misal Wifi maksimum 2346 byte, dan kabel ethernet maksimuk 1536 byte. akan repot bagi user ketika ingin browsing ke suatu situs, tapi harus memilih ukuran data maksimum 2346 byte atau 1536, tergantung jaringannya sedang menggunakan kabel, atau tethering via wireless ke smartphone.

Dalam contoh ini layer 3 tidak sanggup mengirim data M secara utuh, sehingga data harus dipisahkan menjadi 2 segmen, yaitu M1 dan M2, kemudian masing=masing bagian ini dikirim sebagai 2 pesan terpisah: M1 dan M2 ke layer 3. Layer 3 H4+M , namun memecahnya menjadi 2 bagian: H3+H4+M1 dan H3+M2. Layer 2 meneruskan keduanya tanpa tahu bahwa M1 dan M2 sebenarnya berhubungan. layer fisik juga hanya meneruskannya saja.

Di penerima, kedua pesan yang mengandung M1 dan M2 ini diterima sampai ke layer 3 seperti biasa. Di layer 3 kedua pesan M1 dan M2 digabung, kemudian baru dikirim ke layer 4. Dalam prakteknya dapat saja kedua pesan M1 dan M2 tersebut sampai tidak berurutan atau ada yang hilang, sehingga layer 3 perlu melakukan tindakan-tindakan untuk mengatasinya.

Aliran Data Dengan Perantara

Gambar sebelumnya menunjukkan aliran data antara 2 perangkat saja. Dalam prakteknya, jaringan melibatkan 1 atau lebih perangkat penghubung (connecting device) sebagai perantara, seperti switch dan router.

Pada gambar ini, terdapat sumber (source) A yang mengirimkan data ke tujuan (destination) B.

Model jaringan yang dipakai di sini adalah TCP/IP, dengan layernya adalah pysical, datalink, network, transport dan application.

Di antara keduanya terdapat switch dan router. switch di sini fungsinya menghubungkan secara fisik antara source ke router, dan router ke destination. Di dalam switch dan router terdapat juga layer-layer jaringan.

Pada switch, layer yang diurus adalah fisik sampai ke datalink.

Pada router, layer yang diurus adalah fisik sampai ke network. Pada source dan destination, layernya ada lengkap, dari physical sampai application.

Perangkat lunak jaringan dapat diimplementasikan dengan beberapa cara. Pertama dapat menggunakan arsitektur monolitik, di mana semua fungsi digabung di sebuah modul besar. Cara kedua adalah dengan memisahkan fungsi-fungsi tersebut menjadi beberapa modul, dengan setiap modul dapat berinteraksi dengan modul lain. Cara ketiga adalah dengan memisahkan fungsi-fungsi tersebut menjadi beberapa modul, dan modul disusun dengan lapisan (layer) dengan suatu hirarki tertentu, sehingga 1 modul hanya dapat berkomunikasi dengan 1 modul di atasnya.

Lapisan Protokol Komunikasi

Berikut ini struktur lapisan/ layering pada sistem komunikasi pada 2 buah host/perangkat.

Penomoran lapisan dimulai dari bawah. Layer paling bawah adalah medium fisik, dapat berupa kabel tembaga, fiber optic, wireless dan sebagainya.

Setiap perangkat memiliki susunan layer/lapisan yang sama. Antara setiap layer terdapat interface (antar muka) yang terdefinisi dengan baik. Layer 5 hanya berkomunikasi dengan layer 4. jadi layer 5 tidak tahu dan tidak perlu tahu teknis detail di layer 3,2 dan fisik. Layer 5 di host 1 seakan-akan berkomunikasi dengan layer 5 di host 2 , walaupun sebenarnya data yang dikirim akan melewali layer-layer di bawahnya.

Setiap layer akan memproses header/trailer pada data yang melaluinya. Pada waktu data dikirim, header atau trailer akan ditambahkan pada data yang dikirim. Pada proses  penerimaan, header atau trailer tersebut dipotong, tidak diteruskan ke layer di atasnya.

Aliran Data Pada Lapisan Protokol Komunikasi

Berikut ini adalah contoh aliran data dari suatu mesin sumber (source machine) ke mesin tujuan (destination machine). Data M di source dibuat di layer 5. Data ini kemudian dikirimkan ke layer 4. oleh layer 4, data ini ditambahi fitur-fitur tertentu, sesuai dengan tugas layer 4 tersebut. Misalnya adalah dengan ditambah error detection. Fitur error detection ini perlu tambahan data, misal untuk pengecekan parity atau CRC (cyclic redundancy check). data untuk error detection dan data-data lain terkait layer 4 ditambahkan sebagai H4 (header layer 4). H4+M ini kemudian dikirimkan ke layer berikutnya: layer 3. Di layer 3 proses serupa dilakukan, dan layer 3 menambahkan H3, sehingga sekarang data yang dikirim menjadi H3+H4+M. Demikian juga diteruskan di layer 2.

Pada akhirnya data yang betul-betul dikirim secara fisik melalui medium fisik adalah H2+H3+H4+M, dan data ini diterima di destination machine.

pada proses penerimaan di destination machine, proses sebaliknya dilakukan, yaitu header di setiap layer diproses sesuai dengan fitur pada layer tersebut, dan header tersebut dibuang. data yang sudah dibuang headernya dikirim ke layer di atasnya. Jadi di sini misalnya pada layer 2 akan memproses H2 dan membuangnya. sehingga layer 3 akan menerima H3+H4+M. Demikian seterusnya di layer 3.

Pada layer 4, H4 diproses. Jika misalnya di pengiriman H4 berisi kode error detection, maka error detection akan dicek di layer 4 ini. jika hasilnya sesuai, maka data M akan dikirimkan ke layer 5 di destination. jika hasilnya tidak sesuai, maka data tersebut akan dibuang atau diminta untuk dikirim ulang dari source machine, tergantung mekanisme protokol yang dipilih.

Aliran Data Dengan Pemotongan Data

Salah satu layanan dari layer komunikasi adalah layer atas tidak perlu tahu dan dibatasi oleh kondisi layer bawah. Secara sistem engineering hal ini disebut sebagai ‘abstraksi’.

Sebagai contoh adalah masalah ukuran data. Dari sisi pemakai atau pembuat aplikasi tentunya hanya ingin mengirim data dengan ukuran berapapun, tidak ingin direpotkan dengan pembatasan ukuran data. sedangkan di sisi fisik hanya mampu mengirim data dengan ukuran data.

Misal Wifi maksimum 2346 byte, dan kabel ethernet maksimuk 1536 byte. akan repot bagi user ketika ingin browsing ke suatu situs, tapi harus memilih ukuran data maksimum 2346 byte atau 1536, tergantung jaringannya sedang menggunakan kabel, atau tethering via wireless ke smartphone.

Dalam contoh ini layer 3 tidak sanggup mengirim data M secara utuh, sehingga data harus dipisahkan menjadi 2 segmen, yaitu M1 dan M2, kemudian masing=masing bagian ini dikirim sebagai 2 pesan terpisah: M1 dan M2 ke layer 3. Layer 3 H4+M , namun memecahnya menjadi 2 bagian: H3+H4+M1 dan H3+M2. Layer 2 meneruskan keduanya tanpa tahu bahwa M1 dan M2 sebenarnya berhubungan. layer fisik juga hanya meneruskannya saja.

Di penerima, kedua pesan yang mengandung M1 dan M2 ini diterima sampai ke layer 3 seperti biasa. Di layer 3 kedua pesan M1 dan M2 digabung, kemudian baru dikirim ke layer 4. Dalam prakteknya dapat saja kedua pesan M1 dan M2 tersebut sampai tidak berurutan atau ada yang hilang, sehingga layer 3 perlu melakukan tindakan-tindakan untuk mengatasinya.

Aliran Data Dengan Perantara

Gambar sebelumnya menunjukkan aliran data antara 2 perangkat saja. Dalam prakteknya, jaringan melibatkan 1 atau lebih perangkat penghubung (connecting device) sebagai perantara, seperti switch dan router.

Pada gambar ini, terdapat sumber (source) A yang mengirimkan data ke tujuan (destination) B.

Model jaringan yang dipakai di sini adalah TCP/IP, dengan layernya adalah pysical, datalink, network, transport dan application.

Di antara keduanya terdapat switch dan router. switch di sini fungsinya menghubungkan secara fisik antara source ke router, dan router ke destination. Di dalam switch dan router terdapat juga layer-layer jaringan.

Pada switch, layer yang diurus adalah fisik sampai ke datalink.

Pada router, layer yang diurus adalah fisik sampai ke network. Pada source dan destination, layernya ada lengkap, dari physical sampai application.

Proses Encapsulation Dan Decapsulation

Pada komunikasi data melalui layer-layer tersebut, terjadi proses penambahan header dan pemotongan header. Proses penambahan header disebut juga sebagai proses encapsulation. Pada proses ini data dari layer di atasnya seakan-akan ‘dibungkus’ dengan header yang ditambahkan. Pada bagian penerimaan data, terjadi proses pemotongan header. Proses ini disebut sebagai ‘decapsulation’. Pada proses ini seakan-akan ‘bungkus’ dari layer tersebut dibuka, kemudian isi dari ‘bungkus’ tersebut dikirmkan ke layer di atasnya.

Suatu komputer atau perangkat dapat berkomunikasi ke perangkat lain melalui suatu media fisik. Untuk dapat berkomunikasi, perlu ada protokol-protokol dengan sejumlah algoritma tertentu. Protokol-protokol tersebut dilaksanakan oleh suatu modul komunikasi pada komputer / perangkat tersebut.

Berikut ini adalah uraian fungsi-fungsi yang perlu ditangani oleh suatu modul komunikasi. Fungsi-fungsi ini dalam prakteknya tersebar di perangkat keras dan perangkat lunak.

Keandalan pada Jaringan Komputer

Aspek keandalan di sini maksudnya adalah apakah data dapat diterima dengan baik. Agar data dapat diterima dengan baik, perlu ada pendeteksian kesalahan (error detection), misal yang sederhana dengan parity. Ada juga algoritma yang selain mampu mendeteksi kesalahan pada data, dapat juga sekaligus memperbaiki kesalahan tersebut. Prinsipnya adalah dengan mengirimkan data lebih banyak daripada yang diperlukan, sehingga kalau ada kesalahan maka dapat dilakukan perbaikan (recovery).

Jika data rusak tidak dapat diperbaiki, maka perlu ada mekanisme untuk melakukan pengiriman ulang data tersebut.

Jalur komunikasi pada jaringan juga dapat terputus. Untuk mengatasi hal ini, dapat dibuat jaringan dengan jalur komunikasi yang dobel, sehingga kalau ada jaringan yang terputus maka dapat menggunakan jalur lain atau jalur cadangan. Mekanisme ini dinamakan routing atau pencarian jalur.

Evolusi Jaringan

Suatu jaringan secara perlahan-lahan dapat berkembang menjadi besar. Maka akan timbul beberapa permasalahan. Setiap perangkat pada jaringan harus dapat diidentifikasi secara unik. Untuk itu diperlukan suatu mekanisme penomoran atau pengalamatan yang dapat membedakan semua perangkat yang terhubung di jaringan. Sebagai contoh, protokol IP (Internet Protocol) versi 4 dibuat di tahun 1970an. Protkol ini memiliki ruang alamat sebesar 32 bit, jadi dapat membedakan sebanyak 2 pangkat 32 atau sekitar 4 milyar perangkat. Jumlah ini tidak jelas tidak cukup, karena penduduk dunia saja sudah 7 milyar. Jika setiap orang memiliki beberapa perangkat, maka pengalamatan 32 bit tidak cukup. Sebagai solusinya, pada tahun 1998 diperkenalkan protokol IP versi 6 , dengan ruang alamat sebesar 128 bit.
Manusia juga susah mengenali komputer dengan angka. Maka digunakan mekanisme penamaan pada perangkat yang terhubung pada jaringan.
Protokol yang dipakai di jaringan juga berbeda-beda, sehingga perlu ada mekanisme khusus ketika suatu data dilewatkan dari suatu jaringan ke jaringan lain. sebagai contoh, protokol wireless (WiFi) dan kabel ethernet memiliki ukuran maksimum paket yang berbeda. wifi memakai ukuran frame 2346, sedangkan ethernet memakai ukuran frame 1536. Perlu ada mekanisme supaya data ini dapat lewat pada kedua protokol tersebut tanpa terpotong atau hilang.
Scalability maksudnya adalah jaringan mesti dapat tetap berfungsi dengan baik ketika ukurannya membesar, baik dari segi jumlah perangkat yang terhubung, kecepatan jaringan maupun jarak secara fisik.

Alokasi Sumber Daya

Jaringan komunikasi memerlukan sumber daya fisik untuk dapat berfungsi. Sumber daya ini terutama adalah kapasitas jalur transmisi. Selain itu juga ada sumber daya pada alat komputasi yang dipakai, meliputi kecepatan CPU, kapasitas memori dan kecepatan input-output. SUmber daya ini harus dipakai bersama dengan baik. jangan sampai ada 1 perangkat yang memonopoli pemakaian sumber daya, sehingga pemakai lain terganggu.
Jaringan dipakai bersama-sama oleh banyak pengguna, dengan besaran pemakaian berubah-ubah, sehingga perlu ada mekanisme untuk membagi alokasi secara dinamis. Pemakaian akan bertambah dan berkurang secara dinamis, jadi sumber daya perlu dialokasikan secara dinamis, tidak dapat dialokasikan secara statik di awal.
perangkat di jaringan juga memiliki kecepatan yang berbeda beda, dari perangkat yang lambat seperti mikrokontroler pada Internet of Things, ada juga yang mencapai kecepatan Gigabit. Perangkat yang lambat hanya dapat menerima data secara lambat, sehingga perlu ada mekanisme pengendalian arus (atau flow control). Perlu ada koordinasi antar perangkat, supaya kecepatan pengiriman disesuaikan dengan kecepatan penerimaan data.
Jalur komunikasi juga dapat memiliki pemakaian melebihi kapasitas, atau dikenal dengan istilah congestion (kongesti). Pada kasus kongesti, jalur komunikasi terlalu padat, sehingga kualitas jaringan menurun, terutama latensi (jeda waktu antara pengiriman dan penerimaan) dan kecepatan transfer data. Salah satu solusinya adalah koordinasi kecepatan pengiriman supaya tidak terjadi kongesti.
beberapa aplikasi memerlukan kualitas jaringan yang bagus, misal jaringan dengan latensi yang terjaga (atau real time delivery). Untuk menjaga kualitas layanan seperti ini diperlukan mekanisme Quality of Service (QoS).

Keamanan Jaringan

Jaringan komputer juga perlu diamankan. Hal-hal yang perlu dicapai adalah kerahasiaan, keutuhan dan autentikasi.
Kerahasiaan (confidentiality) maksudnya adalah data tidak dapat dibaca oleh pihak yang tidak berhak. Data yang dikirim dikunci dengan suatu password, sehingga hanya pihak yang memiliki password tersebut yang dapat membaca data tersebut.
Integritas (Integrity) maksudnya adalah data tidak dapat diubah. Jika dilakukan perubahan oleh pihak lain, maka kejadian ini dapat dideteksi.
Authentication (autentikasi) maksudnya adalah identitas pengirim data tidak dapat dipalsukan. Identitas pengirim dikodekan ke dalam data yang dikirim dengan kunci khusus yang hanya dimiliki pengirim. Penerima dapat melakukan verifikasi terhadap kode tersebut.

Referensi

• Tanenbaum & Wetherall, Computer Networks 5th edition,  Prentice Hall 2011