physical 1

Gambar susunan Layer Pada sebuah Jaringan Komputer

      Dalam sebuah jaringan komputer, terdapat beberapa layer yang saling terhubung dengan layer diatas atau dibawahnya. Layer sendiri adalah kumpulan fungsi yang menerima pesan dari layer diatasnya dan mengirimkan pesan dari layer dibawahnya. Contohnya, ada sebuah layer A yang melayani komunikasi pada sebuah jaringan. Layer ini berjalan bagi aplikasi diatasnya, dan sementara itu layer A juga memanggil layer dibawahnya untuk mengirim dan menerima paket data yang mengisi konten di jalan tadi. Dua hal tadi terkoneksi secara horizontal pada satu layer.

Saat ini pembagian layer pada jaringan komputer internasional diatur dalam Open System Interconnection Model (OSI Model). Dan sebagian besar protokol pada jaringan tersebut berbasis TCP/IP.

Dalam OSI Model, terdapat 7 layer, yaitu application, presentation, session, transport, network, data link, dan physical. Kali ini akan dibahas tentang  physical layer. Layer ini merupakan layer yang paling berhunungan langsung dengan data pada jaringan komputer.

Physical layer merupakan layer terendah dalam jaringan komputer pada OSI Model. Physical layer terdiri dari teknologi-teknologi transmisi data yang ada pada hardware. Layer ini merupakan fundamental dalam struktur data logikal pada sebuah jaringan. Karena ada banyak sekali teknologi hardware dengan karakteristik yang berbeda di pasaran, layer ini juga merupakan layer yang paling kompleks dalam OSI Model.

Secara nyata, physical layer adalah layer yang mentransmisikan bit data secara nyata pada cabang jaringan yang saling terkoneksikan lewat physical link. Aliran bit data dapat dikelompokkan menjadi kode dalam format words atau simbol, dan kemudian dikonversi menjadi physical signal yang ditransmisikan melalui media hardware. Physical layer menyediakan interface elektrik, mekanik, maupun prosedural untuk media transmisi. Sifat dan bentuk dari konektor elektrik, frekuensi yang dipancarkan, dan skema modulasi dispesifikasikan di layer ini.

Dalam arsitektur jaringan OSI, physical layer menerjemahkan permintaan komunikasi dari data link layer pada operasi hardware untuk mentransmisikan dan menerima sinyal elektronik.

Dalam mendukung kerja dari Phisical Layer ini, memerlukan beberapa kompenen atau media dalam pengoperasiannya. Berikit ini beberapa media dan komponen pendukung:

1. Transmision Media (Media Transmisi)

      Media transmisi adalah media yang dapat digunakan untuk mengirimkan informasi dari suatu tempat ke tempat lain. Dalam jaringan, semua media yang dapat menyalurkan gelombang listrik atau elektromagnetik atau cahaya dapat dipakai sebagai media pengirim, baik untuk pengiriman dan penerimaan data. Pilihan media transmisi (pengirim) untuk keperluan komunikasi data tergantung pada beberapa faktor, seperti harga, performance jaringan yang dikehendaki, ada atau tidaknya medium tersebut

1.1 Kabel Twisted Pair/untiran.

Kabel jenis ini merupakan kabel yang paling luas penggunaannya karena dipergunakan untuk jaringan telpon. Kabel ini terbuat dari tembaga dimana beberapa pasang kabel di-untir dan dijadikan satu. Guna mempertinggi kualitas kabel, seringkali setiap pasang kabel akan saling di-untir sehingga disebut sebagai kabel untiran. Ada dua jenis kabel twisted pair yaitu

  • UTP(unshielded twisted pair)
  • STP (shielded twisted pair) Konektor yang digunakan dalam kabel twisted pair biasanya adalah RJ 45

1.2 Kabel Koaksial

Pada jenis ini, kabel utama yang terbuat dari tembaga yang dikelilingi oleh anyaman halus kabel tembaga lainnya dan diantaranya terdapat isolasi. Dari sudut harga,kabel ini lebih mahal apabila dibanding dengan kabel untiran, tetapi kualitas yang diberikan juga lebih baik.

Coaxial cable, dikenal empat  jenis, yaitu:

  • Thick coaxial cable (mempunyai diameter lumayan besar)
  • Thin coaxial cable (mempunyai diameter lebih kecil).
  • Thick coaxial cable (Kabel Coaxial “gemuk”) Kabel coaxial jenis ini dispesifikasikan berdasarkan standar IEEE 802.3 10BASE5, dimana kabel ini mempunyai diameter rata-rata 12mm, kabel jenis ini biasa disebut sebagai standard ethernet atau thick Ethernet, atau hanya disingkat ThickNet. Kabel Coaxial ini (RG-6) jika digunakan dalam jaringan mempunyai spesifikasi dan aturan sebagai berikut:

1)      Setiap ujung harus diterminasi dengan terminator 50-ohm (dianjurkan menggunakan terminator yang sudah dirakit, bukan menggunakan satu buah resistor 50-ohm 1 watt, sebab resistor mempunyai disipasi tegangan yang lumayan lebar).

2)      Maksimum 3 segment dengan peralatan terhubung (attached devices) atau berupa populated segments.

3)      Setiap kartu jaringan mempunyai pemancar tambahan (external transceiver).

4)      Setiap segment maksimum berisi 100 perangkat jaringan, termasuk dalam hal ini repeaters.

5)      Maksimum panjang kabel per segment adalah 1.640 feet (atau sekitar 500 meter).

6)      Maksimum jarak antar segment adalah 4.920 feet (atau sekitar 1500 meter).

7)      Setiap segment harus diberi ground.

8)      Jarak maksimum antara tap atau pencabang dari kabel utama ke perangkat (device) adalah 16 feet (sekitar 5 meter).

9)      Jarak minimum antar tap adalah 8 feet (sekitar 2,5 meter).

  • Thin coaxial cable (Kabel Coaxial “Kurus”)

Kabel coaxial jenis ini banyak dipergunakan di kalangan radio amatir, terutama untuk transceiver yang tidak memerlukan output daya yang besar. Untuk digunakan sebagai perangkat jaringan, kabel coaxial jenis ini harus memenuhi standar IEEE 802.3 10BASE2, dimana diameter rata-rata berkisar 5mm dan biasanya berwarna hitam atau warna gelap lainnya. Setiap perangkat (device) dihubungkan dengan BNC T-connector. Kabel jenis ini juga dikenal sebagai thin Ethernet atau ThinNet.
Kabel coaxial jenis ini, misalnya jenis RG-58 A/U atau C/U, jika diimplementasikan dengan TConnector dan terminator dalam sebuah jaringan, harus mengikuti aturan sebagai berikut:

1)      Setiap ujung kabel diberi terminator 50-ohm.

2)      Panjang maksimal kabel adalah 1,000 feet (185 meter) per segment.

3)      Setiap segment maksimum terkoneksi sebanyak 30 perangkat jaringan (devices)

4)      Kartu jaringan cukup menggunakan transceiver yang onboard, tidak perlu tambahan transceiver, kecuali untuk repeater.

5)      Maksimum ada 3 segment terhubung satu sama lain (populated segment).

6)      Setiap segment sebaiknya dilengkapi dengan satu ground.

7)      Panjang minimum antar T-Connector adalah 1,5 feet (0.5 meter).

8)      Maksimum panjang kabel dalam satu segment adalah 1,818 feet (555 meter).

9)      Setiap segment maksimum mempunyai 30 perangkat terkoneksi.

1.3 Fiber Optic Cable (Serat Optik).

Fiber optik adalah sebuah kaca murni yang panjang dan tipis serta berdiameter sebesar rambut manusia. Dan dalam pengunaannya beberapa fiber optik dijadikan satu dalam sebuah tempat yang dinamakan kabel optik dan digunakan untuk mengantarkan data digital yang berupa sinar dalam jarak yang sangat jauh.
Core adalah kaca tipis yang merupakan bagian inti dari fiber optik yang dimana pengiriman sinar dilakukan. Cladding adalah materi yang mengelilingi inti yang berfungsi memantulkan sinar kembali ke dalam inti(core). Buffer Coating adalah plastic pelapis yang melindungi fiber dari kerusakan.

1.4 Wireless Network

Saat ini sudah banyak digunakan jaringan tanpa kabel (wireless network), transmisi data menggunakan sinar infra merah atau gelombang mikro untuk menghantarkan data. Walaupun kedengarannya praktis, namun kendala yang dihadapi disini adalah masalah jarak, bandwidth, dan mahalnya biaya. Namun demikian untuk kebutuhan LAN di dalam gedung, saat ini sudah dikembangkan teknologi wireless untuk Active Hub (Wireless Access Point) dan Wireless LAN Card (pengganti NIC), sehingga bisa mengurangi semrawutnya kabel transmisi data pada jaringan komputer. Wireless Access Point juga bisa digabungkan (up-link) dengan ActiveHub dari jaringan yang sudah ada.

2. Topologies (Topology)

Physical Topology adalah rules communication yang dipakai station dalam berkomunikasi dalam network. Ada 4 macam Phiysical Topology yaitu :

      2.1 Bus

            Bus topology ini menggunakan sebuah kabel tunggal jenis coaxial Thin Eternet (Thinnet) dan Thick Eternet (Thicknet) 

 

2.2Star

Topologi star yaitu dimana masing-masing workstation dihubungkan ke secara       langsung ke server atau hub/switch.

      2.3 Ring

Topoligi Ring yaitu dimana semua workstation dan server dihubungkan      sehingga terbentuk suatu pola lingkaran atau cincin.

      2.4 Point to Point

Dengan point to point hanya dua system yang terhubung melalui media fisik

3. Transmision Media Connectors

Disebut juga jalur transmisi, yang merupakan suatu alat yang mampu mengirimkan informasi dengan menggunakan peralatan yang lain. Jalur transmisi data ini dibagi menjadi 3 macam yakni Multicast, Broadcast dan Unicast.

3.1 Multicast

Adalah suatu proses komunikasi terjadi melalui satu alat dengan alat lainnya. Dalam proses ini masing-masing alat / media yang terhubung dapat berkomunikasi menggunakan alat yang menghubunginya. Contohnya adalah server yang digunakan untuk mengakses internet. Server tersebut mampu melayani beberapa komputer yang terhubung dengan media, dan dalam proses ini komputer yang dihubungi mampu memberikan respon balik terhadap server tersebut.

3.2 Broadcast

Adalah proses dalam pengiriman data atau informasi dari satu alat ke alat-alat lainnya. Dalam proses ini alat yang menerima informasi tidak bisa memberikan respon balik terhadap alat pengirim data / informasi. Beberapa contoh yang menggunakan jalur transmisi Broadcast adalah pemancar radio, pemancar televisi serta mengirim email menggunakan mailing list.

3.3 Unicast

Merupakan kontak informasi yang terjadi pada suatu alat dengan satu alat yang lain. Misalnya sewaktu menggunakan telepon, ketika salah satu telepon digunakan untuk menghubungi salahs atu telepon yang lain, maka selain kedua telepon yang berhubungan tersebut tidak dapat menghubungi salahs atu dari telepon yang sedang terkoneksi / terhubung tersebut.

4. Pin out Assignments

Tidak ada penjelasan detail tentang kompenen atau media ini, tapi bisa diartikan bahwa Pin out Assignments merupakan jumlah terminal pada pin out put atau input yang menghubungkan antara komputer dan komponen yang akan dihubungkannya. Jumlah dan ukurannya sangatlah berfariasi. Berikut contoh gambar pin out assignments ;

Ethernet 10-Base T/100-Base T Port

11

5. Signal Speed, Voltage and Encoding

     Sinyal adalah suatu isyarat untuk melanjutkan atau meneruskan suatu kegiatan. Biasanya sinyal ini berbentuk tanda-tanda, lampu-lampu, atau suara-suara. Sinyal dibentuk oleh transmitter dan ditransmisikan melalui media transmisi. Sinyal sangat erat sekali hubungannya dengan fungsi waktu (periodik), tetapi sinyal juga dapat diekspresikan dalam bentuk fungsi frekuensi. Berikut adalah metode pensinyalan, diantaranya :

5.1 NRZ (Non return to zero)

Format yang paling mudah dalam mentransmisikan sinyal digital adalah dengan menggunakn dua level tegangan yang berlainan untuk dua jenis digit biner. Kode-kode biner di konversikan ke level tegangan tertentu sesuai dengan nilainya. Tingkat tegangan tetap konstan sepanjang interval bit yang ditransmisikan. Format pengkodean ini ada beberapa jenis, yaitu :

a)      Non return to zero level (NRZ-L), tegangan negative dipakai untuk mewakili biner ‘1’ dan tegangan positif dipakai untuk mewakili nilai biner lainnya.

b)      Non return to zero inverted (NRZ-I), suatu transmisi (rendah ke tinggi atau tinggi ke rendah) dilakukan pada awal suatu bit apabila di temukan biner’1’ dan tidak ada transisi apabila ditemukan biner ‘0’. NRZ-I merupakan salah satu contoh dari differential encoding (penyandian encoding).

5.2 Manchester encoding

Manchester encoding adalah jenis pengkodean digital yang digunakan dalam datatransmisi.Within the structure for Manchester encoding, the data bits in the transmission are represented by a series of states that occur in a logical sequence. This approach to data transmission is somewhat different, as many encoding methods tend to assign a high or low state of voltage to each bit and use that information as the criteria for effecting the transfer of the bits.Manchester Encoding (pertama kali diterbitkan pada 1949) adalah teknik pengkodeansinkronisasi jam yang digunakan oleh fisik layer (lapisan) untuk mengkodekan jam dan data dari sinkronisasi arus bit. Dengan teknik ini, yang sebenarnya data biner ditransmisikan melalui kabel tidak dikirim sebagai urutan logika 1 dan 0 yang (secara teknis dikenal sebagai Non Return to Zero (NRZ)).

Sebaliknya, bit diterjemahkan ke dalam format yang sedikit berbeda yang memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan menggunakan pengkodean biner lurus (yaituNRZ). Dalam telekomunikasi, kode Manchester  (juga dikenal sebagai Fase Encoding, atau PE) adalah kode baris pengkodean di mana setiap data bitsetidaknya memiliki satu transisi dan menempati waktu yang sama. Bersama dengan perbedaan dalam cara data yang diakui dan ditransmisikan, Manchester encoding juga mencakup penetapan batas-batas tertentu yang mempengaruhi proses transmisi. First, there is a default in place for the length of each data bit included in the transmission.

Pertama, ada di tempat default untuk panjang setiap bit data yang disertakan dalam transmisi. Because of this default, the end result is that the transmission signal involved with Manchester encoding is self-clocking. Karena default ini, hasil akhirnya adalah bahwa sinyal transmisi yang terlibat dengan Manchester encoding adalah clocking diri.

Second, the structure for Manchester encoding determines the state of the bit based on the direction of the transmission relative to the placement of the bits.   Kedua, struktur untuk Manchester encoding menentukan keadaan bit berdasarkan arah transmisi relatif terhadap penempatan bit. Essentially, this transition may go in a direction of low to high, or high to low. Pada dasarnya, transisi ini dapat pergi dengan arah rendah ke tinggi atau tinggi ke rendah. The direction will often depend on the system receiving the data, and will vary. Arah akan sering bergantung pada sistem menerima data, dan akan bervariasi. Manchester encoding allows for this variable and functions accordingly. Manchester Encoding memungkinkan untuk variabel dan fungsi yang sesuai.

One of the main advantages to using the Manchester code approach to data transmission is the self-clocking component.Salah satu keuntungan utama menggunakan kode Manchester pendekatan transmisi data adalah komponen clocking diri. This process of synchronizing and timing the rate and direction of the transmission can help to reduce the chances for several types of data failure. Proses sinkronisasi dan waktu kecepatan dan arah transmisi dapat membantu untuk mengurangi kemungkinan untuk beberapa jenis data kegagalan. Most notably, Manchester encoding helps to reduce the overall error rate during the actual transmission, which helps to preserve the integrity of the data. Paling menonjol, Manchester encoding membantu mengurangi tingkat kesalahan keseluruhan selama transmisi sebenarnya, yang membantu untuk menjaga integritas data. Manchester encoding also is understood to enhance the overall reliability of the transmission, due to the perimeters that are in place to govern the rate and timing of the transmission. Manchester Encoding juga dipahami untuk meningkatkan keandalan keseluruhan transmisi, karena batas-batas yang ada di tempat untuk mengatur tingkat dan waktu transmisi.

Along with the advantages of using Manchester encoding, some programmers do note one potential disadvantage to the process.Seiring dengan keuntungan menggunakan pengkodean Manchester, beberapa programmer catatan agenda satu potensi kerugian pada proses. Manchester encoding involves the transmission of more bits of data than were part of the original data signal. Manchester Encoding melibatkan transmisi lebih bit data daripada adalah bagian dari sinyal data aslinya. While this does not tend to cause problems in many cases, there are those that believe the inclusion of additional bits can impact the integrity of the data in ways that are not readily apparent at the time of transmission. Meskipun hal ini tidak cenderung menyebabkan masalah dalam banyak kasus, ada orang-orang yang percaya bahwa penyertaan bit tambahan dapat mempengaruhi integritas data dalam cara yang tidak mudah terlihat pada saat pengiriman. Kode manchester secara luas digunakan (misalnya dalamEthernet. ) Ada kode yang lebih kompleks misalnya 8B/10B pengkodean yang menggunakan lebih sedikit bandwidth untuk mencapai cepatnya data yang sama (tapi yang mungkin kurang toleran terhadap frekuensi kesalahan dan pada pemancar dan penerima referensi jam).Dalam pengkodean Manchester yang ditampilkan, logika 0 ditunjukkan oleh 0-1 transisi di tengah-tengah bit dan logika 1 adalah ditunjukkan oleh 1-0 transisi di tengah bit. Note that signal transitions do not always occur at the ‘bit boundaries’ (the division between one bit and another), but that there is always a transition at the centre of each bit. Perhatikan bahwa transisi sinyal tidak selalu terjadi pada ‘batas-batas bit’ atau bit boundaries (pembagian antara satu bit dan lain), tetapi selalu ada transisi di pusat dari setiap bit. Aturan pengkodean Manchester dirangkum di bawah ini:

Data asli Nilai Terkirim
Logika 0 0-1 (bit ke atas transisi di pusat)
Logika 1 1-0 (ke bawah sedikit transisi di pusat)

Dalam beberapa kasus, dilihat pengkodean yang terbalik, dengan 0 yang direpresentasikan sebagai 0-1 transisi. Dua definisi telah hidup bersama selama bertahun-tahun. Buku Ethernet Blue dan IEEE standar (10 Mbps) yang menggambarkan suatu metode dalam Logika whih dikirim sebagai 0 adalah 0-1 transisi, dan Logika 1 sebagai transisi satu sampai nol (di mana nol diwakili oleh tegangan yang kurang negatif pada kabel). Perhatikan bahwa karena banyak lapisan fisik mempekerjakan driver garis pembalik.  Untuk mengubah digit biner menjadi sinyal listrik, sinyal pada kabel adalah kebalikan dari output oleh pengkode. Diferensial lapisan fisik transmisi, (misalnya 10BT) tidak mengalami pembalikan ini. Gelombang untuk dikodekan Manchester membawa sedikit aliran urutan bit 110.100.

Transisi sinyal tidak selalu terjadi pada ‘bit batas-batas’ (pembagian antara satu bit dan lain), tetapi selalu ada transisi di pusat dari setiap bit. Alternatif pengkodean dapat dipandang sebagai tahap pengkodean di mana setiap bit dikodekan oleh postif 90 derajat, atau negatif 90 derajat fase transisi. Kode Manchester Oleh karena itu, kadang-kadang dikenal sebagai Kode Biphase.

Sebuah sinyal yang dikodekan Manchester tingkat sering berisi transisi yang memungkinkan receiver untuk mengekstrak sinyal clock dan benar decode nilai dan waktu dari setiap bit. Untuk memungkinkan operasi, arus bit yang ditransmisikan harus mengandung kepadatan tinggi dari transisi bit. Pengkodean Manchester memastikan ini, yang memungkinkan penerima dengan benar mengekstrak signal clock.

Biphase Pengkodean Manchester dapat mengkonsumsi sampai kira-kira dua kali bandwidth sinyal asli (20 MHz). Ini adalah untuk memperkenalkan frekwensi  transisi. Untuk 10 Mbps LAN, spektrum sinyal terletak di antara 5 dan 20 MHz. Manchester encoding digunakan sebagai lapisan fisik sebuah Ethernet LAN, di mana penambahan bandwidth bukan masalah yang signifikan untuk transmisi kabel koaksial, bandwidth yang terbatas mengharuskan CAT5e kabel yang lebih efisien metode pengkodean untuk transmisi 100 Mbps menggunakan kode MLT 4b/5b . Ini menggunakan tiga tingkat sinyal (bukan yang digunakan dua tingkat di Manchester encoding) dan itu memungkinkan sinyal 100 Mbps untuk menduduki hanya 31 MHz bandwidth. Gigabit Ethernet memanfaatkan lima tingkat dan 8b/10bencoding, untuk memberikan bahkan lebih efisien penggunaan bandwidth kabel yang terbatas, pengiriman 1 Gbps dalam 100 MHz bandwidth.

Contoh dari Manchester Encoding

Pola bit “0 1 1 1 1 0 0 1″ encode untuk “01 10 10 10 10 01 01 10″.

Contoh lain yang lebih aneh adalah pola “1 0 1 0 1 etc”

yang encode untuk “10 01 10 01 10″

yang juga dapat dilihat sebagai “1 00 11 00 11 0″.

Dengan demikian untuk 10 Mbps Ethernet LAN, maka urutan pembukaan encode ke 5 MHz gelombang persegi! (yaitu, Satu setengah siklus di setiap periode bit 0,1 mikrodetik). Sebuah tingkat transmisi 10 Mbps menyiratkan bahwa setiap bit dikirim dalam 0,1 mikrodetik. Untuk coaxial cable, kecepatan perjalanan sinyal kabel sepanjang kira-kira 0,77 kali kecepatan cahaya (yaitu 0.77x3x10E8). Karena itu Sedikit menempati 23 meter kabel. Di bawah kondisi yang sama bingkai yang terkecil akan 13.3 km.

Jika Anda ingin melakukan perhitungan yang sama untuk kabel twisted pair, Anda harus mempertimbangkan bahwa kecepatan propagasi lebih lambat di 1.77x10E8 (0.59c). Meningkatkan bit rate, misalnya menggunakan 100BTx, mengurangi waktu yang tersedia untuk mengirim setiap bit ke kawat, tetapi tidak mengubah kecepatan tepi bit perjalanan melalui kabel.

5.3 Binary 8 Zero Subtitution (B8ZS)

B8ZS merupakan sebuah tipe line-code, yang diinterpretasikan pada remote dari koneksi yang menggunakan sebuah substitusi kode khusus ketika 8 nol secara berurutan ditransmisikan melalui link pada rangkaian T1 dan E1. Teknik ini menjamin ones density terlepas dari stream data juga dikenal sebagai substitusi 8 nol. Berlawanan dengan AMI,B8ZS terjadi apabila :

  • Jika octet dari semua nol dan pulsa tegangan terakhir yang mendahuluinya adalah positif maka di-encode seperti 000+-0-+
  • Jika octet dari semua nol dan pulse tegangan terakhir yang mendahuluinya adalah negatif maka di-encode seperti 000-+0+-
  • Receiver mendeteksi dan menginterpretasikan sebagai octet dari semua nol

6. Transmision Divais

Sebelum menggunakan transmisi data (pengiriman data), maka salah satu faktor yang penting untuk diperhatikan adalah Konfigurasi Jalur Transmisi Data, dalam hal ini konfigurasi tersebut dibedakan menjadi beberapa macam, yaitu:

6.1 Point to point

Dalam konfigurasi ini media atau peralatan saling terhubung antara satu peralatan dengan peralatan yang lain tanpa terbagi. Konfigurasi Point to Point biasanya digunakan pada beberapa peralatan komputer seperti printer yang terhubung langsung dengan PC / komputer.

            6.2 Point to multipoint

Dalam proses disebut juga dengan access multipoint, dimana pada satu alat / media dapat terhubung dengan beberapa alat lainnya. Contoh proses transmisi data yang menggunakan konfigurasi ini adalah penyiaran televisi, penyiaran radio yang mana satu pemancar radio / televisi dapat diakses / terhubung dengan beberapa radio / televisi.

Demikianlah penjelasan mengenai Physikal Layer kali ini. Mungkin masih banyak kekurangan dari tulisan ini, karena terbatasnya waktu dan kemampuan saya menjabarkannya. Semoga bisa bermanfaat dan menambah ilmu kita dalam bidang jaringan komputerisasi.

Referensi / Sumber:

Iklan