#4 Physical Layer Dosen : Susmini Indriani Lestariningati, M.T

(1)

Jaringan Komunikasi dan Data

#4 Physical Layer

(2)

Jaringan Komputer dan Data Susmini I. Lestariningati, M.T

Physical Layer

The physical layer is responsible for movements of

individual bits from one hop (node) to the next.

(3)

(4)

Susmini I. Lestariningati, M.T Jaringan Komputer dan Data

Types of Media

•

_{There are three basic forms of}

network media. The physical layer

produces the representation and

groupings of bits for each type of

media as:

•

_{Copper cable: The signals are}

patterns of electrical pulses.

•

Fiber-optic cable: The signals

are patterns of light.

•

Wireless: The signals are

patterns of microwave

transmissions.

(5)

(6)

Physical Layer

• Transmission Mode

• Encoding

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

Asynchronous Transmission

Asynchronous

• Data dikirim per karakter

• Diwali dengan bit start dan diakhiri dengan bit stop

• Jarak antar karakter bebas (tidak diatur) • Panjang karakter bisa 5, 6, 7, 8 bit

• Panjang stop bit bisa 1 hingga 2 bit

• Bisa menambahkan bit paritas genap atau ganjil (untuk eror detection) • Contoh: RS-232

(12)

Synchronous Serial Transmission

Synchronous

• Diawali dan diakhiri dengan karakter Flag

• Panjang karakter tetap dan berurutan

• Menuntut kualitas saluran sangat baik (kualitas minimal, jika tidak

terjadi pergeseran waktu dan lain-lain

(13)

Sinkronisasi

• Pada transmisi data dilayer fisik, selain modulasi diperlukan

kemampuan untuk sinkronisasi, yaitu teknik mendapatkan bit

disuatu sinyal yang melibatkan masalah waktu pengambilan sampel

dari sinyal, format suatu karakter dan format paket.

• Sinkronisasi adalah suatu proses menyerempakkan (menyinkronkan)

clock yang beroperasi pada semua perangkat telekomunikasi.

• Tujuan sinkronisasi pada jaringan digital adalah sebagai usaha untuk

memperkecil slip (controlled slip) pada jaringan, sehingga degradasi

karena laju slip dapat dijaga pada tingkat yang dapat diterima

(14)

Urutan pengerjaan sinkronisasi

1. Sinkronisasi bit

Ditandai awal dan akhir untuk masing-masing bit

2. Sinkronisasi karakter/kata

Ditandai awal dan akhir untuk masing-masing karakter/ satuan kecil

lainnya dari data

3. Sinkronisasi blok/pesan

Ditandai awal dan akhir dari satuan besar data. Untuk pesan yang besar,

dibagi-bagi menjadi beberapa blok kemudian baru dikirimkan

pengurutan blok-blok yang telah dibagi tersebut adalah tugas dari

timing. Sedangkan pengaturan level sinyal adalah tugas dari sintaks dan

untuk melihat arti dari pesan adalah tugas dari semantik

(15)

Sinkronisasi Bit

0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 ... 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1

FLAG data FLAG

Zero bit insertion Zero bit deletion PISO TxC RxC SIPO 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 ... 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0

Flag DATA Flag

Zero bit insertion

▪ Jika masalah pengkodean saluran sudah bisa dianggap selesai, maka ururan selanjutnya adalah bagaimana penerima mendapatkan data yang ditujukan kepadanya dari sinyal yang dikirim

▪ Pada dasarnya layer fisik harus mampu memisahkan bit demi bit yang terkodekan di sinyal yang diterima ▪ Proses ini disebut sinkronisasi bit

•_{Untuk mendapatkan bit yang terdapat} pada sinyal berubah-ubah dengan cepat, dilakukan teknik sampling sinyal dengan jumlah sampel beberapa kali dari laju data

•_{Semakin banyak jumlah sampel, maka} akan semakin akurat prediksi bit yang didapat apakah bit ‘0’ atau bit ‘1’ dengan konsep sederhana ‘mayoritas menentukan hasil’, jika mayoritas bit di suatu perioda sampling (sepanjang slit pada laju bit pengirim) cenderung ke bit tertentu, maka dianggap bit tersebut diterima

•Pada sistem RS-232, umum dilakukan sampling sebesar 8x, 16x, atau 64x dari laju data pengirim

(16)

Sinkronisasi Karakter

▪ Setelah mendapatkan bit-bit informasi, maka tugas selanjutnya adalah mendapatkan set bit yang membentuk karaternya

▪ Tugas ini sangat penting dikarenakan salah memilih posisi bit dalam karakter akan memberikan karakter lain yang berbeda artinya sama sekali

Contoh: diterima 0011000101

▪ Jika dibaca sebagai MSB dari bit paling kiri, maka akan didapatkan karakter ASCII 31h (angka 1)

▪ Jika dibaca sebagai MSB mulai dari bit kedua dari kiri, maka akan didapatkan karakter ASCII 62h (huruf b)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 0x NUL SOH STX ETX EOT ENQ ACK BEL BS TAB LF VT FF CR SO SI 1x DLE DC1 DC2 DC3 DC4 NAK SYN ETB CAN EM SUB ESC FS GS RS US 2x space ! " # $ % & ' ( ) * + , - . / 3x 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 : ; < = > ? 4x @ A B C D E F G H I J K L M N O 5x P Q R S T U V W X Y Z [ \ ] ^ _ 6x ` a b c d e f g h i j k l m n o 7x p q r s t u v w x y z { | } ~ DEL

SYN NUL NUL NUL STX R J G H K L I Y H K L S J H F U Y U W I E ETX NUL NUL NUL SYN SYN 16 00 00 00 02 52 4A 47 48 4B 4C 53 …..45 03 00 00 00 16 16

(17)

▪ Digunakan karakter SYN sebagai penanda mulainya bit dari suatu karakter ▪ Cara kerjanya relatif sederhana:

▪ Penerima akan mencari (hunting) karakter SYN dalam urutan bit yang diterimanya

▪ Akan dicocokkan 8 bit pertama yang dimulai dari bit ‘0’ (kondisi ini disebut memasuki mode hunting) ▪ Jika cocok, maka 8 bit tersebut ditetapkan sebagai karakter pertama

▪ Jika tidak cocok, maka akan mencari bit ‘0’ berikutnya untuk selanjutnya melakukan hunting lagi ▪ Disediakan 2 atau 3 karakter SYN untuk berjaga-jaga jika terlewat menerima karakter SYN pertama

(18)

Sinkronisasi Frame

▪ Terdapat dua jenis sinkronisasi frame:

▪ Untuk data dapat dibaca (teks), mengandung informasi yang hanya terdiri dari karakter-karakter huruf, angka dan karakter lain (umumnya merupakan karakter ASCII 00h s/f 7Fh ➔ cukup digunakan karakter STX dan ETX

▪ Untuk data biner, mengandung informasi yang menggunakan semua kombinasi ASCII (data gambar, suara dan data-data lain yang dikodekan dari 00h s/d FFh) ➔ menggunakan karakter DLE STX dan DLE ETX

▪ Setelah mendapatkan karakter-karakter didapat masalah baru, yaitu karakter mana yang merupakan informasi (frame data) dan mana yang merupakan karakter random yang ditambahkan sistem transmisi (pada komunikasi sinkron) atau noise yang kebetulan memenuhi syarat untuk dibaca sebagai suatu karakter (pada komunikasi asinkron)

▪ Pada prinsipnya, suatu deretan karakter yang mengandung informasi diapit karakter-karakter khusu sebagai penanda, karakter tersebut adalah STX sebagai tanda awal frame dan ETX sebagai tanda akhir frame

(19)

▪ Jika pesan terdiri dari

beberapa karakter

(frame informasi),

maka selain

melakukan

sinkronisasi bit dan

karakter, penerima

juga harus bisa

menentukan awal dan

akhir tiap frame.

▪ Karakter kontrol yang

digunakan untuk

sinkronisasi frame:

STX, ETX, dan DLE

(20)

(21)

Data Element and Signal Element

▪ Didalam komunikasi data , tujuan kita adalah

mengirimkan elemen data. Data elemen adalah entitas terkecil yang dapat

merepresentasikan bagian dari informasi, yaitu bit.

▪ Didalam komunikasi data digital, sinyal elemen membawa data elemen ▪ Dalam kata lain, data

elemen adalah apa yang ingin dikirim sedangkan sinyal elemen adalah sinyal yang membawa data

tersebut.

▪ Ratio (r) adalah jumlah dari data elemen yang dibawa oleh sinyal elemen

(22)

Data rate vs Signal Rate

• where

N is the data rate (bps); c is the

case factor, which varies for each case;

S is the number of signal elements; and

r is the previously defined factor.

▪ The data rate defines the number of data elements (bits) sent in 1s. The unit is

bits

per second (bps).

▪ The signal rate is the number of signal elements sent in 1s. The unit is the

baud.

▪ The data rate is sometimes called the bit rate; the signal rate is sometimes called

the pulse rate, the modulation rate, or the baud rate.

(23)

Example

• A signal is carrying data in which one data element is encoded as

one signal element (r=1). If the bit rate is 100 kbps, what is the

average value of the baud rate if c is between 0 and 1?

• Solution

(24)

(25)

Non Return to Zero

▪ In NRZ-L the level of the voltage determines the value of the bit. In NRZ-I the inversion or

the lack of inversion determines the value of the bit.

(26)

Biphase: Manchester and Differential Manchester

▪ In Manchester and diﬀerential Manchester encoding, the transition at the middle of the bit is used for synchronization.

(27)

Bipolar and Pseudoternary

(28)

Scrambling

▪ Biphase schemes that are suitable for dedicated links between stations in a LAN are not suitable for long-distance communication because of their wide bandwidth requirement.

▪ The combination of block coding and NRZ line coding is not suitable for long-distance encoding either, because of the DC component.

▪ Bipolar AMI encoding, on the other hand, has a narrow bandwidth and does not create a DC component. However, a long sequence of 0s upsets the synchronization.

(29)

B8ZS

(30)

HDB3

HDB3 substitutes four consecutive zeros with 000V or B00V depending on the

number of nonzero pulses after the last substitution

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

(40)

(41)

(42)

Gangguan Pada Transmisi Data

• Noise (Derau)

• Inter Symbol Interference (ISI)

• Distorsi

(43)

Noise

Thermal Noise

Impulse Noise

Cross Talk

Intermodulation

_Noise

Crosstalk is the

eﬀect of one wire on the other. One wire

acts as a sending antenna and the

other as the receiving antenna

Thermal noise is the

random motion of electrons in a wire which creates an

extra signal not originally sent by the

transmitter.

Impulse noise is a

spike (a signal with high energy in a very

short time) that comes from power lines, lightning, and

so on Intermodulation noise, which is caused by non-linearity in communication devices.

(44)

Thermal Noise

Np = k . T . B

The power available from thermal noise is

where

Np = Noise power (W)

K = Botlzmann’s constant = 1.38 x 10

-23

_(J/Kº)

T = the eﬀective system noise temperature (Kº)

B = the eﬀective system bandwidth (Hz)

(45)

(46)

Inter-Symbol Interference

▪ Terjadi interferensi antara simbol-simbol yang berdekatan

(adjacent)

▪ Terjadi karena adanya multipath propagation dan keterbatasan BW

▪ Dapat diatasi dengan: memperlambat pengiriman simbol,

(47)

Distortion

▪ Distortion means that the signal changes its form or shape.

▪ Distortion can occur in a composite signal made of diﬀerent frequencies. Each signal component has its own propagation speed (see the next section) through a medium and, therefore, its own delay in arriving at the final destination.

▪ Differences in delay may create a difference in phase if the delay is not exactly the same as the period duration. In other words, signal components at the receiver have phases different from what they had at the sender.