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

Transkripsi

1 Jaringan Komunikasi dan Data #4 Physical Layer Dosen : Susmini Indriani Lestariningati, M.T

2 Physical Layer The physical layer is responsible for movements of individual bits from one hop (node) to the next. 2

3 3

4 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. 4

5 Standards 5

6 Physical Layer Transmission Mode Encoding Transmission Impairement 6

7 Data Flow (Simplex, Half Duplex and Full Duplex) 7

8 Data Transmission 8

9 Parallel Transmission 9

10 Serial Transmission 10

11 Asynchronous Transmission Data dikirim per karakter Asynchronous 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 Umumnya digunakan untuk kondisi saluran berkualitas sedang 11

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 Contoh: X.25, Ethernet 12

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 (Rekomendasi ITU-T G.822). 13

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 14

15 Sinkronisasi Bit 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 PISO Zero bit insertion TxC FLAG data FLAG Zero bit deletion RxC SIPO Flag Zero bit insertion DATA Flag 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 15

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 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) 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 : ; < = >? 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 A B 4C

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 17

18 Sinkronisasi Frame 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 Mekanisme ini disebut 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 18

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 19

20 Line Coding dan Encoding 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 21

22 Data rate vs Signal Rate 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. 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. 22

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 We assume that the average value of c is 1/2. The baud rate is then 23

24 Line Coding Scheme 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. NRZ-L and NRZ-I both have a DC component problem. 25

26 Biphase: Manchester and Differential Manchester In Manchester and differential Manchester encoding, the transition at the middle of the bit is used for synchronization. The minimum bandwidth of Manchester and differential Manchester is 2 times that of NRZ. 26

27 Bipolar and Pseudoternary In bipolar encoding, we use three levels: positive, zero, and negative. 27

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. One solution is called scrambling 28

29 B8ZS B8ZS substitutes eight consecutive zeros with 000VB0VB. 29

30 HDB3 HDB3 substitutes four consecutive zeros with 000V or B00V depending on the number of nonzero pulses after the last substitution 30

31 Multilevel : 2B1Q Scheme 31

32 Multilevel : 8B6T Scheme 32

33 Summary of Line Coding Scheme 33

34 Ethernet 34

35 Standard Ethernet 35

36 36

37 37

38 38

39 Fast Ethernet 39

40 Fast Ethernet 40

41 Exercise 41

42 Gangguan Pada Transmisi Data Noise (Derau) Inter Symbol Interference (ISI) Distorsi Delay Propagasi 42

43 Noise Thermal Noise Impulse Noise Cross Talk Intermodulation Noise 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 Crosstalk is the effect of one wire on the other. One wire acts as a sending antenna and the other as the receiving antenna Intermodulation noise, which is caused by nonlinearity in communication devices. 43

44 Thermal Noise The power available from thermal noise is Np = k. T. B where Np = Noise power (W) K = Botlzmann s constant = 1.38 x (J/Kº) T = the effective system noise temperature (Kº) B = the effective system bandwidth (Hz) Np (dbw) = dbw + 10 log T + 10 log B 44

45 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, memperbesar jarak antar simbol 46

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. 47

48 Delay Propagasi 48

49 Exercise A device is sending out data at the rate of 1000 bps a. How long does it take to send out 10 bits? b. How long does it take to send out a single character (8 bits)? c. How long does it take to send a file of characters? 49

50 Home Work 1. Draw the graph of NRZ-L scheme using each of the following data streams, assuming that the last signal level has been positive. From the graphs, guess the bandwidth for this scheme using the averagw number of changes in the signal level. a b c d Repeat for NRZ-I scheme 3. Repeat for Manchester scheme 4. Repeat for Pseudoternary scheme 50