physical layer OSI

00.07 |

SMKN1 DONOROJO

Physical Layer

Physical layer ada di antara data link layer dan media transmisi. Tugas utamanya adalah menyediakan servis untuk data link layer. Salah satu servis yang disediakan oleh physical layer adalah membentuk sinyal yang merepresentasikan aliran data dalam bentuk bit 0 dan 1 dari data link layer.

Physical layer juga mengatur media transmisi. Layer inilah yang menentukan aliran data, dan jumlah saluran (logical channel) utnuk mengirimkan data yang datang dari sumber yang berbeda.
Tujuan:
Setelah mempelajari bab ini mahasiswa diharapkan dapat:
1. Membedakan data analog dan digital
2. Membedakan sinyal analog dan digital
3. Mengerti konsep bandwidth dan hubungan antara bandwith dan data transmission speed
4. Mengerti enkode digital-to-digital, digital-to-analog dan analog-to-digital
5. Mengerti tentang multiplexing

1.1. Digital dan Analog

Sebagai ilustrasi, bayangkan perbedaan antara aliran air dan lalu lintas di jalan. Ilustrasi untuk data analog adalah air yang mengalir di suatu saluran atau sungai, dengan molekul-molekul yang saling terikat dan bagian-bagiannya tidak dapat dibedakan dengan jelas. Kita dapat menghitung volume air dalam suatu ember, tapi itu bukan jumlah sesungguhnya, karena kita tidak dapat menghitung satu persatu molekul yang membentuk volume air tersebut. Aliran air selalu kontinu.

Sedangkan dalam lalu lintas di jalan, kita dapat membedakan mobil yang satu dengan mobil yang lain, masing-masing memiliki bentuk fisik yang berbeda dan dapat dengan mudah dihitung. Ilustrasi ini berlaku untuk data digital.

DATA DIGITAL DAN ANALOG
Data digital
Komputer menyimpan data dalam bentuk symbol yang disimpan dalam memori komputer. Tiap unit memori adalah suatu switch, dan memiliki dua keadaan, yaitu on dan off, dan symbol yang digunakan adalah 0 dan 1 (dikenal sebagai bit). Informasi yang disimpan dalam memori komputer merupakan kombinasi dari 0 dan 1.

Contoh data digital:

110001100……………………………….10101010

Data Analog
Data analog adalah informasi yang kontinu. Seperti aliran air yang tidak terputus, terus mengalir hingga suatu saat sampai di laut atau masuk ke dalam lubang di tanah.

SINYAL DIGITAL DAN ANALOG

Dalam komunikasi data, data ditransfer dari satu komputer ke komputer lainnya melalui media transmisi. Data yang dilewatkan haruslah dalam bentuk yang dapat diterima media transmisi, yaitu energi elektromagnetik (dalam bentuk sinyal).

Sinyal adalah energi elektromagnetik yang melewati kabel/saluran transmisi. Sinyal yang melewati saluran transmisi bisa terdiri dari sinyal digital dan sinyal analog.

Gambar 3. Sinyal analog dan digital

Sinyal Digital

Data (baik data digital maupun data analog) dapat direpresentasikan oleh sinyal digital. Misalnya, suatu 1 dapat di-enkode sebagai suatu tegangan positif dan 0 sebagai tidak adanya tegangan.

Ada dua term penting yang berkaitan dengan transmisi sinyal digital yaitu bit interval dan bit rate. Bit interval adalah waktu yang diperlukan untuk mengirimkan suatu bit. Sedangkan bit rate adalah jumlah dari bit yang dikirimkan dalam satu detik, dikenal juga sebagai bit per second (bps).

Unit-unit dari bit rate sebagai berikut:

One bit per seconds (bps) = 1 bps
Kilobits per seconds (kbps) = 1.000 bps
Megabits per seconds (Mbps) = 1.000.000 bps
Gigabits per seconds (Gbps) = 1.000.000.000 bps
Terabits per second (Tbps) = 1.000.000.000.000 bps

Signal Analog

Data ditransmisikan dalam bentuk gelombang yang kontinu. Sinyal sinusoida merupakan bentuk dasar dari sinyal analog. Sinyal ini berubah secara konsisten dan kontinu secara teratur dalam suatu cycle.

Sinyal sinusoida memiliki tiga karakterisitik, yaitu amplitude (amplitude), period atau frequency (frekuensi) dan phase (fasa

Amplitudo adalah nilai dari sinyal tersebut di suatu titik pada gelombang. Merupakan jarak vertical dari sumbu horizontalnya. Amplitudo maksimum suatu gelombang sinusoida adalah titik tertinggi yang dicapai pada sumbu vertikal.

Periode adalah jumlah waktu yang dibutuhkan (dalam detik) oleh suatu sinyal, untuk melengkapi satu cycle.

Frekuensi adalah jumlah dari cycle dalam satu detik. Frekuensi = 1/Periode

Fasa adalah posisi dari gelombang relatif saat waktu (t) = 0. Jika kita asumsikan gelombang adalah sesuatu yang dapat dipindahkan ke depan atau ke belakang sepanjang sumbu waktu, fasa mendeskripsikan jumlah dari perpindahan tersebut, mengindikasikan status dari cycle yang pertama. Fasa diukur dalam derajat, atau radian (360 derajat adalah 2p radian).

Sinyal Kompleks

Dalam dunia nyata, suatu sinyal biasanya terdiri dari beberapa sinyal sederhana. Misalnya, suatu sinyal yang telepon genggam dengan teknologi GSM dapat memiliki frekuensi 890-915 MHz untuk uplink (dari mobile ke base station) dan 935-960 MHz untuk downlink (dari base station ke mobile).

Bandwidth
Dalam suatu sinyal yang kompleks, bandwidth dari suatu sinyal adalah perbedaan antara frekuensi tertinggi dan frekuensi terendah. Misalnya suatu sinyal memiliki frekuensi antara 10 kHz dan 50 kHz berarti memiliki bandwidth 40 kHz.

Telepon rumah konvensional memiliki bandwith 4 kHz. Jalur ini didesain untuk membawa data berupa suara manusia yang memiliki frekuensi antara 0 – 4 kHz. Sinyal digital yang merupakan sinyal kompleks, memiliki bandwidth yang jauh lebih lebar dari sinyal analog, sehingga memerlukan kualitas jalur transmisi yang lebih baik dengan memperlebar bandwidth, atau memodifikasi sinyal digital tersebut hingga mampu melalui jalur dengan bandwidth 4 kHz.

1.2. Mengubah Data Menjadi Sinyal

Dalam pengiriman data, ada empat skenario yang dapat terjadi sebagai berikut:
* Mengirimkan data digital menggunakan sinyal digital
* Mengirimkan data digital menggunakan sinyal analog
* Mengirimkan data analog menggunakan sinyal digital
* Mengirimkan data analog menggunakan sinyal analog

Digital Encoding – Konversi Digital ke Digital

Bila data yang akan dikirim dalam bentuk digital (dalam bentuk 0 dan 1), dan media transmisinya mampu untuk menangani sinyal digital (memiliki bandwidth yang lebar) maka physical layer mampu untuk untuk meng-enkode data digital ke sinyal digital utnuk pentransmisian.

Hampir semua LAN (Local Area Network) menggunakan endoke digital-to-digital karena data yang disimpan dalam komputer adalah data digital dan kabel yang menghubungkan komputer-komputer tersebut mampu membawa sinyal digital.

Modulasi - Konversi Digital ke Analog

Kadangkala physical layer perlu merubah data digital menjadi sinyal analog, misalnya saat penggunaan telepon konvensional untuk mengirim data digital via Internet. Jalur yang digunakan adalah jalur analog dengan bandwidth yang sempit, sekitar 4 kHz yang tidak memungkinkan untuk dilewati sinyal digital dalam pengiriman data yang reliable. Pada kasus ini diperlukan konversi digital ke analog, yang dikenal sebagai modulasi. Suatu piranti yang disebut modem (modulator/demodulator) diperlukan untuk memodulasi dan mendemolasi data.

Sampling Data Analog: Konversi Analog ke Digital

Konversi data dari analog ke digital diperlukan saat data analog akan dikirimkan sebagai sinyal digital. Misalnya pengiriman data suara jarak jauh via perusahaan telepon melalui jaringan digital. Suara dikirimkan sebagi sinyal analog dari pelanggan, dan kemudian dilewatkan via jaringan digital. Ada dua alasan penggunaan sinyal digital untuk jalur telepon jarak jauh. Pertama, sinyal digital lebih tahan terhadap noise dan kedua jaringan digital dapat digunakan dalam transmisi data, selain suara.

1.3. TRANSMISSION MODES

Hal yang perlu diperhatikan dalam pengiriman data digital dari satu piranti ke piranti yang lain adalah wiring (pengkabelan). Dalam pengkabelan ini hal yang perlu diperhatikan adalah data stream (aliran data).Pengiriman data biner dapat dilakukan melalui suatu jalur menggunakan mode parallel atau serial. Dalam pode parallel, beberapa bit dikirmkan dalam satu pulsa, sedangkan pada mode serial setiap bit dikirimkan per pulsa.

Transmisi Paralel

Mekanisme transmisi parallel adalah menggunakan n wires (sejumlah n pengkabelan) untuk mengirimkan sejumlah n bits pada satu waktu. Setiap bit memiliki pengkabelan tersendiri, dan semua n bits dari satu groups dapat ditransmisikan pada tiap pulsa dari satu piranti ke piranti lainnya.

Keuntungan dari transmisi parallel adalah kecepatan. Tetapi, transmisi parallel membutuh sejumlah n jalur komunikasi untuk mentrasnmisikan aliran data.

Transmisi Serial

Pada transmisi serial, 1 bit diikuti oleh bit yang lain secara berurutan sehingga hanya dibutuhkan satu jalur komunikasi antara 2 piranti. Keuntungan dari transmisi ini adalah mengurangi biaaya karena hanya diperlukan satu jalur.

1.4. LINE CONFIGURATION (KONFIGURASI JALUR)

Line configuration mengacu pada bagaimana dua piranti terhubung pada suatu jalur/link. Jalur/link adalah saluran komunikasi fisik yang mentransmisikan data dari satu piranti ke piranti lainnya. Bayangkan saat anda harus melewati jalan raya untuk mencapai tujuan dari rumah anda. Jalan yang anda lewati dapat dianalogikan sebagai jalur/link dalam komunikasi data.

Point to Point
Suatu konfigurasi point to point menyediakan jalur tertentu antara dua piranti. Seluruh kapasitas jalur tersebut didedikasikan untuk transmisi antara dua piranti tersebut. Misalnya saat anda merubah saluran TV menggunakan gelombang infrared dari remote control, anda menggunakan konfigurasi point to point antara remote control dan system kontrol televisi.

Multipoint

Yaitu saat lebih dari satu piranti berbagi jalur yang sama.

1.5.DUPLEXITY
Duplexity mengacu kepada arah dari aliran sinyal antara dua piranti yang saling berhubungan. Ada dua mode transmisi yaitu half-duplex dan full-duplex.

Half Duplex

Dalam mode half-duplex tiap piranti dapat mengirim dan menerima data, tapi tidak pada waktu yang sama. Saat suatu piranti mengirim, piranti yang lain dapata menerima dan begitu pula sebaliknya.

Mode half-duplex adalah seperti suatu jalan sempit 2 arah. Saat suatu mobil sedang melewatinya, mobil dari arah yang berlawanan harus menunggu. Pada half-duplex semua kapasitas saluran digunakan oleh salah satu piranti yang sedang mengirimkan data. Contoh sistem half-duplex misalnya walkie-talkie.

Full Duplex
Pada full-duplex setiap piranti dapat mengirim dan menerima data secara bersamaan. Analoginya adalah jalan lebar 2 arah. Kendaraan dari 2 arah yang berlawanan dapat lewat pada saat yang sama. Pada mode ini, sinyal menuju arah yang berlawanan saling berbagi kapasitas jalur. Contoh sistem full-duplex adalah jalur telepon. Saat menggunakan telepon kita dapat berbicara dan mendengarkan pada saat yang bersamaan.

1.6.MULTIPLEXING

Saat kapasitas transmisi (yaitu bandwidth a.ka. jumlah bit yang dapat dikirim per detik) dari suatu media yang menghubungkan dua piranti lebih besar dari yang dibutuhkan, jalur tersebut dapat digunakan bersama. Bayangkan suatu saluran air yang dapat membawa volume air untuk dibagikan ke banyak pelanggan pada satu waktu. Multiplexing adalah suatu cara yang digunakan untuk melakukan transmisi lebih dari satu sinyal secara bersamaan melewati satu jalur data.

Frequency Division Multiplexing (FDM)

FDM adalah suatu teknik analog yang dapat diaplikasikan saat bandwidth dari suatu jalur lebih besar dari total bandwidth dari sinyal yang ditransmisikan. Dalam FDM, sinyal yang dibangkitkan tiap piranti dimodulasi oleh frekuensi pembawa yang berbeda-beda. Sinyal termodulasi ini kemudian dikombinasi ke dalam satu sinyal yang kompleks yang dapat dikirimkan via jalur tersebut.

Wave-Division Multiplexing (WDM)

WDM memiliki konsep yang sama seperti FDM, tetapi proses multipleksing dan demultipleksingnya dilakukan pada sinyal cahaya yang ditransmisikan melalui jalur fiber-optic (serat kaca). Perbedaannya adalah frekuensi yang digunakan sangat tinggi.

Time Division Multiplexing (TDM)

TDM adalah suatu proses digital yang dapat diaplikasikan saat data-rate maksimal medium transmisi lebih besar daripada data-rate yang dibutuhkan oleh piranti pengirim dan penerima.

· Menspesifikasikan standar untuk beriteraksi dengan media jaringan.

· Menspesifikasikan kebutuhan media untuk jaringan

· Menentukan karakteristik kabel untuk menghubungkan komputer dengan jaringan

· Mentransfer dan menentukan bagaimana bit data dikodekan.

· Format sinyal elektrikal untuk transmisi lewat media jaringan.

· Sinkronisasi transmisi sinyal

· Menangani interkonesi fisik (kabel), mekanikal, elektrikal dan procedural.

· Mendeteksi error selama transmisi.

Lapisan ini mendefinisikan antarmuka dan mekanisme untuk meletakan bit-bit data diatas media jaringan seperti kabel, radio dan cahaya. Selain itu, lapisan ini dapat mendefinisikan tegangan listrik, arus listrik, modulasi sinkronisasi antar bit, pengaktifan dan pemutusan koneksi serta beberapa karakteristik kelistrikan untuk media transmisi seperti kabel UTP/STP, kabel koaksial atau kabel fiber Optik. Protokol pada Physical Layer mencakup IEEE 802.3; RS-232C; X.21; repeater; transoeiver; kartu jaringan atau network interface card (NIC) dan pengabelan untuk beroprasi.

B. Manfaat Physical Layer pada Komunikasi Data

Media paling sering digunakan untuk komunikasi data adalah kabel yang menggunakan kawat tembaga untuk sinyal data dan bit kontrol antar perangkat jaringan. Kabel yang digunakan untuk komunikasi data yang biasanya terdiri dari serangkaian kabel tembaga individu yang membentuk sirkuit sinyal didedikasikan untuk tujuan tertentu. Jenis lain dari kabel tembaga, yang dikenal sebagai kabel koaksial, memiliki konduktor tunggal yang berjalan melalui pusat kabel yang terbungkus oleh, namun terisolasi dari, pelindung lainnya.

Tembaga jenis media yang dipilih adalah ditentukan oleh standar lapisan Fisik yang dibutuhkan untuk menghubungkan lapisan Data Link perangkat dua atau lebih jaringan. Kabel ini dapat digunakan untuk menghubungkan node di LAN untuk perangkat perantara, seperti router dan switch. Kabel juga digunakan untuk menghubungkan perangkat WAN ke penyedia layanan data seperti perusahaan telepon. Setiap jenis koneksi dan perangkat kabel terlampir persyaratan yang ditetapkan oleh standar lapisan fisik.

Jaringan media umumnya menggunakan jack modular dan colokan, yang menyediakan koneksi mudah dan pemutusan. Juga, satu jenis konektor fisik dapat digunakan untuk beberapa jenis koneksi. Sebagai contoh, konektor RJ-45 digunakan secara luas dalam LAN dengan satu jenis media dan di beberapa WAN dengan jenis media lain. Berikut adalah contoh hardware yang memakai kawat tembaga

Physical layer

Physical layer adalah layer paling bawah dari layer-layer model OSI. Ia berisi standard-standard untuk Menghubungkan komputer kepada media transmisi yang sesungguhnya. Karakteristik dari lapisan Physical layer adalah yang menentukan rangkaian kejadian dimana arus bit berpindah melalui medium fisik. Sedangkan tujuan utama dari layer Physical adalah:
•    Menspesifikasikan standards untuk berinteraksi dengan media jaringan
•    Menspesifikasikan kebutuhan media untuk jaringan-jaringan.
•    Format sinyal electrical untuk transmisi lewat media jaringan
•    Synchronisasi transmisi sinyal
•    Deteksi error selama transmisi
Pada layer physical, komputer mengirimkan stream bit-bit lewat media transmisi. Karena komputer menggunakan sinyal electric untuk menghadirkan biner 0 dan 1, standards layer physical berkenaan dengan sinyal-sinyal electric ini meliputi:
•    Jenis sinyal (analog atau digital)
•    Level tegangan
•    Identifikasi bit
•    Synchronisasi bit

Review OSI 7 Layer & TCP/IP

2.2. Penjelasan Physical Layers

Layer-2 paling bawah dari model OSI adalah layer Physical dan layer Data Link. Layer-2 ini menspesifikasikan standards kepada interaksi komputer-2 dengan media transmisi fisik. Sebagai administrator anda harus faham kedua layer Physical dan layer Data Link ini.

Layer Physical

Layer physical adalah layer paling bawah dari layer-2 model OSI. Ia bersi standard-2 untuk menghubungkan komputer kepada media transmisi yang sesungguhnya. Tujuan utama dari layer Physical adalah:

• Menspesifikasikan standards untuk berinteraksi dengan media jaringan
• Menspesifikasikan kebutuhan media untuk jaringan-2
• Format sinyal electrical untuk transmisi lewat media jaringan
• Synchronisasi transmisi sinyal
• Deteksi error selama transmisi

Pada layer physical, komputer mengirimkan stream bit-2 lewat media transmisi. Karena komputer menggunakan sinyal electric untuk menghadirkan biner 0 dan 1, standards layer physical berkenaan dengan sinyal-2 electric ini meliputi:

• Jenis sinyal (analog atau digital)
• Level tegangan
• Identifikasi bit
• Synchronisasi bit

Standard media transmisi

Protocol pada layer physical menjelaskan karakteristik dari media transmisi dan sinyal elektrik yang meliputi spesifikasi-2 berikut:

• Konektor-2 fisik
• Piranti koneksi seperti switch, multiplexer
• Kecepatan data transfer
• Jarak transmisi maksimum

Pengiriman frame di media local memerlukan unsur lapisan berikut: Fisik media dan konektor terkait; sebuh representasi bit pada media Encoding data dan control informasi Pemancar dan Penerima sikkuit pada perangkat jaringan. Ada tiga bentuk dasar media jaringan pada data yaitu:

a. Kabel Tembaga (Copper Cable)

Untuk media kabel tembaga, sinyal-sinyal adalah pola pulsa elektrik.

b. Fiber : untuk serat, pola sinyal cahaya

c. Wireless

Untuk media wireless, sinyal-sinyal adalah pola transmisi radio.

Tiga fungsi dasar dari lapisan fisik adalah seperti gambar berikut:

a. Komponen Fisik
b. Data Encoding

Encoding adalah cara mengubah suatu aliran bit data ke dalam kode standar. Kode adalah pengelompokan bit yang digunakan untuk memberikan pola diprediksi yang dapat diakui oleh pengirim dan menerima. Menggunakan pola diprediksi akan membantu untuk membedakan bit data dari bit kontrol dan menyediakan deteksi kesalahan media yang lebih baik. Selain membuat kode untuk data, metode pengkodean pada lapisan fisik juga dapat memberikan kode untuk tujuan kontrol seperti mengidentifikasi awal dan akhir frame.

c. Pemberian signal

L apisan Fisik harus menghasilkan sinyal-sinyal listrik, optik, atau nirkabel yang mewakili "1" dan "0" pada media. Metode mewakili bit disebut metode isyarat. Satandar lapisan fisik harus menentukan apa yang merupakan jenis sinyal”1” dan”0”.

2.3. Manfaat Physical Layers pada Komunikasi Data