Physical Layer atau Lapisan fisik dalam model OSI memainkan peran berinteraksi dengan perangkat keras aktual dan mekanisme pensinyalan.
Lapisan fisik adalah satu-satunya lapisan model jaringan OSI yang benar-benar berhubungan dengan konektivitas fisik dari dua stasiun yang berbeda. Lapisan ini mendefinisikan peralatan perangkat keras, pengkabelan, pengkabelan, frekuensi, pulsa yang digunakan untuk mewakili sinyal biner, dll.
Lapisan fisik menyediakan layanannya ke lapisan Data-link.
Lapisan data-link menyerahkan frame ke lapisan fisik.
Lapisan fisik mengubahnya menjadi pulsa listrik, yang mewakili data biner. Data biner kemudian dikirim melalui media kabel atau nirkabel.
Sinyal
Ketika data dikirim melalui media fisik, data tersebut harus diubah terlebih dahulu menjadi sinyal elektromagnetik. Data itu sendiri dapat berupa analog seperti suara manusia, atau digital seperti file pada disk. Baik data analog maupun digital dapat direpresentasikan dalam sinyal digital atau analog.
Sinyal Digital
Sinyal digital bersifat diskrit dan mewakili urutan pulsa tegangan. Sinyal digital digunakan dalam sirkuit sistem komputer.
Sinyal Analog
Sinyal analog dalam bentuk gelombang kontinu di alam dan diwakili oleh gelombang elektromagnetik terus menerus.
Kerusakan Transmisi
Ketika sinyal berjalan melalui media, mereka cenderung memburuk. Ini mungkin memiliki banyak alasan seperti yang diberikan:
redaman (Attenuation)
Agar penerima dapat menginterpretasikan data secara akurat, sinyal harus cukup kuat. Ketika sinyal melewati medium, ia cenderung melemah. Karena mencakup jarak, ia kehilangan kekuatan.
Penyebaran (Dispersion)
Sebagai sinyal perjalanan melalui media, cenderung menyebar dan tumpang tindih. Jumlah dispersi tergantung pada frekuensi yang digunakan.
Distorsi penundaan (Delay distortion)
Sinyal dikirim melalui media dengan kecepatan dan frekuensi yang telah ditentukan sebelumnya. Jika kecepatan dan frekuensi sinyal tidak cocok, ada kemungkinan sinyal mencapai tujuan dengan cara yang sewenang-wenang. Dalam media digital, sangat penting bahwa beberapa bit mencapai lebih awal dari yang dikirim sebelumnya.
Kebisingan (noise)
Gangguan acak atau fluktuasi pada sinyal analog atau digital disebut sebagai Noise in signal, yang dapat mendistorsi informasi aktual yang dibawa. Kebisingan dapat dicirikan dalam salah satu kelas berikut:
Kebisingan Termal
Panas mengagitasi konduktor elektronik media yang dapat menimbulkan kebisingan di media. Sampai tingkat tertentu, kebisingan termal tidak dapat dihindari.
Intermodulasi
Ketika beberapa frekuensi berbagi media, interferensi mereka dapat menyebabkan kebisingan di media. Intermodulasi noise terjadi jika dua frekuensi yang berbeda berbagi media dan salah satunya memiliki kekuatan yang berlebihan atau komponen itu sendiri tidak berfungsi dengan baik, maka frekuensi yang dihasilkan mungkin tidak terkirim seperti yang diharapkan.
Crosstalk
Kebisingan semacam ini terjadi ketika sinyal asing masuk ke media. Hal ini karena sinyal dalam satu media mempengaruhi sinyal dari media kedua.
Impuls
Kebisingan ini muncul karena gangguan yang tidak teratur seperti petir, listrik, korsleting, atau komponen yang rusak. Data digital sebagian besar dipengaruhi oleh kebisingan semacam ini.
Media transmisi
Media di mana informasi antara dua sistem komputer dikirim, disebut media transmisi. Media transmisi digolongkan dalam dua bentuk.
Dengan Media Perantara (Guided Media)
Semua kabel/kabel komunikasi adalah media terpandu, seperti UTP, kabel koaksial, dan serat Optik. Dalam media ini, pengirim dan penerima terhubung langsung dan informasi dikirim (dipandu) melaluinya.
Tanpa Media Perantara (Unguided Media)
Wireless atau ruang udara terbuka dikatakan sebagai media yang tidak terarah, karena tidak ada konektivitas antara pengirim dan penerima. Informasi tersebar di udara, dan siapa pun termasuk penerima sebenarnya dapat mengumpulkan informasi tersebut.
Kapasitas Saluran
Kecepatan transmisi informasi dikatakan sebagai kapasitas saluran. Kami menghitungnya sebagai kecepatan data di dunia digital. Itu tergantung pada banyak faktor seperti:
Bandwidth: Keterbatasan fisik media yang mendasarinya.
Error-rate: Penerimaan informasi yang salah karena kebisingan (noise).
Encoding: Jumlah level yang digunakan untuk pensinyalan.
Multiplexing
Multiplexing adalah teknik untuk mencampur dan mengirim beberapa aliran data melalui satu media. Teknik ini membutuhkan perangkat keras sistem yang disebut multiplexer (MUX) untuk multiplexing aliran dan mengirimkannya pada media, dan de-multiplexer (DMUX) yang mengambil informasi dari media dan mendistribusikan ke tujuan yang berbeda.
Switching
Switching adalah mekanisme pengiriman data/informasi dari sumber ke tujuan yang tidak terhubung langsung. Jaringan memiliki perangkat interkoneksi, yang menerima data dari sumber yang terhubung langsung, menyimpan data, menganalisisnya, dan kemudian meneruskannya ke perangkat interkoneksi berikutnya yang terdekat dengan tujuan.
Switching dapat dikategorikan sebagai:
Media Transmisi Jaringan
Media transmisi tidak lain adalah media fisik di mana komunikasi terjadi dalam jaringan komputer.
Media Magnetik
Salah satu cara paling nyaman untuk mentransfer data dari satu komputer ke komputer lain, bahkan sebelum lahirnya jaringan, adalah dengan menyimpannya di beberapa media penyimpanan dan mentransfer fisik dari satu stasiun ke stasiun lainnya. Meskipun mungkin tampak kuno di dunia internet berkecepatan tinggi saat ini, tetapi ketika ukuran data sangat besar, media magnetik ikut bermain.
Misalnya, bank harus menangani dan mentransfer data besar pelanggannya, yang menyimpan cadangannya di beberapa tempat yang jauh secara geografis untuk alasan keamanan dan untuk menjaganya dari bencana yang tidak pasti. Jika bank perlu menyimpan data cadangannya yang besar, maka transfer melalui internet tidak dapat dilakukan. Tautan WAN mungkin tidak mendukung kecepatan tinggi seperti itu. Bahkan jika mereka melakukannya; biaya yang terlalu tinggi untuk ditanggung.
Dalam kasus ini, cadangan data disimpan ke pita magnetik atau cakram magnetik, dan kemudian dipindahkan secara fisik di tempat-tempat terpencil.
Kabel Twisted Pair
Kabel twisted pair terbuat dari dua kabel tembaga berinsulasi plastik yang dipilin bersama untuk membentuk satu media. Dari dua kabel ini, hanya satu yang membawa sinyal aktual dan yang lain digunakan untuk referensi ground. Liku-liku antara kabel sangat membantu dalam mengurangi kebisingan (gangguan elektro-magnetik) dan crosstalk.
Ada dua jenis kabel twisted pair:
- Kabel Terlindung Twisted Pair (STP)
- Kabel Unshielded Twisted Pair (UTP)
Kabel STP dilengkapi dengan pasangan kawat bengkok yang dilapisi foil logam. Ini membuatnya lebih acuh tak acuh terhadap kebisingan dan crosstalk.
UTP memiliki tujuh kategori, masing-masing cocok untuk penggunaan tertentu. Dalam jaringan komputer, kabel Cat-5, Cat-5e, dan Cat-6 paling banyak digunakan. Kabel UTP dihubungkan dengan konektor RJ45.
Kawat koaksial
Kabel koaksial memiliki dua kabel tembaga. Kawat inti terletak di tengah dan terbuat dari konduktor padat. Inti tertutup dalam selubung isolasi. Kawat kedua dililitkan di atas selubung dan itu juga pada gilirannya terbungkus oleh selubung isolator. Semua ini ditutupi oleh penutup plastik .
Kawat koaksial
Karena strukturnya, kabel coax mampu membawa sinyal frekuensi tinggi daripada kabel twisted pair. Struktur yang dibungkus memberikan pelindung yang baik terhadap noise dan cross talk. Kabel koaksial memberikan kecepatan bandwidth tinggi hingga 450 mbps.
Ada tiga kategori kabel coax yaitu, RG-59 (TV Kabel), RG-58 (Ethernet Tipis), dan RG-11 (Ethernet Tebal). RG adalah singkatan dari Radio Government.
Kabel dihubungkan menggunakan konektor BNC dan BNC-T. Terminator BNC digunakan untuk mengakhiri kabel di ujung yang jauh.
Saluran Listrik
Komunikasi Power Line (PLC) adalah teknologi Layer-1 (Physical Layer) yang menggunakan kabel daya untuk mengirimkan sinyal data. Dalam PLC, data termodulasi dikirim melalui kabel. Penerima di ujung yang lain mendemodulasi dan menafsirkan data.
Karena saluran listrik tersebar luas, PLC dapat membuat semua perangkat bertenaga dikontrol dan dipantau. PLC bekerja dalam half-duplex.
Ada dua jenis PLC:
- PLC pita sempit
- PLC pita lebar
PLC pita sempit memberikan kecepatan data yang lebih rendah hingga 100 kbps, karena bekerja pada frekuensi yang lebih rendah (3-5000 kHz). Mereka dapat tersebar di beberapa kilometer.
Broadband PLC memberikan kecepatan data yang lebih tinggi hingga 100 Mbps dan bekerja pada frekuensi yang lebih tinggi (1,8 – 250 MHz). Mereka tidak dapat diperpanjang seperti PLC Narrowband.
Serat optik
Fiber Optic bekerja pada sifat-sifat cahaya. Ketika sinar datang pada sudut kritis, ia cenderung dibiaskan 90 derajat. Properti ini telah digunakan dalam serat optik. Inti kabel serat optik terbuat dari kaca atau plastik berkualitas tinggi. Dari salah satu ujungnya cahaya dipancarkan, melewatinya dan di ujung lainnya detektor cahaya mendeteksi aliran cahaya dan mengubahnya menjadi data listrik.
Fiber Optic menyediakan mode kecepatan tertinggi. Muncul dalam dua mode, satu adalah serat mode tunggal dan yang kedua adalah serat multimode. Serat mode tunggal dapat membawa satu sinar cahaya sedangkan multimode mampu membawa banyak berkas cahaya.
Serat optik
Fiber Optic juga hadir dalam kemampuan searah dan dua arah. Untuk menghubungkan dan mengakses serat optik jenis konektor khusus digunakan. Ini bisa berupa Subscriber Channel (SC), Straight Tip (ST), atau MT-RJ.
Media Transmisi Wireless atau Nirkabel
Transmisi nirkabel adalah bentuk media yang tidak terarah. Komunikasi nirkabel tidak melibatkan hubungan fisik antara dua atau lebih perangkat, berkomunikasi secara nirkabel. Sinyal nirkabel tersebar di udara dan diterima serta diinterpretasikan oleh antena yang sesuai.
Ketika antena dipasang ke sirkuit listrik komputer atau perangkat nirkabel, itu mengubah data digital menjadi sinyal nirkabel dan menyebar ke seluruh rentang frekuensinya. Reseptor di ujung yang lain menerima sinyal-sinyal ini dan mengubahnya kembali menjadi data digital.
Sebagian kecil dari spektrum elektromagnetik dapat digunakan untuk transmisi nirkabel.
Spektrum elektromagnetik
Transmisi Radio
Frekuensi radio lebih mudah dihasilkan dan karena panjang gelombangnya yang besar dapat menembus dinding dan struktur yang sama. Gelombang radio dapat memiliki panjang gelombang dari 1 mm – 100.000 km dan memiliki frekuensi mulai dari 3 Hz (Frekuensi Sangat Rendah) hingga 300 GHz (Sangat Tinggi). Frekuensi). Frekuensi radio dibagi menjadi enam pita.
Gelombang radio pada frekuensi yang lebih rendah dapat merambat melalui dinding sedangkan RF yang lebih tinggi dapat merambat dalam garis lurus dan memantul kembali. Kekuatan gelombang frekuensi rendah menurun tajam saat menempuh jarak jauh. Gelombang radio frekuensi tinggi memiliki kekuatan lebih.
Frekuensi yang lebih rendah seperti pita VLF, LF, MF dapat berjalan di tanah hingga 1000 kilometer, di atas permukaan bumi.
Gelombang radio - membumi
Gelombang radio frekuensi tinggi rentan diserap oleh hujan dan hambatan lainnya. Mereka menggunakan Ionosfer atmosfer bumi. Gelombang radio frekuensi tinggi seperti pita HF dan VHF menyebar ke atas. Ketika mereka mencapai Ionosfer, mereka dibiaskan kembali ke bumi.
Gelombang radio - Ionosfer
Transmisi Gelombang Mikro
Gelombang elektromagnetik di atas 100 MHz cenderung bergerak dalam garis lurus dan sinyal di atasnya dapat dikirim dengan memancarkan gelombang tersebut ke satu stasiun tertentu. Karena gelombang mikro merambat dalam garis lurus, pengirim dan penerima harus sejajar agar benar-benar sejajar.
Gelombang mikro dapat memiliki panjang gelombang mulai dari 1 mm – 1 meter dan frekuensi mulai dari 300 MHz hingga 300 GHz.
Jaringan Area Pribadi
Antena gelombang mikro mengkonsentrasikan gelombang membuat sinar itu. Seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, beberapa antena dapat disejajarkan untuk menjangkau lebih jauh. Gelombang mikro memiliki frekuensi yang lebih tinggi dan tidak menembus dinding seperti rintangan.
Transmisi gelombang mikro sangat bergantung pada kondisi cuaca dan frekuensi yang digunakan.
Transmisi Inframerah
Gelombang inframerah terletak di antara spektrum cahaya tampak dan gelombang mikro. Ini memiliki panjang gelombang 700-nm hingga 1-mm dan rentang frekuensi dari 300-GHz hingga 430-THz.
Gelombang inframerah digunakan untuk keperluan komunikasi jarak dekat seperti televisi dan jarak jauh. Inframerah bergerak dalam garis lurus sehingga sifatnya terarah. Karena rentang frekuensi tinggi, Inframerah tidak dapat melintasi rintangan seperti dinding.
Transmisi Cahaya
Spektrum elektromagnetik tertinggi yang dapat digunakan untuk transmisi data adalah sinyal cahaya atau optik. Hal ini dicapai dengan cara LASER.
Karena penggunaan cahaya frekuensi, ia cenderung bergerak secara ketat dalam garis lurus. Oleh karena itu, pengirim dan penerima harus berada dalam garis pandang. Karena transmisi laser searah, pada kedua ujung komunikasi laser dan detektor foto perlu dipasang. Sinar laser umumnya memiliki lebar 1mm sehingga merupakan pekerjaan presisi untuk menyelaraskan dua reseptor jauh yang masing-masing menunjuk ke sumber laser.
Transmisi Cahaya
Laser bekerja sebagai Tx (pemancar) dan foto-detektor bekerja sebagai Rx (penerima).
Laser tidak dapat menembus rintangan seperti tembok, hujan, dan kabut tebal. Selain itu, sinar laser terdistorsi oleh angin, suhu atmosfer, atau variasi suhu di jalur.
Laser aman untuk transmisi data karena sangat sulit untuk menyadap laser selebar 1mm tanpa mengganggu saluran komunikasi.