Bab 4 Konsep Physical Layer Abdillah, MIT

Fungsi Jaringan Fungsi jaringan Layer 1 adalah mendefinisikan spesifikasi fungsional, prosedural, mekanikal dan elektrikal untuk mengaktifkan, menjaga dan menghentikan hubungan langsung antara dua sistem, misalnya level tegangan, waktu perubahan tegangan, kecepatan pengiriman data, jarak maksimum pengiriman, konektor fisik dan sebagainya. Jika ingin mengingat Layer 1 dengan mudah, pikirkan tentang sinyal dan media jaringan.

Sinyal dan Media Jaringan Layer 1 berkaitan dengan sinyal dan media jaringan. Sinyal dapat berupa tegangan listrik yang diatur, pola cahaya atau gelombang elektromagnet yang termodulasi. Semuanya dapat membawa data/informasi. Media jaringan adalah tempat merambatnya sebuah sinyal. Media jaringan dapat berupa kabel twisted pair (TP), koaksial, serat optik atau wireless menggunakan gelombang elektromagnetik.

Sinyal Analog Terdapat dua jenis sinyal: analog dan digital. Grafik sinyal analog berbentuk gelombang, yakni mengalami perubahan tegangan yang kontinyu terhadap waktu. Sinyal analog memiliki variasi amplitudo A terhadap periode T.

Sinyal Digital Sinyal digital memiliki bentuk diskrit dari grafik tegangan terhadap waktu dimana amplitudonya tetap walaupun periodenya dapat diubah. Sinyal digital yang berasal dari peralatan modern dapat dianggap sebagai sebuah gelombang kotak yang memiliki transisi langsung dari tegangan rendah ke tegangan tinggi.

Transmisi Sinyal Digital Komunikasi jaringan umumnya menggunakan transmisi sinyal digital. Satuan sinyal digital disebut bit yang berhubungan dengan bilangan biner 1 atau 0. Satu bit pada media tembaga adalah pulsa tegangan 0 volt untuk biner 0 dan 5 volt untuk biner 1. Pada sinyal optik, gelap untuk biner 0 dan terang untuk biner 1. Pada wireless, gelombang elektromagnetik pendek untuk 0 dan gelombang elektronik panjang untuk 1. Dalam membawa data sebuah bit dapat mengalami propagation, attenuation, reflection, noise, timing problem dan collision

Propagation Propagation berarti merambatnya sebuah bit dari satu tempat ke tempat lain. Ketika sebuah NIC meletakkan tegangan pada sebuah media, pulsa tegangan tersebut berjalan sepanjang media. Kecepatan perjalanan tergantung pada material yang digunakan sebagai media, struktur media dan frekwensi bit. Sinyal digital bergerak dengan kecepatan sekitar 2 x 10^8 meter per detik. Waktu yang dibutuhkan sabuah bit dari sebuah titik kembali ke titik tersebut disebut round trip time (RTT).

Attenuation Attenuation adalah melemahnya kekuatan sinyal ketika kabel melebihi panjang maksimum. Ini berarti bahwa sebuah sinyal tegangan 1 bit kehilangan amplitudo ketika energinya berpindah dari sinyal ke kabel. Pemilihan yang berhati-hati terhadap material dan struktur jaringan dapat mengurangi attenuation. Attenuation tidak dapat dihindari selama hambatan (resistance) listrik ada.

Reflection Reflection (pemantulan) bisa terjadi dalam sinyal listrik. Ketika pulsa tegangan atau bit membentur sebuah discontinuity, energinya dapat mengalami pemantulan.  Jika tidak dikontrol hati-hati, energi ini dapat mengganggu bit berikutnya. Ingat ketika Anda terfokus pada sebuah bit untuk waktu saat ini, dalam jaringan yang sebenarnya Anda akan ingin mengirim jutaan bit setiap detik. Tergantung pada jenis kabel dan koneksi yang digunakan jaringan, pemantulan bisa menjadi sebuah masalah.

Noise Noise adalah sinyal tambahan yang tidak diinginkan. Tidak ada sinyal tanpa noise sehingga penting menjaga perbandingan signal-to-noise (S/N) setinggi mungkin. Setiap bit menerima noise dari sumber-sumber berikut: NEXT (near-end crosstalk) thermal AC power/reference ground EMI / RFI (electromagnetic interference / radio frequency interference. 

Timing Problem Timing problem disebabkan oleh dispersion, jitter, dan delay. Dispersion terjadi karena sinyal melebar sehingga sebuah bit berinterferensi dengan bit sebelum dan sesudahnya. Dispersi diatasi dengan mengurangi panjang kabel. Jitter terjadi karena clock pada host sumber tidak sinkron dengan host tujuan sehingga bit sampai lebih lambat atau lebih cepat. Jitter diatasi dengan sinkronisasi clock. Delay terjadi karena bit melewati komponen elektronik dalam peralatan jaringan. Delay diatasi dengan penggunaan peralatan jaringan yang benar, strategi encoding yang berbeda dan berbagai protokol layer.

Collision Collision terjadi ketika dua bit dari dua host yang berkomunikasi berada pada media yang sama dan waktu yang sama. Untuk media tembaga, tegangan dari dua sinyal biner ini akan dijumlahkan dan menimbulkan tingkat tegangan yang ketiga. Variasi tegangan ini tereliminasi karena dalam sistem biner hanya mengenal dua tingkat tegangan. Collision dapat diatasi dengan mengganti hub dengan switch atau menggunakan topologi logika token pass.

Media Jaringan Media jaringan yang umum digunakan adalah: Shielded Twisted Pair (STP) Unshielded Twisted Pair (UTP) Coaxial Optical fiber Wireless (gelombang elektromagnetik yang dapat merambat melalui udara dan vakum)

Shielded Twisted Pair (STP) Kabel STP terdiri atas 4 pasang pin tembaga yang masing-masing terbungkus isolator plastik. Keempat pasang pin terbungkus foil shield dan outer jacket. STP menyediakan perlindungan terhadap EMI/RFI noise tanpa terlalu menambah berat atau ukuran kabel. Kabel STP perlu di-ground-kan pada kedua ujungnya karena shield dapat berfungsi sebagai antena membentuk electrical noise di luar kabel. Kecepatan data pada kabel STP adalah 10-100 Mbps dengan panjang kabel maksimum 100 m.

Gambar Kabel STP

Unshielded Twisted Pair (UTP) Sama seperti STP, kabel UTP terdiri atas 4 pasang pin tembaga yang masing-masing terbungkus isolator plastik tetapi keempat pasang pin hanya terbungkus outer jacket. Proteksi kabel tipe ini bersandar pada efek cancellation yang dihasilkan oleh pilinan sepasang pin untuk mengurangi EMI/RFI noise. Kabel UTP memiliki banyak keuntungan karena ukurannya, mudah diinstal dan paling murah dibandingkan media jaringan yang lain. Panjang kabel maksimum kabel UTP adalah 100 m.

Gambar Kabel UTP

Kabel Koaksial Kabel koaksial terdiri atas serat silindris tembaga yang mengelilingi sebuah kawat tembaga tunggal yang terselubung isolator plastik. Kabel koaksial memiliki panjang maksimum 500 m dan lebih murah daripada kabel serat optik. Kabel koaksial berdiameter terbesar digunakan sebagai backbone biasanya disebut thicknet. Kabel koaksial berdiameter 0.35 cm digunakan dalam jaringan ethernet biasanya disebut thinnet. Baik thicknet maupun thinnet tidak pernah lagi digunakan lagi karena sangat sulit melakukan koneksi kabelnya.

Gambar Kabel Koaksial

Serat Optik Serat optik adalah media jaringan yang mampu meneruskan transmisi cahaya yang termodulasi. Dibandingkan dengan media lain serat optik lebih mahal dan rentan terhadap EMI dan RFI noise. Dalam serat optik sinyal yang merepresentasikan bit dikonversi menjadi pita cahaya. Bagian kabel yang memandu cahaya disebut fiber core dan cladding. Core biasanya adalah gelas murni dengan indeks refraksi tinggi sedangkan cladding adalah gelas atau platik dengan indeks refraksi rendah. Kecepatan data serat optik 100+ Mbps dengan panjang kabel maksimum 2 km.

Gambar Kabel Serat Optik

Wireless Sinyal wireless adalah gelombang elektromagnetik yang dapat merambat melalui udara dan ruang hampa di angkasa luar. Maka tidak ada media fisik untuk sinyal wireless dan ini menjadikannya sebuah cara yang serbaguna untuk membangun sebuah jaringan. Kecepatan data sinyal wireless sama dengan kecepatan data serat optik karena keduanya adalah gelombang elektromagnetik.

Standar TIA/EIA-568 TIA/EIA-568 adalah standar Ethernet 10Base-T yang menentukan warna apa yang dipakai oleh setiap pin. T568-B (spesifikasi AT&T) lebih sering dipakai akan tetapi banyak juga instalasi yang menggunakan T568-A (disebut juga ISDN)

Kategori Kabel UTP Ada 5 kategori kabel UTP menurut TIA/EIA-568: Category 1 digunakan untuk komunikasi telepon, tidak bisa untuk transmisi data Category 2 digunakan dalam jaringan Ethernet, memiliki kecepatan data 4 Mbps Category 3 digunakan dalam jaringan Ethernet, memiliki kecepatan data 10 Mbps Category 4 digunakan dalam jaringan Token Ring, memiliki kecepatan data 16 Mbps Category 5 digunakan dalam jaringan Ethernet, memiliki kecepatan data 100 Mbps

Kabel Straight-through Kabel straight-through digunakan untuk koneksi workstation ke hub/switch atau patch-panel ke hub/switch karena kabel di-crossover secara otomatis di dalam hub/ switch. Hanya 4 dari 8 pin yang digunakan untuk 10/100base-T Ethernet. Pada kabel straight-through, pin 1 pada ujung kabel terhubung ke pin 1 pada ujung yang lain, pin 2 terhubung ke pin 2, dst.

Kabel Rollover/Console Kabel rollover/console digunakan untuk koneksi worlstation ke console port pada router atau switch untuk tujuan mengakses dan mengkonfigurasi router atau switch. Pada kabel rollover atau console pin 1 pada ujung kabel terhubung ke pin 8 pada ujung yang lain, pin 2 terhubung ke pin 7 dst.

Kabel Crossover Kabel crossover digunakan untuk koneksi dari workstation ke workstation atau dari hub/switch ke hub/switch. Jika digunakan antara hub atau switch, kabel crossover dianggap sebagai bagian dari vertical cabling atau dikenal juga sebagai backbone cable. Pada kabel crossover pasangan pin 2 dan pin 3 pada ujung kabel bertukar tempat pada ujung yang lain.

Membuat Kabel UTP Potong kabel, kuliti jacket, pisahkan 4 pasang pin Atur pin sesuai warna, luruskan, potong sejajar sehingga tersisa maksimum 1.2 cm yang lurus  Masukkan pin-pin yang telah tersusun ke konektor RJ-45, dorong kabel hingga sebagian jacket masuk ke dalam konektor. Pastikan urutan pin sudah benar dan semua konduktor pin terlihat dari ujung kabel Masukkan RJ-45 ke crimp tool dan jepit kuat Periksa kedua ujung kabel secara visual, gunakan cable tester untuk memastikan kualitas kabel

Referensi Lammle,Todd., CCNA Study Guide, Third Edition, Sybex Network Press, 2002 Andrew S Tanenbaum, 1988. Computer Networks, Printice Hall Inc, New Jersey. Douglas E. Comer, Internetworking with TCP/IP, Third Edition, Prentice Hall International, Inc., 1995