layer physical melakukan dua hal: mengirim bit dan menerima bit. Bit hanya mempunyai dua nilai, 1 dan  0-kode Morse dengan nilai numeris. Layer Physical berkomunikasi langsung dengan berbagai jenis media komunikasi yang sesungguhnya. Berbagai jenis media yang berbeda merepresentasikan nilai bit ini dengan cara yang berbeda. Beberapa menggunakan nada audio, sementara yang lain menggunakan apa yang disebut state transition-yaitu perubahan tegangan listrik dari rendah ke tinggi dan sebaliknya. Protocol tertentu diperlukan untuk setiap jenis media untuk menggambarkan pola bit yang sesuai untuk digunakan, bagaimana data diubah menjadi sinyal media, dan berbagai kualitas dari interface media fisik.

Layer Physical menentukan kebutuhan listrik, mekanis, procedural, dan fungsional mengaktifkan, mempertahankan, dan menonaktifkan hubungan fisik antar system. Layer ini juga mengidentifikasi interface antara  DTE (Data Terminal Equipment) dengan DCE (Data Communication Equipment). Beberapa perusahaan telepon lama masih menyebut DCE sebagai peralatan circuit-terminating. DCE biasanya terletak di sisi penyedia jasa (provider), sedangkan DTE di sisi peralatan pelanggan. Layanan yang tersedia di DTE paling sering diakses melalui sebuah modem atau CSU/DSU (Channel Service Unit/Data Service Unit).

Konektor-konektor dan topologi-topologi di layer physical didefinisikan oleh OSI sebagai standar, memungkinkan sistem-sistem yang berbeda berkomunikasi.

  • Hub di Layer Physical

 

Hub sebenarnya adalah sebuah repeater ( repeater  adalah sebuah alat network yang digunakan untuk memperkuat kembali sinyal data yang melemah karena jarak koneksi antar host yang agak jauh untuk sebuah jaringan LAN) dengan port banyak (multiple –port). Sebuah repeater menerima sinyal digital dan menguatkan kembali atau menciptakan kembali sinyal tersebut, dan kemudian meneuiskan sinyal digital tersebut ke semua port yang aktif dengan tanpa melihat isi datanya. Hub aktif melakukan hal yang sama. Setiap sinyal digital yang diterima dari sebuah di port hub akan dibuat kembali atau diperkuat kembali dan dikirimkan keluar ke semua port di hub tersebut. Ini berarti semua alat yang terhubung ke hub akan berada di sebuah collision domain yang sama, dan juga broadcast domain yang sama.

Hub, seperti halnya repeater, tidak melakukan pemeriksaan pada lalu lintas yang melewatinya. Setiap peralatan yang terhubung ke hub harus mendengar ketika sebuah alat di segmen itu mengirimkan data. Network dengan topologi fisik yang disebut bintang (star)- di mana hub berada di tengah-tengah dengan semua peralatan lain terhubung padanya melalui kabel-kabel merupakan jenis topologi yang diciptakan oleh hub. Secara visual, rancangannya hampir menyerupei bintang, sementara jaringan Ethernet menjalankan topologi bus, yang berarti sinyal harus bekerja dari ujung ke ujung di network tersebut.

Sinyal Analog

layer physical melakukan dua hal: mengirim bit dan menerima bit. Bit hanya mempunyai dua nilai, 1 dan  0-kode Morse dengan nilai numeris. Layer Physical berkomunikasi langsung dengan berbagai jenis media komunikasi yang sesungguhnya. Berbagai jenis media yang berbeda merepresentasikan nilai bit ini dengan cara yang berbeda. Beberapa menggunakan nada audio, sementara yang lain menggunakan apa yang disebut state transition-yaitu perubahan tegangan listrik dari rendah ke tinggi dan sebaliknya. Protocol tertentu diperlukan untuk setiap jenis media untuk menggambarkan pola bit yang sesuai untuk digunakan, bagaimana data diubah menjadi sinyal media, dan berbagai kualitas dari interface media fisik.

Layer Physical menentukan kebutuhan listrik, mekanis, procedural, dan fungsional mengaktifkan, mempertahankan, dan menonaktifkan hubungan fisik antar system. Layer ini juga mengidentifikasi interface antara  DTE (Data Terminal Equipment) dengan DCE (Data Communication Equipment). Beberapa perusahaan telepon lama masih menyebut DCE sebagai peralatan circuit-terminating. DCE biasanya terletak di sisi penyedia jasa (provider), sedangkan DTE di sisi peralatan pelanggan. Layanan yang tersedia di DTE paling sering diakses melalui sebuah modem atau CSU/DSU (Channel Service Unit/Data Service Unit).

Konektor-konektor dan topologi-topologi di layer physical didefinisikan oleh OSI sebagai standar, memungkinkan sistem-sistem yang berbeda berkomunikasi.

  • Hub di Layer Physical

 

Hub sebenarnya adalah sebuah repeater ( repeater  adalah sebuah alat network yang digunakan untuk memperkuat kembali sinyal data yang melemah karena jarak koneksi antar host yang agak jauh untuk sebuah jaringan LAN) dengan port banyak (multiple –port). Sebuah repeater menerima sinyal digital dan menguatkan kembali atau menciptakan kembali sinyal tersebut, dan kemudian meneuiskan sinyal digital tersebut ke semua port yang aktif dengan tanpa melihat isi datanya. Hub aktif melakukan hal yang sama. Setiap sinyal digital yang diterima dari sebuah di port hub akan dibuat kembali atau diperkuat kembali dan dikirimkan keluar ke semua port di hub tersebut. Ini berarti semua alat yang terhubung ke hub akan berada di sebuah collision domain yang sama, dan juga broadcast domain yang sama.

Hub, seperti halnya repeater, tidak melakukan pemeriksaan pada lalu lintas yang melewatinya. Setiap peralatan yang terhubung ke hub harus mendengar ketika sebuah alat di segmen itu mengirimkan data. Network dengan topologi fisik yang disebut bintang (star)- di mana hub berada di tengah-tengah dengan semua peralatan lain terhubung padanya melalui kabel-kabel merupakan jenis topologi yang diciptakan oleh hub. Secara visual, rancangannya hampir menyerupei bintang, sementara jaringan Ethernet menjalankan topologi bus, yang berarti sinyal harus bekerja dari ujung ke ujung di network tersebut.

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), Coaksial, 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.

Physical Layer

Physical layer ada di antara data link layer dan media transmisi. Tugas utamanya adalah menyediakan servis untuk data link layer. Salah satu servis yang disediakan oleh physical layer adalah membentuk sinyal yang merepresentasikan aliran data dalam bentuk bit 0 dan 1 dari data link layer.
Physical layer juga mengatur media transmisi. Layer inilah yang menentukan aliran data, dan jumlah saluran (logical channel) utnuk mengirimkan data yang datang dari sumber yang berbeda.
1.1. Digital dan Analog
Sebagai ilustrasi, bayangkan perbedaan antara aliran air dan lalu lintas di jalan. Ilustrasi untuk data analog adalah air yang mengalir di suatu saluran atau sungai, dengan molekul-molekul yang saling terikat dan bagian-bagiannya tidak dapat dibedakan dengan jelas. Kita dapat menghitung volume air dalam suatu ember, tapi itu bukan jumlah sesungguhnya, karena kita tidak dapat menghitung satu persatu molekul yang membentuk volume air tersebut. Aliran air selalu kontinu.
Sedangkan dalam lalu lintas di jalan, kita dapat membedakan mobil yang satu dengan mobil yang lain, masing-masing memiliki bentuk fisik yang berbeda dan dapat dengan mudah dihitung. Ilustrasi ini berlaku untuk data digital.

DATA DIGITAL DAN ANALOG
Data digital
Komputer menyimpan data dalam bentuk symbol yang disimpan dalam memori komputer. Tiap unit memori adalah suatu switch, dan memiliki dua keadaan, yaitu on dan off, dan symbol yang digunakan adalah 0 dan 1 (dikenal sebagai bit). Informasi yang disimpan dalam memori komputer merupakan kombinasi dari 0 dan 1.

Contoh data digital:110001100……………………………….10101010
Data Analog
Data analog adalah informasi yang kontinu. Seperti aliran air yang tidak terputus, terus mengalir hingga suatu saat sampai di laut atau masuk ke dalam lubang di tanah.

Gambar 1. Digital Data

SINYAL DIGITAL DAN ANALOG
Dalam komunikasi data, data ditransfer dari satu komputer ke komputer lainnya melalui media transmisi. Data yang dilewatkan haruslah dalam bentuk yang dapat diterima media transmisi, yaitu energi elektromagnetik (dalam bentuk sinyal).
Sinyal adalah energi elektromagnetik yang melewati kabel/saluran transmisi. Sinyal yang melewati saluran transmisi bisa terdiri dari sinyal digital dan sinyal analog.

Gambar 3. Sinyal analog dan digital

Sinyal Digital
Data (baik data digital maupun data analog) dapat direpresentasikan oleh sinyal digital. Misalnya, suatu 1 dapat di-enkode sebagai suatu tegangan positif dan 0 sebagai tidak adanya tegangan.
Ada dua term penting yang berkaitan dengan transmisi sinyal digital yaitu bit interval dan bit rate. Bit interval adalah waktu yang diperlukan untuk mengirimkan suatu bit. Sedangkan bit rate adalah jumlah dari bit yang dikirimkan dalam satu detik, dikenal juga sebagai bit per second (bps).

Unit-unit dari bit rate sebagai berikut:

One bit per seconds (bps) = 1 bps
Kilobits per seconds (kbps) = 1.000 bps
Megabits per seconds (Mbps) = 1.000.000 bps
Gigabits per seconds (Gbps) = 1.000.000.000 bps
Terabits per second (Tbps) = 1.000.000.000.000 bps

Signal Analog
Data ditransmisikan dalam bentuk gelombang yang kontinu. Sinyal sinusoida merupakan bentuk dasar dari sinyal analog. Sinyal ini berubah secara konsisten dan kontinu secara teratur dalam suatu cycle.
Sinyal sinusoida memiliki tiga karakterisitik, yaitu amplitude (amplitude), period atau frequency (frekuensi) dan phase (fasa)


Gambar 4. Gelombang Sinusoida
Amplitudo adalah nilai dari sinyal tersebut di suatu titik pada gelombang. Merupakan jarak vertical dari sumbu horizontalnya. Amplitudo maksimum suatu gelombang sinusoida adalah titik tertinggi yang dicapai pada sumbu vertikal.
Periode adalah jumlah waktu yang dibutuhkan (dalam detik) oleh suatu sinyal, untuk melengkapi satu cycle.
Frekuensi adalah jumlah dari cycle dalam satu detik. Frekuensi = 1/Periode
Fasa adalah posisi dari gelombang relatif saat waktu (t) = 0. Jika kita asumsikan gelombang adalah sesuatu yang dapat dipindahkan ke depan atau ke belakang sepanjang sumbu waktu, fasa mendeskripsikan jumlah dari perpindahan tersebut, mengindikasikan status dari cycle yang pertama. Fasa diukur dalam derajat, atau radian (360 derajat adalah 2p radian).


Gambar 5. Fasa gelombang sinusoida

Sinyal Kompleks
Dalam dunia nyata, suatu sinyal biasanya terdiri dari beberapa sinyal sederhana. Misalnya, suatu sinyal yang telepon genggam dengan teknologi GSM dapat memiliki frekuensi 890-915 MHz untuk uplink (dari mobile ke base station) dan 935-960 MHz untuk downlink (dari base station ke mobile).

Bandwidth
Dalam suatu sinyal yang kompleks, bandwidth dari suatu sinyal adalah perbedaan antara frekuensi tertinggi dan frekuensi terendah. Misalnya suatu sinyal memiliki frekuensi antara 10 kHz dan 50 kHz berarti memiliki bandwidth 40 kHz.

Telepon rumah konvensional memiliki bandwith 4 kHz. Jalur ini didesain untuk membawa data berupa suara manusia yang memiliki frekuensi antara 0 – 4 kHz. Sinyal digital yang merupakan sinyal kompleks, memiliki bandwidth yang jauh lebih lebar dari sinyal analog, sehingga memerlukan kualitas jalur transmisi yang lebih baik dengan memperlebar bandwidth, atau memodifikasi sinyal digital tersebut hingga mampu melalui jalur dengan bandwidth 4 kHz.

1.2. Mengubah Data Menjadi Sinyal

Dalam pengiriman data, ada empat skenario yang dapat terjadi sebagai berikut:
* Mengirimkan data digital menggunakan sinyal digital
* Mengirimkan data digital menggunakan sinyal analog
* Mengirimkan data analog menggunakan sinyal digital
* Mengirimkan data analog menggunakan sinyal analog

Digital Encoding – Konversi Digital ke Digital

Bila data yang akan dikirim dalam bentuk digital (dalam bentuk 0 dan 1), dan media transmisinya mampu untuk menangani sinyal digital (memiliki bandwidth yang lebar) maka physical layer mampu untuk untuk meng-enkode data digital ke sinyal digital utnuk pentransmisian.
Hampir semua LAN (Local Area Network) menggunakan endoke digital-to-digital karena data yang disimpan dalam komputer adalah data digital dan kabel yang menghubungkan komputer-komputer tersebut mampu membawa sinyal digital.


Gambar 6. Konversi data digital ke sinyal digital

Modulasi – Konversi Digital ke Analog
Kadangkala physical layer perlu merubah data digital menjadi sinyal analog, misalnya saat penggunaan telepon konvensional untuk mengirim data digital via Internet. Jalur yang digunakan adalah jalur analog dengan bandwidth yang sempit, sekitar 4 kHz yang tidak memungkinkan untuk dilewati sinyal digital dalam pengiriman data yang reliable. Pada kasus ini diperlukan konversi digital ke analog, yang dikenal sebagai modulasi. Suatu piranti yang disebut modem (modulator/demodulator) diperlukan untuk memodulasi dan mendemolasi data.

Gambar 7. Modulasi/demodulasi

Sampling Data Analog: Konversi Analog ke DigitalKonversi data dari analog ke digital diperlukan saat data analog akan dikirimkan sebagai sinyal digital. Misalnya pengiriman data suara jarak jauh via perusahaan telepon melalui jaringan digital. Suara dikirimkan sebagi sinyal analog dari pelanggan, dan kemudian dilewatkan via jaringan digital. Ada dua alasan penggunaan sinyal digital untuk jalur telepon jarak jauh. Pertama, sinyal digital lebih tahan terhadap noise dan kedua jaringan digital dapat digunakan dalam transmisi data, selain suara.1.3. TRANSMISSION MODES
Hal yang perlu diperhatikan dalam pengiriman data digital dari satu piranti ke piranti yang lain adalah wiring (pengkabelan). Dalam pengkabelan ini hal yang perlu diperhatikan adalah data stream (aliran data).Pengiriman data biner dapat dilakukan melalui suatu jalur menggunakan mode parallel atau serial. Dalam pode parallel, beberapa bit dikirmkan dalam satu pulsa, sedangkan pada mode serial setiap bit dikirimkan per pulsa.

Transmisi Paralel

Mekanisme transmisi parallel adalah menggunakan n wires (sejumlah n pengkabelan) untuk mengirimkan sejumlah n bits pada satu waktu. Setiap bit memiliki pengkabelan tersendiri, dan semua n bits dari satu groups dapat ditransmisikan pada tiap pulsa dari satu piranti ke piranti lainnya.

Keuntungan dari transmisi parallel adalah kecepatan. Tetapi, transmisi parallel membutuh sejumlah n jalur komunikasi untuk mentrasnmisikan aliran data.

Gb. 8. Transmisi Paralel
Transmisi SerialPada transmisi serial, 1 bit diikuti oleh bit yang lain secara berurutan sehingga hanya dibutuhkan satu jalur komunikasi antara 2 piranti. Keuntungan dari transmisi ini adalah mengurangi biaaya karena hanya diperlukan satu jalur.

Gb. 9. Transmisi Paralel
1.4. LINE CONFIGURATION (KONFIGURASI JALUR)Line configuration mengacu pada bagaimana dua piranti terhubung pada suatu jalur/link. Jalur/link adalah saluran komunikasi fisik yang mentransmisikan data dari satu piranti ke piranti lainnya. Bayangkan saat anda harus melewati jalan raya untuk mencapai tujuan dari rumah anda. Jalan yang anda lewati dapat dianalogikan sebagai jalur/link dalam komunikasi data.Point to Point

Suatu konfigurasi point to point menyediakan jalur tertentu antara dua piranti. Seluruh kapasitas jalur tersebut didedikasikan untuk transmisi antara dua piranti tersebut. Misalnya saat anda merubah saluran TV menggunakan gelombang infrared dari remote control, anda menggunakan konfigurasi point to point antara remote control dan system kontrol televisi.

Multipoint

Yaitu saat lebih dari satu piranti berbagi jalur yang sama.

1.5.DUPLEXITY

Duplexity mengacu kepada arah dari aliran sinyal antara dua piranti yang saling berhubungan. Ada dua mode transmisi yaitu half-duplex dan full-duplex.

Half Duplex

Dalam mode half-duplex tiap piranti dapat mengirim dan menerima data, tapi tidak pada waktu yang sama. Saat suatu piranti mengirim, piranti yang lain dapata menerima dan begitu pula sebaliknya.

Mode half-duplex adalah seperti suatu jalan sempit 2 arah. Saat suatu mobil sedang melewatinya, mobil dari arah yang berlawanan harus menunggu. Pada half-duplex semua kapasitas saluran digunakan oleh salah satu piranti yang sedang mengirimkan data. Contoh sistem half-duplex misalnya walkie-talkie.

Full Duplex

Pada full-duplex setiap piranti dapat mengirim dan menerima data secara bersamaan. Analoginya adalah jalan lebar 2 arah. Kendaraan dari 2 arah yang berlawanan dapat lewat pada saat yang sama. Pada mode ini, sinyal menuju arah yang berlawanan saling berbagi kapasitas jalur. Contoh sistem full-duplex adalah jalur telepon. Saat menggunakan telepon kita dapat berbicara dan mendengarkan pada saat yang bersamaan.

Gambar 10. Mode duplexity

1.6.MULTIPLEXING

Saat kapasitas transmisi (yaitu bandwidth a.ka. jumlah bit yang dapat dikirim per detik) dari suatu media yang menghubungkan dua piranti lebih besar dari yang dibutuhkan, jalur tersebut dapat digunakan bersama. Bayangkan suatu saluran air yang dapat membawa volume air untuk dibagikan ke banyak pelanggan pada satu waktu. Multiplexing adalah suatu cara yang digunakan untuk melakukan transmisi lebih dari satu sinyal secara bersamaan melewati satu jalur data.Frequency Division Multiplexing (FDM)

FDM adalah suatu teknik analog yang dapat diaplikasikan saat bandwidth dari suatu jalur lebih besar dari total bandwidth dari sinyal yang ditransmisikan. Dalam FDM, sinyal yang dibangkitkan tiap piranti dimodulasi oleh frekuensi pembawa yang berbeda-beda. Sinyal termodulasi ini kemudian dikombinasi ke dalam satu sinyal yang kompleks yang dapat dikirimkan via jalur tersebut.Wave-Division Multiplexing (WDM)

WDM memiliki konsep yang sama seperti FDM, tetapi proses multipleksing dan demultipleksingnya dilakukan pada sinyal cahaya yang ditransmisikan melalui jalur fiber-optic (serat kaca). Perbedaannya adalah frekuensi yang digunakan sangat tinggi.

Time Division Multiplexing (TDM)

TDM adalah suatu proses digital yang dapat diaplikasikan saat data-rate maksimal medium transmisi lebih besar daripada data-rate yang dibutuhkan oleh piranti pengirim dan penerima.