4. physical layer -...

Jaringan Komunikasi dan Data#4 Physical Layer

Dosen : Susmini Indriani Lestariningati, M.T

Jaringan Komputer dan Data

Universitas Telkom

Susmini I. Lestariningati, M.T

Physical Layer

2

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


Universitas Telkom


3

Universitas Telkom

Susmini I. Lestariningati, M.TJaringan 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.

4


Universitas Telkom


Standards

5

Universitas Telkom


Physical Layer

• Transmission Mode• Encoding• Transmission Impairement

6


Universitas Telkom


Data Flow (Simplex, Half Duplex and Full Duplex)

7


Universitas Telkom


Data Transmission

8


Universitas Telkom


Parallel Transmission

9


Universitas Telkom


Serial Transmission

10


Universitas Telkom


Asynchronous Transmission

11

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• Umumnya digunakan untuk kondisi saluran berkualitas sedang


Universitas Telkom


Synchronous Serial Transmission

12

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

Universitas Telkom


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

Universitas Telkom


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


Universitas Telkom


Sinkronisasi Bit

15

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 FLAGdata

Zero bitinsertion

Zero bitdeletion

PISO SIPOTxC RxC

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 0Flag FlagDATA

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


Universitas Telkom


Sinkronisasi Karakter

16

▪ 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

SYNNULNULNULSTXRJGHKLIYHKLSJHFUYUWIEETXNULNULNULSYNSYN

1600000002524A47484B4C53…..45030000001616


Universitas Telkom


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


Universitas Telkom


Sinkronisasi Frame

18

▪ 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

▪ Mekanisme ini disebut sinkronisasi frame


Universitas Telkom


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

Universitas Telkom


Line Coding dan Encoding

20


Universitas Telkom


Data Element and Signal Element

21

▪ 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


Universitas Telkom


Data rate vs Signal Rate

22

• 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.

Universitas Telkom


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


Universitas Telkom


Line Coding Scheme

24


Universitas Telkom


Non Return to Zero

25

▪ 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.


Universitas Telkom


Biphase: Manchester and Differential Manchester

26

▪ 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.


Universitas Telkom


Bipolar and Pseudoternary

27

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


Universitas Telkom


Scrambling

28

▪ 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


Universitas Telkom


B8ZS

29

B8ZS substitutes eight consecutive zeros with 000VB0VB.


Universitas Telkom


HDB3

30

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


Universitas Telkom


Multilevel : 2B1Q Scheme

31


Universitas Telkom


Multilevel : 8B6T Scheme

32


Universitas Telkom


Summary of Line Coding Scheme

33


Universitas Telkom


Ethernet

34


Universitas Telkom


Standard Ethernet

35


Universitas Telkom


36


Universitas Telkom


37


Universitas Telkom


38


Universitas Telkom


Fast Ethernet

39


Universitas Telkom


Fast Ethernet

40


Universitas Telkom


Exercise

41

Universitas Telkom


Gangguan Pada Transmisi Data

• Noise (Derau)• Inter Symbol Interference (ISI)• Distorsi• Delay Propagasi

42


Universitas Telkom


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.


Universitas Telkom


Thermal Noise

44

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)

Np (dBW) = -226.6 dBW + 10 log T + 10 log B


Universitas Telkom


45


Universitas Telkom


Inter-Symbol Interference

46

▪ 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


Universitas Telkom


Distortion

47

▪ 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.


Universitas Telkom


Delay Propagasi

48

Universitas Telkom


Exercise

• A device is sending out data at the rate of 1000 bpsa. 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 100.000

characters?

49

Universitas Telkom


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. 00000000b. 11111111c. 01010101d. 00110011

2. Repeat for NRZ-I scheme3. Repeat for Manchester scheme4. Repeat for Pseudoternary scheme

50

4. physical layer -...

Documents