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 (Channel) Media Transmisi Multiplexing 2
ANALISA FOURIER Setiap suatu fungsi periodik g(t) dengan periode T dapat dinyatakan sebagai: g(t) = c/2 + a n sin(2 nft)+ b n cos(2 nft) n=1 n=1 Dimana: a n = 2/T g(t) sin(2 nft) dt 0 T b n T = 2/T g(t) cos(2 nft) dt 0 T c = 2/T g(t) dt 0 3
Bandwidth-Limited Signals Sinyal biner dan amplitudo deret Fourier (b) (c) Pendekatan sinyal asli bila menggunakan 1 & 2 harmonisa 4
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, 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 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 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 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) Nyquist: Maximum data rate (C) = 2B log 2 M Shannon: Maximum data rate (C) = B log 2 (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 log 10 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 log 10 S/N S/N = 251 Dengan formula Shannon: C = 10 6 log 2 (1+251) 10 6 x 8 = 8 Mbps Dengan formula Nyquist: C = 2B log 2 M 8 x 10 6 = 2 x 10 6 x log 2 M 4 = log 2 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 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 Tipe CAT 2 Tipe CAT 3 Tipe CAT 4 Tipe CAT 5 Tipe CAT 5enhanced Tipe CAT 6 Tipe CAT 7 UTP UTP UTP/STP UTP, STP UTP, STP - up to 100 Mhz UTP, STP - up to 100 Mhz UTP, STP - up to 155 Mhz or 250 Mhz UTP, STP - up to 200 Mhz or 700 Mhz analog ( biasanya digunakan di perangkat telepon dan jalur ISDN - Integrated Service Digital Network ). Juga untuk menghubungkan modem dengan line telepon. data transfer 1 Mbits ( sering digunakan pada topologi token ring ) data transfer 16 Mbits ( sering digunakan pada topologi token ring ) data transfer 20 Mbits ( biasanya dibgunakan pada topologi token ring ) data transfer 100 Mbits/22 db data transfer 1 Gbits dengan panjang 100 meter - 4 pilin kabel ( kedua jenis CAT digunkan pada topologi token ring 16 Mbps, Ethernet 10 Mbps ) data transfer untuk ethernet 2,5 Gbits dengan panjang 100 meter atau 10 Gbits untuk panjang 25 meter data transfer untuk enthernet diatas 2,5 Giga / 20.8 db 23
Tipe Kabel Kabel 10 Base2 10 Base5 10BaseF 10BaseFP 10BaseFB 10BaseFL Keterangan 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-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. 10-Mbps baseband Ethernet specification that refers to the 10BaseFB, 10BaseFL, and standards for Ethernet over fiber-optic cabling 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. 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. 24
Tipe Kabel Kabel 10BaseFP 10BaseT 100BaseFX 100BaseT 10BaseT 100BaseTX 100BaseX Keterangan 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. 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 fiberoptic 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 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 Based on the IEEE 802.3 standard. 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 100-Mbps baseband Fast Ethernet specification that refers to the 100BaseFX and 25 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 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. 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-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 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. 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 medan magnet. Fiber sangat tipis dan ringan: mudah dibangun dan ditambah kapasitasnya. Sulit di tap. 41
Keuntungan/kerugian Fiber (2) Fiber dapat dirusak dengan mudah. Transmisi optik adalah unidirectional, jadi butuh 2 fiber atau 2 frekuensi untuk komunikasi 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 4. Format nama file : tugas-physical-noregnama.doc 5. Format subject email : tugas-physicalnoreg-nama 46