Optimasi Manajemen Jaringan Berbasis SDN Menggunakan Raspberry Pi sebagai OpenFlow Switch dengan Controller OpenDaylight

Disusun Oleh:

3G JTD Kelompok 3

Abdillah Firzananda, Jessica Maulia Shendra Wardana, 

Moh. Dimas Baehaqi Mutaqin, Orville Afa Marchio, 

Randy Putra Nur Evanda

Program Studi Jaringan Telekomunikasi Digital

Teknik Elektro
Politeknik Negeri Malang

BAB I  | LATAR BELAKANG

Perkembangan teknologi informasi dan komunikasi yang semakin pesat menyebabkan kebutuhan terhadap jaringan komputer yang andal, fleksibel, dan mudah dikelola terus meningkat. Jaringan konvensional yang digunakan saat ini umumnya masih menggabungkan fungsi kontrol (control plane) dan fungsi pengiriman data (data plane) dalam satu perangkat jaringan. Kondisi tersebut menyebabkan proses konfigurasi, pengelolaan, serta pengembangan jaringan menjadi lebih kompleks, terutama pada jaringan berskala besar yang membutuhkan perubahan konfigurasi secara dinamis. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, dikembangkan konsep Software Defined Networking (SDN) yang memisahkan fungsi kontrol dan fungsi forwarding data. Dengan pendekatan ini, seluruh pengaturan jaringan dapat dilakukan secara terpusat melalui sebuah controller sehingga administrator dapat melakukan konfigurasi, monitoring, dan manajemen jaringan dengan lebih mudah dan efisien. SDN juga memungkinkan implementasi berbagai kebijakan jaringan secara otomatis dan fleksibel sesuai kebutuhan pengguna. Salah satu protokol yang banyak digunakan dalam implementasi SDN adalah OpenFlow, yang berfungsi sebagai media komunikasi antara controller dan perangkat jaringan. Dalam penelitian ini, perangkat Raspberry Pi dimanfaatkan sebagai OpenFlow Switch dengan bantuan Open vSwitch (OVS), sedangkan OpenDaylight digunakan sebagai SDN Controller. Raspberry Pi dipilih karena memiliki harga yang relatif murah, konsumsi daya rendah, serta kemampuan yang cukup baik untuk mendukung implementasi jaringan skala kecil hingga menengah. Melalui implementasi tersebut, dilakukan pengujian terhadap parameter Quality of Service (QoS) seperti throughput, delay, jitter, dan packet loss untuk mengetahui tingkat kelayakan Raspberry Pi sebagai alternatif perangkat OpenFlow Switch. Hasil pengujian kemudian dibandingkan dengan standar kualitas layanan jaringan yang berlaku sehingga dapat diketahui performa dan efektivitas penerapan SDN berbasis Raspberry Pi dan OpenDaylight.

BAB II | PERANGKAT YANG DIGUNAKAN

PERANGKAT KERAS 

1. Raspberry Pi 3 Model B+

2. Laptop/PC sebagai Controller

3. 2 Buah Laptop/PC sebagai Host

4. Kabel UTP atau Switch Hub

5. MicroSD minimal 16GB

PERANGKAT LUNAK

1. Raspberry Pi OS atau Raspibian

2. Open vSwitch atau OVS

3. OpenDaylight Controller

4. Ubuntu Linux

BAB III | DIAGRAM KERJA

Gambar tersebut menunjukkan implementasi topologi Software Defined Networking (SDN) yang menggunakan Raspberry Pi sebagai OpenFlow Switch (Data Plane) dan OpenDaylight sebagai SDN Controller (Control Plane). Pada topologi ini, Raspberry Pi berfungsi sebagai perangkat yang meneruskan paket data antar host berdasarkan aturan (flow rules) yang diberikan oleh controller. Dua perangkat pengguna, yaitu Laptop Host 1 dan Laptop Host 2, terhubung langsung ke Raspberry Pi melalui antarmuka jaringan yang berbeda. Dengan konsep ini, proses forwarding data tidak lagi ditentukan secara mandiri oleh switch, melainkan dikendalikan secara terpusat oleh controller. OpenDaylight yang dijalankan pada laptop controller berperan sebagai pusat pengendalian jaringan. Controller ini berkomunikasi dengan Raspberry Pi menggunakan protokol OpenFlow melalui jalur yang disebut Control Channel. Ketika terdapat paket data yang belum memiliki aturan forwarding pada switch, Raspberry Pi akan mengirimkan informasi paket tersebut ke OpenDaylight. Selanjutnya, OpenDaylight akan menentukan jalur komunikasi yang sesuai dan mengirimkan aturan forwarding ke Raspberry Pi agar paket dapat diteruskan menuju tujuan yang benar. Pada sisi konektivitas eksternal, Raspberry Pi juga terhubung dengan router yang berfungsi sebagai gerbang (gateway) menuju jaringan lain maupun internet. Router menerima koneksi dari internet dan meneruskannya ke Raspberry Pi untuk didistribusikan kepada host yang berada di dalam jaringan lokal. Dengan konfigurasi tersebut, kedua host dapat saling berkomunikasi maupun mengakses internet melalui Raspberry Pi yang berperan sebagai OpenFlow Switch. Jalur komunikasi antara router dan Raspberry Pi juga dapat diatur secara dinamis oleh controller sesuai kebijakan jaringan yang diterapkan. Implementasi topologi ini digunakan untuk menguji performa jaringan SDN berbasis perangkat berbiaya rendah menggunakan Raspberry Pi. Pengujian dilakukan dengan mengukur parameter Quality of Service (QoS) seperti throughput, delay, jitter, dan packet loss untuk mengetahui kualitas layanan jaringan yang dihasilkan. Hasil pengujian tersebut kemudian dapat digunakan untuk menganalisis kelayakan Raspberry Pi sebagai alternatif OpenFlow Switch dibandingkan perangkat switch SDN komersial, khususnya pada lingkungan laboratorium, pendidikan, maupun penelitian jaringan komputer.

BAB IV | FLOWCHART SISTEM

Gambar tersebut merupakan flowchart proses forwarding paket pada jaringan Software Defined Networking (SDN) yang menggunakan Raspberry Pi sebagai OpenFlow Switch dan OpenDaylight sebagai SDN Controller. Proses dimulai ketika client mengirimkan paket data ke jaringan. Paket tersebut diterima oleh Raspberry Pi yang berfungsi sebagai OpenFlow Switch. Setelah menerima paket, switch akan memeriksa Flow Table, yaitu tabel yang berisi aturan (rule) untuk menentukan bagaimana paket harus diteruskan ke tujuan yang sesuai. Pada tahap berikutnya, switch melakukan pengecekan apakah sudah terdapat rule yang cocok dengan karakteristik paket yang diterima. Jika rule tersebut sudah tersedia (flow entry ditemukan), maka switch tidak perlu berkomunikasi dengan controller. Paket akan langsung diteruskan sesuai aturan yang terdapat pada Flow Table. Mekanisme ini memungkinkan proses forwarding berlangsung lebih cepat karena keputusan jalur sudah tersimpan di dalam switch. Sebaliknya, apabila switch tidak menemukan rule yang sesuai (flow entry tidak ditemukan), maka switch akan mengirimkan permintaan (Packet-In Message) kepada OpenDaylight Controller. Controller kemudian menganalisis paket dan menentukan keputusan forwarding yang tepat berdasarkan kebijakan jaringan yang telah dikonfigurasi. Setelah keputusan dibuat, controller mengirimkan rule baru ke switch agar dapat digunakan untuk menangani paket tersebut maupun paket serupa di masa mendatang. Setelah menerima rule dari controller, switch menyimpan aturan tersebut ke dalam Flow Table. Selanjutnya paket diteruskan menuju tujuan yang diinginkan sesuai rule yang baru dibuat. Dengan mekanisme ini, SDN mampu memisahkan fungsi kontrol dan fungsi forwarding sehingga pengelolaan jaringan menjadi lebih fleksibel, terpusat, dan mudah dikonfigurasi. Selain itu, penyimpanan rule pada Flow Table juga meningkatkan efisiensi karena paket-paket berikutnya dapat diproses langsung oleh switch tanpa harus selalu meminta keputusan dari controller.

BAB V | IMPLEMENTASI SISTEM

Implementasi sistem pada penelitian ini dilakukan dengan menerapkan arsitektur Software Defined Networking (SDN) menggunakan OpenDaylight sebagai controller dan Raspberry Pi 3 Model B+ sebagai OpenFlow Switch berbasis Open vSwitch (OVS). Raspberry Pi dikonfigurasi menggunakan sistem operasi Raspberry Pi OS dan dipasang layanan OVS yang mendukung protokol OpenFlow. Sementara itu, OpenDaylight dijalankan pada sebuah laptop yang berfungsi sebagai Control Plane untuk mengelola seluruh perangkat jaringan secara terpusat. Dua laptop host digunakan sebagai perangkat pengguna yang akan melakukan pertukaran data dan pengujian jaringan. Pada tahap implementasi, Raspberry Pi dihubungkan dengan kedua laptop host melalui antarmuka Ethernet yang telah dikonfigurasi sebagai bagian dari Open vSwitch. Selain itu, Raspberry Pi juga terhubung ke router yang berfungsi sebagai gateway menuju internet. Setelah OVS aktif, Raspberry Pi dikonfigurasi agar terhubung dengan OpenDaylight Controller menggunakan protokol OpenFlow. Ketika koneksi berhasil terbentuk, OpenDaylight akan mendeteksi OpenFlow Switch dan dapat mengelola tabel forwarding secara terpusat. Dengan konfigurasi tersebut, seluruh keputusan terkait jalur paket data tidak lagi dilakukan oleh switch secara mandiri, melainkan dikendalikan oleh controller. Proses komunikasi dimulai ketika salah satu host mengirimkan paket data ke host lain atau ke internet. Jika Raspberry Pi belum memiliki aturan forwarding yang sesuai pada flow table, maka paket akan diteruskan ke OpenDaylight melalui control channel. Controller kemudian menganalisis paket tersebut dan mengirimkan aturan forwarding yang sesuai ke Raspberry Pi. Setelah aturan tersimpan pada flow table, paket berikutnya dapat diteruskan secara langsung oleh switch tanpa perlu meminta instruksi ulang kepada controller. Mekanisme ini memungkinkan pengelolaan lalu lintas jaringan yang lebih fleksibel dan efisien dibandingkan jaringan konvensional. Untuk mengevaluasi kinerja sistem, dilakukan pengujian Quality of Service (QoS) menggunakan parameter throughput, delay, jitter, dan packet loss. Pengujian dilakukan dengan mengirimkan data antar host melalui Raspberry Pi pada berbagai kondisi beban jaringan. Data hasil pengukuran kemudian dianalisis dan dibandingkan dengan standar TIPHON untuk mengetahui kualitas layanan jaringan yang dihasilkan. Melalui implementasi ini dapat diketahui sejauh mana Raspberry Pi mampu menjalankan fungsi sebagai OpenFlow Switch serta efektivitas OpenDaylight dalam mengelola jaringan SDN secara terpusat.

BAB VI | KESIMPULAN

Berdasarkan perancangan dan implementasi yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa konsep Software Defined Networking (SDN) berhasil diterapkan menggunakan Raspberry Pi 3 Model B+ sebagai OpenFlow Switch dan OpenDaylight sebagai SDN Controller. Implementasi ini menunjukkan bahwa fungsi kontrol jaringan dapat dipisahkan dari fungsi forwarding data sehingga pengelolaan jaringan menjadi lebih terpusat, fleksibel, dan mudah dikonfigurasi dibandingkan dengan jaringan konvensional. Penggunaan Open vSwitch (OVS) pada Raspberry Pi memungkinkan perangkat tersebut beroperasi sebagai OpenFlow Switch yang mampu berkomunikasi dengan OpenDaylight melalui protokol OpenFlow. Controller dapat mengatur aliran lalu lintas data dan melakukan pengelolaan jaringan secara terpusat, sementara Raspberry Pi menjalankan fungsi forwarding berdasarkan aturan yang diberikan. Hal ini membuktikan bahwa perangkat single board computer seperti Raspberry Pi dapat digunakan sebagai media implementasi SDN dengan biaya yang relatif rendah. Selain itu, pengujian parameter Quality of Service (QoS) yang meliputi throughput, delay, jitter, dan packet loss digunakan untuk mengevaluasi performa jaringan yang dibangun. Hasil pengukuran QoS menjadi indikator utama dalam menentukan kualitas layanan jaringan serta tingkat keberhasilan implementasi sistem. Berdasarkan pengujian tersebut, performa Raspberry Pi sebagai OpenFlow Switch dapat dianalisis dan dibandingkan dengan standar kualitas layanan jaringan yang berlaku. Secara keseluruhan, implementasi jaringan SDN berbasis Raspberry Pi dan OpenDaylight memberikan solusi yang ekonomis dan efektif untuk kebutuhan pembelajaran, penelitian, maupun pengembangan jaringan skala kecil. Sistem yang dibangun mampu menunjukkan prinsip kerja SDN secara nyata serta menjadi alternatif yang layak untuk menggantikan penggunaan perangkat OpenFlow Switch komersial dalam lingkungan laboratorium dan akademik.

DAFTAR PUSTAKA

1. Open Networking Foundation. (2012). Software-Defined Networking: The New Norm for Networks. ONF White Paper.
2. Linux Foundation. (2023). OpenDaylight Documentation.
3. Pfaff, B., Pettit, J., Koponen, T., Amidon, K., Casado, M., & Shenker, S. (2015). The Design and Implementation of Open vSwitch. Proceedings of the USENIX Symposium.
4. Raspberry Pi Foundation. (2024). Raspberry Pi Documentation.
5. Feamster, N., Rexford, J., & Zegura, E. (2014). The Road to SDN: An Intellectual History of Programmable Networks. ACM SIGCOMM Computer Communication Review.
6. Kreutz, D., Ramos, F. M. V., Verissimo, P. E., Rothenberg, C. E., Azodolmolky, S., & Uhlig, S. (2015). Software-Defined Networking: A Comprehensive Survey. Proceedings of the IEEE.
7. Stallings, W. (2018). Data and Computer Communications (11th Edition). Pearson Education.
8. ETSI. (2019). TIPHON General Aspects of Quality of Service (QoS). European Telecommunications Standards Institute.
9. Kurose, J. F., & Ross, K. W. (2021). Computer Networking: A Top-Down Approach (8th Edition). Pearson.
10. Forouzan, B. A. (2017). Data Communications and Networking (5th Edition). McGraw-Hill Education.

ANGGOTA KELOMPOK

ABDILLAH FIRZANANDA

NIM. 2341160049

JESSICA MAULIA SHENDRA WARDANA

NIM. 2341160114

M. DIMAS BAEHAQI MUTAQIN

NIM. 2341160132

ORVILLE AFA MARCHIO

NIM. 2341160129

RANDY PUTRA NUR EVANDA

NIM. 2341160011