PHYSICAL LAYER

By : Eko Prasetyo

Teknik Informatika

Univ. Muhammadiyah Gresik

2011

DASAR TEORI KOMUNIKASI DATA

• Analisa Fourier

• Bandwidth-Limited Signals

• Transmisi data analog dan digital

• Maximum Data Rate dari Kanal • Maximum Data Rate dari Kanal (Channel)

• Media Transmisi

• Multiplexing

2

ANALISA FOURIER

Setiap suatu fungsi periodik g(t) dengan periode T dapat

dinyatakan sebagai:

g(t) = c/2 + ∑ an sin(2∏nft)+ ∑ bn cos(2∏nft) n=1

∞

n=1

∞

Dimana: an = 2/T ∫ g(t) sin(2∏nft) dt

bn = 2/T ∫ g(t) cos(2∏nft) dt

c = 2/T ∫ g(t) dt

n=1 n=1

T

T

T

0

0

0

3

Bandwidth-Limited Signals

Sinyal biner dan amplitudo deret Fourier

(b) – (c) Pendekatan sinyal asli bila menggunakan 1 & 2 harmonisa4

Bandwidth-Limited Signals (2)

(d) – (e) Pendekatan sinyal asli bila menggunakan 4 & 8 harmonisa

5

Distorsi Transmisi

• Tidak ada media transmisi yang mentransmisikan

seluruh komponen Fourier.

• Jajaran (range) frekuensi yang ditransmisikan

tanpa redaman yang berarti disebut bandwidth,tanpa redaman yang berarti disebut bandwidth,

– Seringkali bandwidth diukur pada penurunan

energi 3 dB (decibel)

• Bandwidth adalah sifat fisik dari media.

– Tergantung pada material, panjang, tebal.

6

Data rate dan Bandwidth

• Contoh: bit rate b bit/sec.

• Waktu untuk mengirim 8 bit adalah 8/b sec.

• Frekuensi harmonisa pertama adalah b/8 Hz.

• Bila informasi ditransmisikan melalui kabel tilpun

biasa (bandwidth 3KHz), maka harmonisa

tertinggi yang bisa ditransmisikan adalah

3000/(b/8) atau 24,000/b.

7

Bandwidth-Limited Signals

Relation between data rate and harmonics.

8

TRANSMISI DATA ANALOG DAN DIGITAL (1)

9

TRANSMISI DATA ANALOG DAN DIGITAL (2)

10

ALASAN PEMILIHAN KOMBINASI DATA DAN SINYAL

• Data digital, sinyal digital

– Peralatan untuk pengkodean relatif lebih murah dibanding peralatan digital ke analog

• Data analog, sinyal digital

– Konversi menggunakan peralatan transmisi digital modern – Konversi menggunakan peralatan transmisi digital modern dan switching

• Data digital, sinyal analog

– Beberapa media transmisi hanya dapat menyalurkan sinyal analog

– Contoh: fiber optik fiber dan satelit

• Data analog, sinyal analog

– Analog data dengan mudah diubah ke analog signal

11

KAPASITAS KANAL (CHANNEL)

• Kapasitas kanal: data rate maximum yang dapat

ditransmisikan melalui kanal dalam kondisi

tertentu

• Noise adalah sinyal yang tidak dikehendaki

yang dapat mendistorsi atau merusak sinyal yang dapat mendistorsi atau merusak sinyal

pada waktu ditransmisikan

• Untuk data digital, hal ini akan membatasi data

rate dan pada gilirannya akan menurunkan

kapasitas kanal

12

KONSEP YANG BERHUBUNGAN DENGAN KAPASITAS KANAL

• Data rate – kecepatan data yang dapat dikomunikasikan (bps)

• Bandwidth – lebar pita dari sinyal yang dapat ditransmisikan yang tergantung kepada transmiter ditransmisikan yang tergantung kepada transmiter dan media transmisi (Hertz)

• Noise – rata-rata tingkat gangguan (noise) pada jalur komunikasi

• Error rate – kecepatan kesalahan yang bisa terjadi– Error = transmit 1 diterima 0; transmit 0 diterima1

13

KAPASITAS DARI KANAL (CHANNEL)

• Shannon:

Maximum data rate (C) = B log2 (1+S/N)

• Nyquist:

Maximum data rate (C) = 2B log2 M

Maximum data rate (C) = B log2 (1+S/N)

C : kapasitas kanal (bps)

B : bandwidth (Hz)

M : jumlah level tegangan

S/N : signal to noise ratio

dalam decibel: S/N = 10 log10 S/N

14

Contoh:

• Andaikan spektrum suatu kanal berada diantara 3 MHz

dan 4 MHz, dan S/N = 24 dB, maka

B = 4 MHz – 3 MHz = 1 Mhz

S/N = 24 dB = 10 log10 S/N � S/N = 251

• Dengan formula Shannon:• Dengan formula Shannon:

C = 106 log2 (1+251) ≈ 106 x 8 = 8 Mbps

• Dengan formula Nyquist:

C = 2B log2 M

8 x 106 = 2 x 106 x log2 M

4 = log2 M � M = 16

15

KLASIFIKASI MEDIA TRANSMISI

• Media transmisi– Jalur fisik antara transmiter dand receiver

• Guided Media– Gelombang di guide sepanjang media yang solid

– Contoh: twisted pair, kabel coaxial, fiber optik– Contoh: twisted pair, kabel coaxial, fiber optik

• Unguided Media– Memberikan sarana untuk transmisi tetapi tidak

meng-guide sinyal elektromagnetik

– Biasanya disebut transmisi nirkabel (wireless transmission)

– Contoh: atmosfer, ruang angkasa

16

SPEKTRUM ELEKTROMAGNETIK

17

SPEKTRUM ELEKTROMAGNETIK UNTUK TELEKOMUNIKASI

18

Guided Transmission Data

• Twisted Pair

• Coaxial Cable

• Fiber Optics

19

Twisted Pair

• Tertua tetapi masih umum digunakan.

• Sistem telepon.

• Murah dan efektif untuk jarak panjang.

• Dapat mentransmisikan sinyal analog maupun

digital.

• Bandwidth tergantung kepada ketebalan kawat

dan jarak.

– Mb/s untuk beberapa kilometer.

20

Twisted Pair

• (a) Category 3 UTP.

• (b) Category 5 UTP.

21

Twisted Pair Cable

• Unshielded Twisted Pair

(UTP)

• Shielded Twisted Pair (STP)

22

Tipe Kabel UTP

Kabel Tipe Feature

Tipe CAT 1 UTPanalog ( biasanya digunakan di perangkat telepon dan jalur ISDN - Integrated Service Digital Network ). Juga untuk menghubungkan modem dengan line telepon.

Tipe CAT 2 UTPdata transfer 1 Mbits ( sering digunakan pada topologi token ring )

Tipe CAT 3 UTP/STPdata transfer 16 Mbits ( sering digunakan pada topologi token ring )

Tipe CAT 4 UTP, STPdata transfer 20 Mbits ( biasanya dibgunakan pada topologi token ring )

Tipe CAT 5UTP, STP - up to 100 Mhz

data transfer 100 Mbits/22 db

Tipe CAT 5enhanced

UTP, STP - up to 100 Mhz

data transfer 1 Gbits dengan panjang 100 meter - 4 pilin kabel

( kedua jenis CAT digunkan pada topologi token ring 16 Mbps, Ethernet 10 Mbps )

Tipe CAT 6UTP, STP - up to 155 Mhz or 250 Mhz

data transfer untuk ethernet 2,5 Gbits dengan panjang 100 meter atau 10 Gbits untuk panjang 25 meter

Tipe CAT 7UTP, STP - up to 200 Mhz or 700 Mhz

data transfer untuk enthernet diatas 2,5 Giga / 20.8 db

23

Tipe KabelKabel Keterangan

10 Base2

10-Mbps baseband Ethernet specification using 50-ohm thin coaxial cable.

10Base2, which is part of the IEEE 802.3 specification, has a distance limit of

606.8 feet - 185 meters - per segment.

10 Base5

10-Mbps baseband Ethernet specification using standard (thick) 50-ohm

baseband coaxial cable. 10Base5, which is part of the IEEE 802.3 baseband

physical layer specification, has a distance limit of 1640 feet - 500 meters - per

segment.

10BaseF

10-Mbps baseband Ethernet specification that refers to the 10BaseFB, 10BaseFL,

and

24

10BaseF and

10BaseFP standards for Ethernet over fiber-optic cabling

10BaseFB

10-Mbps baseband Ethernet specification using fiber-optic cabling. 10BaseFB is

part of the IEEE 10BaseF specification. It is not used to connect user stations, but

instead provides a synchronous signaling backbone that allows additional

segments and repeaters to be connected to the network. 10BaseFB segments can

be up to 1.24 miles - 2000 meters - long.

10BaseFL

10-Mbps baseband Ethernet specification using fiber-optic cabling. 10BaseFL is

part of the IEEE 10BaseF specification and, while able to interoperate with FOIRL,

is designed to replace the FOIRL specification. 10BaseFL segments can be up to

3280 feet - 1000 meters - long if used with FOIRL, and up to 1.24 miles - 2000

meters - if 10BaseFL is used exclusively.

Tipe KabelKabel Keterangan

10BaseFP

10-Mbps fiber-passive baseband Ethernet specification using fiber-optic cabling.

10BaseFP is part of the IEEE 10BaseF specification. It organizes a number of computers

into a star topology without the use of repeaters. 10BaseFP segments can be up to

1640 feet - 500 meters - long.

10BaseT

10-Mbps baseband Ethernet specification using two pairs of twisted-pair cabling

(Category 3, 4, or 5): one pair for transmitting data and the other for receiving data.

10BaseT, which is part of the IEEE 802.3 specification, has a distance limit of

approximately 328 feet -100 meters - per segment

100-Mbps baseband Fast Ethernet specification using two strands of multimode fiber-

25

100BaseFX

100-Mbps baseband Fast Ethernet specification using two strands of multimode fiber-

optic cable per link. To guarantee proper signal timing, a 100BaseFX link cannot exceed

1312 feet - 400 meters - in length. Based on the IEEE 802.3 standard

100BaseT

100-Mbps baseband Fast Ethernet specification using UTP wiring. Like the 10BaseT

technology on which it is based, 100BaseT sends link pulses over the network segment

when no traffic is present. However, these link pulses contain more information than

those used in

10BaseT Based on the IEEE 802.3 standard.

100BaseTX

100-Mbps baseband Fast Ethernet specification using two pairs of either UTP or STP

wiring. The first pair of wires is used to receive data; the second is used to transmit. To

guarantee proper signal timing, a 100BaseTX segment cannot exceed 328 feet - 100

meters - in length. Based on the IEEE 802.3 standard

100BaseX

100-Mbps baseband Fast Ethernet specification that refers to the 100BaseFX and

100BaseTX standards for Fast Ethernet over fiber-optic cabling. Based on the IEEE 802.3

standard

Kabel UTP CAT5

• Konektor yang digunakan : RJ-45

• Ada 2 tipe penyambungan :

– Straight : menghubungkan komputer ke hub/switch/router

– Crossover : menghubungkan komputer ke komputer

• Koneksi minimum berdasarkan standar EIA/TIA-568B RJ-45 :

– Pin 1 : putih/orange

– Pin 2 : orange

– Pin 3 : putih/hijau

– Pin 6 : hijau

– Pin 4, 5, 7, 8 dibiarkan terbuka

26

Kabel UTP CAT5

• Straight : pin yang sama pada dua konektor ditempati warna

kabel yang sama

• Crossover : dilakukan persilangan 1 – 3 dan 2 – 6 pada dua

konektor.

27

Kabel Coaxial

• Kinerjanya lebih baik dari pada twisted pair,

yaitu bandwidth lebih tinggi dan jarak lebih

panjang.

• Bandwidth mendekati 1GHz.

• Banyak digunakan pada jaringan telpon untuk • Banyak digunakan pada jaringan telpon untuk

jarak yang lebih panjang, tetapi secara bertahap

diganti dengan fiber optic.

• Digunakan untuk CATV!

28

Kabel Coaxial

29

Tipe kabel Coaxial

30

Jenis Kabel Coaxial

• Thick Coaxial

• Thin Coaxial

31

Thick Coaxial

• standar IEEE 802.3 10BASE5

• diameter rata-rata 12mm

• warna kuning

32

Thick Coaxial

• Setiap ujung harus diterminasi dengan terminator 50-ohm

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

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

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

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

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

• Setiap segment harus diberi ground.

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

• Jarang minimum antar tap adalah 8 feet (sekitar 2,5 meter).33

Thin Coaxial

• standar IEEE 802.3 10BASE2

• diameter rata-rata berkisar 5mm

• berwarna hitam atau warna gelap lainnya

• Setiap perangkat (device) dihubungkan dengan

BNC T-connectorBNC T-connector

34

Thin Coaxial

• Setiap ujung kabel diberi terminator 50-ohm.

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

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

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

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

• Setiap segment sebaiknya dilengkapi dengan satu ground.

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

• Setiap segment maksimum mempunyai 30 perangkat terkoneksi.

35

Fiber Optic

• Transmisi Optik.

• Sistem transmisi optik: sumber cahaya, media,

dan detektor.

• Adanya pulsa cahaya = “1”.

• Tidak ada cahaya = “0”.• Tidak ada cahaya = “0”.

• Media transmisi: fiber glass yang sangat tipis.

• Detektor: menghasilkan pulsa listrik ketika

menerima cahaya.

36

Transmisi Cahaya

(a) Tiga contoh berkas cahaya dari dalam serat silikat di

perbatasan dengan udara pada sudut yang berbeda.

(b) Cahaya terperangkap karena refleksi internal.

37

Kabel Fiber

(a) Tampak samping serat tunggal.

(b) Penampang dengan tiga serat.

38

Jaringan Fiber Optic

• A fiber optic ring.

39

Jaringan Fiber Optic (2)

A passive star connection in a fiber optics network.

40

Keuntungan/kerugian Fiber

• Fiber dapat menangani bandwidth yang jauh lebih

besar.

• Redaman yang rendah: 50km tanpa repeater.

• Tidak terpengaruh oleh fluktuasi power dan interferensi • Tidak terpengaruh oleh fluktuasi power dan interferensi

medan magnet.

• Fiber sangat tipis dan ringan: mudah dibangun dan

ditambah kapasitasnya.

• Sulit di tap.

41

• Fiber dapat dirusak dengan mudah.

• Transmisi optik adalah unidirectional, jadi butuh

2 fiber atau 2 frekuensi untuk komunikasi 2

arah.

Keuntungan/kerugian Fiber (2)

arah.

• Fiber dan antarmuka fiber lebih mahal.

• Butuh skill yang tinggi, jarang orang yang ahli

dalam teknlogi ini

42

Struktur Sistem Telepon

(a) Fully-interconnected network.

(b) Centralized switch.

(c) Two-level hierarchy.

43

Struktur Sistem Telepon (2)

• A typical circuit route for a medium-distance call.

44

PSTN

45

PEKERJAAN RUMAH

1. Baca Tanenbaum Chapter 2 dan 3.

2. Kerjakan soal chapter 2 : 2.3, 2.4, 2.5, 2.41

3. Tugas di email paling lambat …….. jam

24:00

46

24:00

4. Format nama file : tugas-physical-noreg-

nama.doc

5. Format subject email : tugas-physical-

noreg-nama