Descripsi layer pada IEEE 802.11, Layer layer ( Lapisan ) yang ada pada IEEE 802.11 terdiri atas 1 MAC Layer dan 1 PHY Layer, yang mana MAC layer berinteraksi dengan PHY layer.

802.2

802.11 MAC

FH DS IR

Data LinkLayer

PHY Layer

PHY Layer Merpakan antar muka antara MAC ( Medium Access Control ) dengan medium / kanal komunikasi di mana frame-frame data dikirimkan dan diterima. Pada layer ini dispesifikasikan penggunaan radio frekuensi serta teknik spectrum tersebar yang digunakan dalam interkoneksi antara node-node dalam jaringan wireless LAN. PHY layer terdiri atas penggunaan medium wireless dengan teknik spectrum tersebar, yaitu Frekuensi Hopping , Direct Sequence ataupun penggunaan Infra Red. PHY dibagi menjadi tiga bagian sublayer, yaitu :

- Physical Layer Convergence Protocol ( PLCP ), untuk interface dengan MAC, menyediakan carrier sense pada kanal dan clear channel assessment ( CCA ) sebagai hasil pemeriksaan dari kanal. PLCP memiliki kemampuan yang disebut Physical Medium Dependent ( PMD ) untuk mengatur bagaimana MAC Sublayer Protocol data units ( MPDU ) diubah menjadi frame frame data yang dapat dikirim dan diterima. PHY menggunakan PHY protocol Data Unit ( PPDU ) yang berisi PLCP Services Data Units ( PPDU ), sedangkan MAC sendiri menggunakan layanan PHY, jadi setiap MPDU berhubungan dengan setiap PSDU yang dibawa didalam PPDU.

- Protocol Medium Dependent ( PMD ), menyediakan pengiriman dan penerimaan data melalui medium / kanal yang disebut sebagai Wireless Medium ( WM ) antara 2 atau lebih terminal.

- Physical Layer Management Entity ( PLME ) dan Station Management berfungsi untuk mengatur fungsi PHY dalam hubungan dengan MAC Management entity.

MAC Layer MAC layer memiliki peranan penting dalam berhubungan dengan layer di atas-nya, yaitu LLC dan Layer-layer lainnya sebagimana yang didefinisikan pada standarisasi OSI layer, jadi menyediakan fungsi-fungsi untuk penyampaian data yang stabil dari layer physical di bawahnya ke layer atasnya.

Fungsi utamanya untuk mengakses medium / kanal transmisi dengan metode CSMA / CA. Sub-layer MAC juga memiliki fungsi fragmentasi paket data, keamanan dan Cyclic Redundancy Check ( CRC ) Mac Layer mendefinisikan dua metode access yang berbeda, yaitu DCF ( Distributed Coordination Function ) dan Point Coordination Function ( PCF ) Metode Access Dasar CSMA/CA Mekanisme dasar dari DCF adalah Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoid ( CSMA/CA ), yang mrirp seperti CSMA/CD pada 802.3 Ethernet. Cara kerja protocol CSMA / CA adalah sebagai berikut : Station yang yang akan mengirimkan data terlebih dahulu memindai medium / kanal yang digunakan, jika kanal sibuk, maka station tersebut akan menunda pengiriman data sampai dengan kanal tidak sibuk. Protocol ini sangat efektif untuk memindai kanal yang bebannya tidak terlalu besar, sehingga memungkinkan station untuk mentransmisikan data dengan delay mninimum, tetapi hal seperti itu memungkinkan station lainnya untuk transmit pada saat yang bersamaan, sehingga akan memungkinkan terjadinya Collision. MAC layer mendefinisikan collision yang terjadi, sehingga dapat dikirimkan kembali paket melalui MAC layer tanpa melalui layer di atasnya, pengiriman kembali ini mengacu pada algoritma exponential random backoff yang akan mengatur waktu re-transmission. Mekanisme Collision Detection, seperti pada Ethernet 803.3 tidak dapat digunakan pada jaringan wireless, disebabkan oleh 2 factor berikut :

- Mengimplementasikan Collision Detection memerlukan implementasi full duplex radio, yang memeiliki kemampuan untuk transmit dan receive pada saat yang bersamaan.

- Pada jaringan wireless, kita tidak dapat mengsumsikan bahwa semua station saling mendengar satu sama lainnya, akan tetapi station yang akan transmit harus memastikan bahwa kanal / medium nya adalah bebas, tidak hanya bebas di station penerima.

Untuk mengatasi permasalahan tersebut, IEEE 802.11 menggunakan mekanisme menghindari tabrakan ( Collision Avoidance ), sbb : Sebuah station yang akan transmit akan memindai kanal , jika kanal sibuk maka station tersebut akan menunda. Jika kanal bebas dalam spesifikasi waktu tertentu, sebagimana yang didefinisikan oleh standard DIFS ( Distributed Inter Frame Space ) , maka station tersebut akan diperbolehkan untuk transmit, dan station penerima akan mengecek CRC dari penerimaan Packet data dan mengirimkan pesan balik ( Acknowledge ) / ACK. Penerima ACK akan mendefinisikan tidak adanya collision yang terjadi. Jika pengirim tidak menerima ACK, maka akan kembali mentransmisikan data sampai di peroleh ACK.

Virtual Carrier Sense Untuk mengurangi kemungkinan dua satation mengalami Collison, yang disebabkan satu sama lain tidak dapat saling mendengar, standarisasi IEEE 802.11 menerapkan mekanisme Virtual Carrier Sense , sbb : Sebuah station yang akan mengirimkan paket akan terlebih dahulu mengirimkan control packet yang disebut RTS ( Request to Send ), yang mana mencakup tujuan yang akan dicapai, alamat sumber , dan durasi / lamanya transaksi pengiriman ( termasuk ACK ), station yang akan dituju akan merespon jika kanal sedang bebas dengan respons control packet clear to send ( CTS ), yang mencakup waktu durasi yang sama. Semua station yang menerima RTS dan atau CTS , akan mengeset Virtual Carrier Sense mereka, yang disebut dengan NAV ( Network Alocation Vector ) yang akan melakukan perhitungan seperti timer berdasarkan durasi, dan akan menggunakan informasi ini bersama sama dengan PHY layer untuk memindai medium atau kanal. Skema RTS dan CTS di atas cukup effective untuk mengurangi masalah Hidden node, karena transaksi pengiriman packet akan di transmisikan ulang, jika proses-proses di atas tidak berjalan. Gambar berikut menjelaskan proses transaksi antara 2 station

Keadaan NAV adalah dikombinasikan dengan Physical Carrier Sense untuk mengidentifikasikan sibuk atau tidaknya kanal. Fragmentation dan Re-assembly Typical LAN protocol menggunakan packet beberapa ratus byte ( ex Ethernet dapat mencapai 1518 bytes panjangnya ), pada lingkungan wireless LAN, ada beberapa alasan digunakannya packet yang ukurannya lebih kecil

- Karena Bit Error rate yang tinggi, maka pada radio link akan menimbulkan penambahan ukuran packet.

- Karena pengaruh collision / noise , yang akan menyebabkan packet corruption, maka packet yang ukurannya lebih kecil ( karena noise ) akan juga dikirmkan.

- Pada Frekuensi Hoping Spread Spektrum, kanal di interrupt secara periodic untuk hopping ( biasanya berkisar 20 ms ), maka packet yang lebih kecil

Oleh karena itu pada wireless LAN digunakan proses pemecahan packet (fragmentation) dan penguraiannya kembali (Re-assembly). Mekanismnenya adalah berdasarkan algoritma kirim dan tunggu, dimana station pengirim tidak memungkinkan untuk mentransmisikan fragment yang baru sampai salah satu proses berikut terjadi.

- menerima ACK dari transaksi fragment - menentukan bahwa fragment tersebut telah di trasnmisikan terlalu lama

dan drop disepanjang frame. Standarisai Wireless LAN tidak memungkinkan pada suatu station untuk transmit pada alamat yang berbeda dari yang diberikan fragment, hal ini hanya berguna pada access point yang memiliki packet-packet yang belum dikirimkan ke station berbeda dan salah satu dari station-station tersebut tidak merespon. Diagram berikut menunjukan Frame ( MSDU ) yang dibagi ke beberapa fragment ( MPDU ).

MACHDR Frame Body

CRC

MACHDR Frame Body

CRC

MACHDR Frame Body

CRC

MACHDR Frame Body

CRC

Fragment 0 Fragment 1 Fragment 2 Fragment 3

MSDU

Inter Frame Space Merupakan tenggang waktu yang terdapat diantara frame-frame control maupun frame data pada 802.11b, terdapat 4 macam IFS dengan prioritasnya masing-masing, yaitu :

- SIFS ( Short Inter Frame Space ), memiliki tenggang waktu yang paling kecil sekitar 10 mikro detik dan digunakan untuk memisahkan setiap frame dialog tunggal, seperti ACK. Dengan tenggang waktu yang kecil memungkinkan untuk hanya satu terminal yang akan mentransmisikan paket pada durasi waktu SIFS, yang merupakan prioritas tertinggi.

- Point Coordination IFS (PIFS ), tenggang waktu yang merupakan penjumlahan nilai SIFS di tambah slot waktu 20 mikro second , yaitu 30 mikrosecond. IFS ini digunakan oleh point coordinator ( Access Point )

untuk access ke medium / kanal dengan prioritas pertama sebelum terminal lainnya.

- Distribution IFS ( DIFS ), adalah IFS yang digunakan oleh terminal yang akan memulai transmisi baru, yang nilainya merupakan PIFS ( 30 S ) di tambah slot waktu 20 S, yaitu 50 S.

- Extended IFS ( EIFS ), merupakan IFS yang terpanjang yang digunakan oleh terminal saat menerima packet yang tidak dapat dipahami, ini diperlukan untuk mencegah terminal lainnya yang tidak memehami durasi informasi Virtual Carrier Sense mengirim paket dan bertabrakan dengan paket selanjutnya dari terminal.

Exponential Backoff Algorithma Backoff merupakan metode yang digunakan untuk menghindari kemungkinan terjadinya contention ( perebutan akses ke kanal ) antara terminal yang berbeda dalam mengakses kanal / medium. Metodenya adalah dengan setiap station untuk memeilih random number ( n ) antara 0 dan nomor yang diberikan , dan menunggu berdasarkan nomor ini sebelum mengakses kanal, nomor ini sebagai suatu waktu tunda acak yang tidak akan di-reset hingga station telah mentransmisikan data.. Dengan demikian memungkinkan setiap station untuk selalu memeriksa apakah station lainnya telah menduduki kanal sebelumnya. Slot time ( slot waktu ) didefinisikan sebagai slot waktu tunggu dari station untuk memeriksa apakah station lainnya telah mengakses medium di awal slot sebelumnya, hal ini berguna untuk mengurangi terjadinya collision. Setiap terminal / station mendengarkan kanal dan terminal yang pertama kali menyelesaikan slot waktu tunggunya akan mentransmisikan data, saat terminal lain yang mendengar terminal tersebut mentransmisi, maka akan menghentikan hitungan mundurnya, saat kanal kembali bebas hitungan mundur dilanjutkan. Setiap terminal mulai menghitung waktu tunda acak hingga nol saat menunggu contention window, setiap terminal mendapatkan waktu tunda acak yang baru saat akan mentransmisikan data, pewaktu ini tidak akan direset hingga terminal telah mentransmisikan data. Ini yang disebut sebagai Algoritma waktu tunda ( back off algorithm ), type akes jamak yang seperti ini membuat pengaturan penggunaan bersama kanal secara adil dan mengurangi kemungkinana terjadinya tabrakan. Nilai waktu tunda acak ini akan naik secara signifikan, bila pada suatu saat ketika terminal memilih sebuah slot waktu terjadi tabrakan data karena ada terminal lain yang juga aktif, oleh karena itu algoritma backoff harus di eksekusi pada terjadi :

- Jika terminal memindai medium sebelum transmisi pertama dari paket dan medium sedang sibuk

- Setelah setiap transmisi ulang - Setelah sebuah transmisi terjadi dengan sukses.

Satu-satunya kasus dimana mekanisme ini tidak digunakan adalah saat terminal akan mentransmisikan paket baru dan medum sedang tidak bebas selama lebih dari DIFS. Metode penggabungan terminal cell BSS Saat suatu station akan bergabung dengan BSS, maka station tersebut membutuhkan sinkronisasi informasi dari Access Point ( ataupun station lainnya dalam mode ad-hoc ) Terminal akan mendapatkan informasi ini memlalui salah satu dari dua cara berikut :

- Passive Scanning, station / terminal hanya akan menunggu untuk menerima beacon frame dari AP, beacon frame adalah frame yang secara periodic dikirimkan oleh AP untuk sinkronisasi informasi yang dibutuhkan oleh terminal untuk bergabung dengan jaringan .

- Active scanning, station / terminal mencoba untuk menemukan access point dengan mentransmisikan Probe Request frame dan menunggu respon dari AP.

Proses Otentifikasi Ketika suatu station telah menemukan access point, dan memutuskan untuk bergabung dengan Cell BSS yang bersangkutan, maka akan memerlukan otentifikasi proses, yang mana melalui pertukaran informasi antara AP dan terminal. Dalam hal ini dibutuhkan password otentifikasi untuk keterhubungan dalam jaringan. Proses Assosiasi Setelah proses otentifiaksi, maka selanjutnya adalh proses Assosiasi, dimana terjadi pertukaran informasi antara terminal dan BSS, dan memungkinkan Access Point untuk menemukan lokasi dari terminal / station. Setelah proses asosiasi selesai, maka barulah terminal diperbolehkan untuk mengirimkan dan menerima data frame. Sinkronisasi Terminal terminal dan access point perlu untuk menjaga sinkronisasi, yang berguna untuk power saving ( Penghematan tenaga ). Sedangakan pada infrastruktur BSS memungkinkan setiap station untuk selalu mengupdate clock berdasarkan clock dari AP, menggunakan mekanisme berikut : AP memancarkan frame secara periodic yang disebut sebagai beacon frame , yang berisi nilai clock dari AP pada saat transmisi , ini adalah waktu dimana transmisi

benar-benar terjadi, bukan saat suatu transmisi berada dalam antrian untuk di transmisikan, karen pada system CSMA/CA suatu transmisi dapat tertunda secara signifikan. Termina penerima beacon frame akan memeriksa nilai clock mereka pada saat penerimaan, kemudian menyesuaikannya agar selalu sinkron dengan clock dari access point. Ini dimaksudkan agar clock tidak bergeser dan terjadi sinkronisasi berdasarkan clock ( pewaktuan yang sama ). Keamanan ( Security ), Merupakan hal penting dalam implementasi wireless LAN, 802.11 membahas issue ini dengan penggunaan WEP ( Wired Equivalent Privacy ). Dengan ini tidak memungkinkan akses ke Network resources oleh user yang tidak diperkenankan dengan menggunakan perangkat wireless LAN yang mirip / sama. WEP berjalan dengan cara mengenkripsikan data yang ditransmisikan dengan kunci sepanjang 64 dan 128 RSA RCA. WEP menggunakan kunci rahasia yang hanya dimiliki oleh access point dan terminal NIC jaringan untuk mengenkripsi data sebelum di transmisikan disertai dengan pengecekan integritas data untuk memastikan bahwa data tidak dimodifikasi selama transmisi. Dalam prakteknya ini dilakukan pada saat perancangan / pembuatan suatu jaringan, setiap Access Point dan NIC terminal wireless LAN telah di set oleh administrator jaringan dengan menggunakan kunci rahasia yang sama WEP menggunakan algoritma enkripsi RC4 dengan istilah Stream Cipher , teknik ini dilakukan dengan jalan mengembangkan suatu kunci kecil menjadi aliran data kunci pseudo random yang tidak terhingga / Pseudo Random Generation Algorithm ( PRGA ), detail alogoritma RC4 sendiri tertutup dan tidak untuk umum. Pengirim meng-XOR-kan aliran / sederetan data kunci dengan plain text data untuk menghasilkan ciphertext, sedangkan penerima yang juga memiliki kunci yang sama menggunakannya untuk membangkitkan deretan data kunci yang sama di pengirim untuk kemudian di-XOR-kan dengan data ciphertext yang diterima dan diperoleh hasilnya. Power Saving ( Penghematan Tenaga ) Saat beroperasi normal, perangkat 802.11 menggunkan teknik Constant Access Mode ( CAM ), yaitu yang secara terus menerus mendengarkan / memindai jaringan dan menerima data yang dibutuhkannya. Teknik PAM ( Polled Access Mode ) merupakan konfigurasi penghematan tenaga , jika terminal wireless LANmerupakan bagian dari computer portable . Dengan Teknik PAM ini semua terminal pada jaringan hanya aktif / bangun pada periode tertentu untuk mendengarkan paket-paket data khusus dari Access Point yang disebut sebagai Traffic Information Map ( TIM ). Disela-sela waktu TIM tersebut, terminal mematikan radionya ( dalam keadaan tidur ), sehingga menghemat energi, semua terminal di dalam jaringan harus aktif pada waktu yang tepat bersamaan untuk bisa mendengarkan paket TIM dari Access Point .

Type Frame, Dibagi atas 3 type frame utama, yaitu :

- Data Frame, digunakan mentransmisikan data. - Control Frame , untuk control akses ke medium / kanal ( contohnya a.l :

RST, CTS dan ACK) - Frame Management, merupakan frame yang di transmisikan dengan cara

yang sama dengan frame data untuk pertukaran informasi manajemen, akan tetapi tidak di teruskan ke lapisan layer atas.

Format Frame PHY 802.11b Semua frame data dari 802.11 terdiri atas komponen-komponen, yaitu : Preamble Preamble merupakan awal permulaan frame , yang terdiri atas : Synch : digunakan untuk synchronisasi dengan timing (pemilihan waktu) penerimaan paket SFD : untuk mendifinisikan frame timing ( frame pemilihan waktu ) PLCP Header Adalah header yang selalu ditransmisikan sebesar 1Mbps dan berisi informasi logical yang akan digunakan oleh PHY layer untuk men-decode frame, terdiri atas PLCP_PDU length word : merepresentasikan sejumlah bytes yang terdapat dalam paket , dan digunakan oleh PHY layer untuk secara tepat mendeteksi akhir dari paket. PLCP Signalling Field, mendefinisikan rate transmisinya antara 1 Mbps sampai dengan 4,5 Mbps, yang disandikan berdasarkan kenaikan setiap 0,5 Mbps. MAC Data Bagian format frame MAC Data terdiri atas : Control Frame : Bagian Control Frame terdiri atas -Durasi / ID Bagian frame ini memiliki du fungsi berdasarkan type frame-nya, pada mode PAM berisikan identitas terminal ( terminal ID ), sedangkan pada frame lainnya

berisikan nilai durasi yang digunakan pada perhitungan NAV ( Native Alocation Vector ).

- Bagian alamat Sebuah frame dapat berisi 4 alamat, tergantung pada bits-bits ToDS dan FromDS yang didefinisikan pada bagian control, masing-masing alamat tersebut adalah :

1. Alamat pertama, merupakan alamat penerima frame ( station penerima frame ). Jika ToDS bits di set 1, maka bagian ini berisi alamat Access Point, sedangkan jika tidak di set maka merupakan alamat terminal tujuan akhir.

2. Alamat kedua, merupakan alamat station yang mengirimkan frame , jika nilai fromDS di set 1 , maka bagian ini berisi alamat access point, dan jika tidak maka alamat terminal.

3. Alamat ketiga, pada kebanyakan kasus, maka ini menunjukan alamat yang hilang . pada frame dengan fromDS di set 1 , bagian ini berisi alamat pengirim yang sebenarnya, dan jika ToDS di set, maka bagian ini berisi alamat tujuan.

4. Alamat keempat, digunakan pada keadaan khusus dimana distribution system ( DS ) digunakan dan di transmisikan antara access point, pada keadaan ini baik ToDS dan fromDS di set sehingga alamat tujuan dan pengirim yang asli hilang.

- Sequence Control

Digunakan untuk menunjukan urutan fragment-fragment yang berawal dari frame yang sama dan untuk mengenali paket yang dikirim ulang. Bagian ini terdiri dari 2 sub bagian, yaitu :

- Fragment number dan sequence number, mendefinisikan nomor urutan fragment dan jumlahnya dalam frame.

- CRC, adalah bagian yang berisikan 16 bits Cyclic Redudancy Check ( CRC ) untuk pengecekan kesalahan dalam pengiriman paket.

PCF ( Point Coordination Function ) , Hanya digunakan untuk mengakomodasi transmisi yang terikat dengan waktu / connection oriented , seperti transmisi suara dan video, ini dilakukan dengan prioritas yang lebih tinggi pada penggunaan access point , yaitu menggunakan IFS yang lebih lecil. Dengan penggunaan prioritas yang lebih tinggi ini , access point mengontrol medium dan meminta transmisi data dari terminal . Agar terminal lainnya masih dapat mengakses medium, di atur agar access point tetap menyisakan cukup waktu untuk akses DCF disela-sela penggunaan DCF. Cyclic Redudancy Check ( CRC )

Berfungsi untuk memeriksa paket data yang diterima apakah rusak dalam pengiriman, setiap paket data memiliki CRC yang dihitung dan disertakan dalam transmisi . CRC sangat berguna dalam mendeteksi , baik kesalahan bit tunggal ataupun kesalahan bit banyak. Algoritma CRC yang digunakan pada standard 802.11 adalah CCITT CRC 16, yang disahkan oleh badan CCITT ( Committee Consultative International of Telephonic and Telegraphic )