Bab ini dimulai dengan fungsi umum dari lapisan fisik dan standar serta protokol yang mengatur transmisi data melalui media lokal. Ini juga memperkenalkan fungsi lapisan data link dan protokol yang terkait dengannya.

A. Physical Layer Protocols

Physical Layer Connection

1) Types of Connections

Sebelum komunikasi jaringan dapat terjadi, koneksi fisik ke jaringan lokal harus dibuat. Koneksi fisik dapat berupa koneksi kabel menggunakan kabel atau koneksi nirkabel menggunakan gelombang radio.

Jenis koneksi fisik yang digunakan tergantung pada pengaturan jaringan. Misal, di banyak perusahaan karyawan memiliki dekstop/laptop yang secara fisik terhubung melalui kabel. Jenis ini disebut jaringan kabel.

Selain kabel banyak bisnis yang menawarkan koneksi nirkabel. Untuk menawarkan kapabilitas nirkabel, perangkat pada jaringan nirkabel harus terhubung ke wireless access point (AP).

2) Network Interface Cards

Ethernet NIC digunakan untuk koneksi kabel, sedangkan NIC WLAN digunakan untuk nirkabel. Perangkat seperti tablet, smartphone mungkin hanya berisi WLAN NIC dan harus menggunakan koneksi nirkabel. Misal, perangkat nirkabel mengalami penurunan peforma berdasarkan jaraknya dari titik akses nirkabel. Semakin jauh perangkat semakin lemah sinyal nirkabel yang diterimanya.

Semua perangkat nirkabel harus berbagi akses ke gelombang udara yang terhubung ke titik akses nirkabel. Ini berarti kinerja jaringan yang lambat dapat terjadi karena banyak perangkat nirkabel mengakses jaringan secara bersamaan.

Perangkat berkabel tidak perlu membagikan aksesnya ke jaringan dengan perangkat lain. Setiap perangkat kabel memiliki saluran komunikasi terpisah melalui kabel ethernet-nya.

Purpose Of The Physical Layer

1) The Physical Layer

Proses yang dialami dari data dari node data ke node tujuan adalah :

Data pengguna di segmentasi oleh lapisan transport, ditempatkan ke dalam paket-paket oleh lapisan jaringan, dan selanjutnya di enkapsulasi menjadi frame oleh data link layer.
Physical layer mengkodekan frame dan menciptakan sinyal gelombang listrik, optik, atau radio yang mewakili bit di setiap frame.
Sinyal-sinyal inimkemudian dikirim ke media satu per satu.
Physical layer node tujuan mengambil sinyal individu ini dari media, mengembalikannya ke representasi bit mereka, dan meneruskan bit ke data link layer sebagai frame lengkap.

2) Physical Layer Media

Ada tiga bentuk dasar media jaringan. Physical layer menghasilkan representasi dan pengelompokan bit untuk setiap jenis media sebagai :

Copper : Sinyal adalah pola pulsa listrik
Fiber-Optic cable : Sinyal adalah pola cahaya
Wireless : Sinyal adalah pola transmisi gelombang mikro

Untuk mengaktifkan interoperabilitas physical layer, semua aspek dari fungsi ini diatur oleh organisasi standar.

3) Physical Layer Standards

Ada banyak organisasi intenasional dan nasional yang berbeda, organisasi pemerintah yang mengatur, dan perusahaan swasta yang terlinat dalam menetapkan dan memelihara standar physical layer. Misalnya, standar perangkat keras physical layer, media, pengkodean, dan persinyalan ditentukan dan diatur oleh :

International Organization for Standarization
Telecommunications Industry Association/Electronic Industries Association (TIA/IEA)
International Telecommunication Union (ITU)
American National Standards Institute (ANSI)
Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
Otoritas telekomunikasi nasional termasuk Federal Communication Comission (FCC) di AS dan European Telecommunication Standards Institute (ETSI)
Selain itu, sering kali ada grup standar kabel regional seperti CSA (Canadian Standards Association), CENELEC (European Comitte for Electrotechnical Standarization), dan JSA/JIS (Japanese Standards Assocination) yang mengembangkan spesifikasi lokal.

Physical Layer Characteristics

1) Functions

Standar lapisan fisik membahas tiga bidang fungsional :

Physical Components adalah perangkat keras elektronik, media, dan konektor yang mengirimkan dan membawa sinyal untuk mewakili bit.
Encoding atau line encoding adalah metode untuk mengubah aliran but data menjadi "kode" yang telah ditentukan. Kode adalah pengelompokan bit yang digunkana untuk memberikan pola yang dapat diprediksi yang dapat dikenali oleh pengirim dan penerima.
Signaling lapisan fisik harus menghasilkan sinyal listrik, optik, atau nirkabel yang mewakili angka "1" dan "0" di media. Metode yag mempresentasikan bit disebut metode pesinyalan. Metode umum untuk mengirim data menggunakan teknik modulasi.

2) Bandwidth

Bandwidth adalah kapasitas suatu media untuk membawa data. Bandwidth biasanya diukur dalam kilobit per detik (kb/s), megabit per detik (Mb/s), atau gigabit per detik (Gb/s).Bnadwidth terkadang dianggap sebagai kecepatan bit berjalan, namun ini tidak akurat.

Kombinasi berbagai faktor menentukan bandwidth prakts jaringan :

Properti media fisik
Teknologi yang dipilih untuk memberi sinyal dan mendeteksi sinyal jaringan
Sifat media fisik, teknologi saat ini, dan hukum fisika semuanya berperan dalam menentukan bandwidth yang tersedia

3) Throughput

Throughput adalah ukuran transfer bit melintasi media selama periode waktu tertentu. Banyak faktor yang mepengaruhi throughput, termasuk :

Jumlah lalu lintas
Jenis lalu lintas
Latensi yang dibuat oleh jumlah perangkat jaringan yang ditemukan antara sumber dan tujuan
Latensi mengacu pada jumlah waktu, untuk menyertakan penundaan, untuk data berpindah dari satu titik ke titik lainnya.

Di internetwork atau jaringan dengan banyak segmen, throughput tidak bisa lebih cepat daripada link paling lambat di jalur dari sumber tujuan. Meskipun semua atau sebagian besar segmen memiliki bandwidth tinggi, ini hanya akan mengambil satu segmen di jalur throughput rendah untuk membuat hambatan ke throughput seluruh jaringan.

Ada pengukuran ketiga untuk menilai transfer data yang dapat digunakan yang dikenal sebagai goodput. Goodput adalah ukuran data yang dapat digunakan yang ditransfer selama periode waktu tertentu. Goodput juga adalah ukuran throughput yang dikurangi overhead lalu lintas untuk membuat sesi, ucapan terima kasih dan enkapsulasi.

4) Types of Physical Media

Physical layer menghasilkan represintasi dan pengelompokan bit sebagai tegangan, frekuensi radio, atau pulsa cahaya. Berbagai organisasi standar telah berkontribusi pada definisi sifat fisik, listrik, dan mekanik dari media yang tersedia untuk komunikasi data yang berbeda.

Sebagai contoh, standar untuk copper ditetapkan untuk :

Jenis dari copper cable yang digunakan
Bandwidth komunikasi
Jenis konektor yang digunakan
Pinout dan kode warna koneksi ke media
Jarak maksimum media

B. Network Media

Copper Cabling

1) Characteristics of Copper Cabling

Copper dibatasi oleh jarak dan gangguan sinyal. Data ditransmisikan pada copper cable sebagai pulsa listrik. Detektor di antarmuka jaringan perangkat tujuan harus menerima sinyal yang dapat berhasil diterjemahkan agar cocok dengan sinyal yang dikirim. Namun, semakin lama sinyal berjalan, semakin memburuk. Ini disebut sebagai pelemahan sinyal.

Nilai waktu dan tegangan pulsa listrik juga rentan terhadap gangguan dari sumber :

Electromagnetic interference (EMI) atau radio frequency interference (RFI) - Sinyal EMI dan RFI dapat mendistorsi dan merusak sinyal data yang dibawa oleh copper.
Crosstalk - adalah gangguan yang disebabkan oleh medan listrik atau magnet dari suatu sinyal pada satu kabel ke sinyal di kabel yang berdekatan.

Untuk mengatasi efek negatif dari EMI dan RFI, beberapa jenis copper cable dibungkus dengan pelindung logam dan memerlukan koneksi arde yang tepat. Untuk mengatasi efek negatif crosstalk, beberapa jenis copper cable memiliki pasangan kabel sirkuit berlawanan yang dipilin bersama, yang secara efektif membatalkan crosstalk.

Kerentanan copper cable terhadap derau elektronik juga dapat dibatasi oleh :

Memilih jenis atau kategori yang paling sesuai dengan lingkungan jaringan tertentu
Merancang infrakstruktur kabel untuk menghindari sumber gangguan yang diketahui dan potensial dala struktur bangunan
Menggunakan tenik pemasangan kabel yang mencakup penanganan dan penghentian kabel yang benar

2) Copper Media

Ada tiga jenis copper yang digunakan dalam jaringan :

Unshielded Twisted-Pair (UTP) cable
Shielded Twisted-Pair (STP)
Coaxial cable

Kabel ini digunakan untuk menghubungkan node pada LAN dan perangkat seperti sakelar, router, dan titik akses nirkabel. Standar fisik yang berbeda menentukan konektor yang berbeda. Standar ini menentukan dimensi mekanis konektor dan sifat kelistrikan yang dapat diterima dari setiap jenis.

3) Unshielded Twisted-Pair Cable

Kabel UTP, diakhiri dengan konektor RJ-45, digunakan untuk menghubungkan host jaringan dengan perangkat jaringan perantara, seperti sakelar dan router. UTP terdiri dari empat pasang kabel berkode warna yang telah dipilin menjadi satu, kemudian dibungkus dalam selubung plastik fleksibel yang melindungi dari kerusakan fisik ringan.

4) Shielded Twisted-Pair Cable

STP memberikan perlindungan kebisingan yang lebih baik daripada UTP. Namun, dibandingkan kabel STP jauh lebih mahal dan sulit dipasang. Kebel STP pada gambar menggunakan empat pasang kabel, masing-masing dibungkus dengan pelindung foil, yang kemudian dibungkus dengan foil logam secara keseluruhan.

5) Coaxial Cable

Meskipun kabel UTP pada dasarnya telah menggantikan kabel coaxial dalam instalasi Ethernet modern, desain kabel koaksial digunakan dalam:

Instalasi nirkabel: Kabel coaxial memasang antena ke perangkat nirkabel. Kabel coaxial membawa energi frekuensi radio (RF) antara antena dan peralatan radio.
Instalasi Internet Kabel: Penyedia layanan kabel menyediakan konektivitas Internet kepada pelanggan mereka dengan mengganti bagian kabel koaksial dan elemen amplifikasi pendukung dengan kabel serat optik. Namun, kabel di dalam tempat pelanggan masih berupa kabel coax.

6) Copper Media Safety

Ketiga copper ini rentan terhadap kebakaran dan bahaya listrik. Bahaya kebakaran terjadi karena kabel dan selubung mudah terbakar, atau menghasilkan asap beracun saat dipanaskan atau dibakar. Bahaya listrik merupakan masalah potensial karena copper dapat menghantarkan listrik.

UTP CABLING

1) Properties of UTP Cabling

Kabel UTP tidak menggunakan pelindung untuk melawan efek EMI dan RFI. Sebaliknya, perancang kabel telah menemukan bahwa mereka dapat membatasi efek negatif crosstalk dengan:

Cancellation - Desainer sekarang memasangkan kabel di sirkuit. Karena dua kabel dalam rangkaian listrik ditempatkan berdekatan, medan magnetnya berlawanan satu sama lain.
Memvariasi jumlah lilitan per pasangan kabel - Untuk lebih meningkatkan efek pembatalan kabel sirkuit yang dipasangkan, perangcang memvariasikan jumlah lilitan setiap pasangan kabel pada kabel.

2) UTP Cabling Standards

Kabel UTP sesuai dengan standar yang ditetapkan oleh TIA/EIA. Menetapkan standar kabel komersial untuk instalasi LAN dan standar yang paling umum digunakan dalam lingkungan LAN. Beberapa elemen yang di definisikan adalah :

Jenis kabel
Panjang kabel
Konektor
Pemutusan kabel
Metode pengujian kabel

Karakteristik copper cable ditentukan oleh IEEE. Menilai pemasangan kabel UTP menurut kinerjanya. Kabel ditempatkan ke kategori berdasarkan kemampuannya untuk membawa kecepatan bandwidth yang lebih tinggi. Kabel dalam kategori lebih tinggi dirancang dan dibuat untuk mendukung kecepatan data yang lebih tinggi.

3) UTP Connectors

Kabel UTP biasanya diakhiri dengan konektor RJ-45. Konektor ini digunakan untuk berbagai spesifikasi physical layer, salah satunya adalah ethernet. Setiap kali copper cable diakhiri ada kemungkinan kehilangan sinyal dan masuknya noise ke dalam sirkuit komunikasi. Ketika diakhiri dengan tidak benar, setiap kabel berpotensi menjadi sumber penurunan kinerja physical layer. Semua penghentian copper harus berkualitas tinggi untuk memastikan kinerja optimal dengan teknologi jaringan saat ini dan masa depan.

Fiber-Optic Cabling

1) Properties of Fiber-Optic Cabling

Kabel serat optik mentransmisikan data dalam jarak yang lebih jauh dan pada bandwidth yang lebih tinggi daripada media jaringan lainnya. Fiber optic adalah untaian kaca yang sangat murni, sangat tipis, dan fleksibel, tidak lebih besar dari sehelai rambut manusia. Bit dikodekan pada serat sebagai impuls cahaya. Kabel serat optik bertindak sebagai pemandu gelombang, untuk mengirimkan cahaya diantara kedua ujungnya dengan kehilangan sinyal yang minimal.

2) Fiber Media Design

Meskipun serat optik sangat tipis dan rentan terhadap tikungan tajam, sifat inti dan kelongsong membuatnya sangat kuat. Serat optik tahan lama dan digunakan dalam kondisi lingkungan yang keras di jaringan di seluruh dunia.

3) Types of Fiber Media

Kabel serat optik secara luas diklasifikasikan menjadi dua jenis:

Single-Mode Fiber (SMF): Terdiri dari inti yang sangat kecil dan menggunakan teknologi laser yang mahal untuk mengirimkan satu sinar cahaya.
Multimode Fiber (MMF): Terdiri dari inti yang lebih besar dan menggunakan pemancar LED untuk mengirim pulsa cahaya. Secara khusus, cahaya dari LED memasuki serat multimode pada sudut yang berbeda.

4) Fiber-Optic Connectors

Konektor serat optik mengakhiri ujung serat optik. Berbagai konektor serat tersedia. Pengguna akan memutuskan jenis konektor yang akan digunakan, berdasarkan peralatan mereka.

Wireless Media

1) Properties of Wireless Media

Nirkabel memang memiliki beberapa masalah, termasuk:

Area jangkauan: Teknologi komunikasi data nirkabel bekerja dengan baik di lingkungan terbuka.
Interferensi: Nirkabel rentan terhadap interferensi dan dapat terganggu oleh perangkat umum.
Keamanan: Jangkauan komunikasi nirkabel tidak memerlukan akses ke untaian fisik media. Oleh karena itu, perangkat dan pengguna, yang tidak diizinkan untuk mengakses jaringan, dapat memperoleh akses ke transmisi.
Media bersama: WLAN beroperasi dalam half-duplex, yang berarti hanya satu perangkat yang dapat mengirim atau menerima pada satu waktu. Media nirkabel dibagi di antara semua pengguna nirkabel. Semakin banyak pengguna yang perlu mengakses WLAN secara bersamaan, mengakibatkan semakin sedikit bandwidth untuk setiap pengguna.

C. Data Link Layer Protocols

Purpose of the Data Link Layer

1) The Data Link Layer

Lapisan data link dari model OSI (layer 2), bertanggung jawab untuk :

Mengizinkan lapisan atas mengakses media
Menerima paker layer 3 dan mengemasnya ke dalam bingkai
Mempersiapkan data jaringan untuk jaringan fisik
Mengontrol bagaimana data ditempatkan dan diterima di media
Bertukar frame antar node melalui media jaringan fisik, seperti UTP atau fiber-optic
Menerima dan mengarahkan paket ke protokol lapisan atas
Melakukan deteksi kesalahan

2) Data Link Sublayers

Lapisan data link dibagi menjadi dua sub-lapisan :

Logical Link Control (LLC) - sublapisan atas ini berkomunikasi dengan lapisan jaringan
Media Access Control (MAC) - sublapisan bawah ini mendefinisikan proses akses media yang dilakukan oleh perangkat keras.

LLC berkomunikasi dengan lapisan jaringan sementara sublapisan MAC memungkinkan berbagai teknologi akses jaringan. Sublapisan MAC juga berkomunikasi dengan teknologi nirkabel seperti WI-FI dan Bluetooth untuk mengirim dan menerima frame secara nirkabel.

3) Media Access Control

Protokol lapisan 2 menentukan enkapsulasi paket ke dalam bingkai dan teknik untuk mengaktifkan dan menonaktifkan paket yang di enkapsulasi setiap media. Teknik yang digunakan untuk mengaktifkan dan menonaktifkan frame disebut Media Access Control.

4) Providing Access to Media

Antar muka router merangkum paket ke dalam bingkai yang sesuai, dan metode kontrol akses media yang sesuai digunakan untuk mengakses setiap tautan. Dalam pertukaran paket lapisan jaringan tertentu, mungkin ada banyak lapisan tautan data dan transisi media.

Disetiap lompatan di sepanjang jalur, sebuah router :

Menerima frame dari media
De-enkapsulasi frame
Paket akan diringkas ulang menjadi frame baru
Meneruskan frame baru yang sesuai dengan media segmen jaringan fisik tersebut

D. Media Access Control

Topologies

1) Controlling Access to The Media

Metode kontrol akses media sebenarnya yang digunakan bergantung pada :

Topologi - Bagaimana koneksi antara node muncul ke lapisan data link
Berbagi media - Bagaimana node berbagi media

2) Physical and Logical Topologies

Topologi LAN dan WAN dapat dilihat dengan dua cara :

Topologi fisik - Mengacu pada koneksi fisik dan mengidentifikasi bagaimana perangkat akhir dan perangkat infrakstruktur seperti router, sakelar, dan titik akses nirkabel saling berhubungan. Topologi fisik biasanya point-to-point.
Topologi logis - Mengacu pada jaringan mentransfer frame dari satu node ke node berikutnya. Pengaturan ini terdiri dari koneksi virtual antar node jaringan.

WAN Topologies

1) Common Physical WAN Topologies

WAN biasanya saling berhubungan menggunakan topologi fisik berikut :

Point-to-point - Ini adalah topologi paling sederhana yang terdiri dari tautan permanen antara dua titik akhir.
Hub and spoke - Versi WAN dari topologi star dimana situs pusat menghubungkan situs cabang menggunakan tautan point-to-point.
Mesh - Topologi ini menyediakan ketersediaan tinggi, tetapi mengharuskan setiap sistem akhir saling terhubung ke sistem lain.

3) Physical Point-to-Point Topology

Dalam pengaturan ini, dua node tidak harus dua node tidak harus berbagi media dengan host lain. Selain itu, node tidak harus membuat keputusan tentang apakah frame yang masuk ditujukan untuk itu atau node lain.

LAN Topology

1) PhysicaL LAN Topology

Perangkat akhir dapat dihubungkan menggunanakan physical topology berikut :

Star - perangkat akhir terhubung ke perangkat perantara pusat.
Extended Star - Dalam topology star diperpanjang, sakelar Ethernet tambahan menghubungkan topologi bintang lainnya.
Bus - Semua sistem ujung dirantai satu sama lain dan diakhiri dalam beberapa bentuk di setiap ujungnya.
Ring - End terhubung ke tertangga masing-masing membentuk sebuah cincin.

2) Half and Full Duplex

Komunikasi dupleks mengacu pada arah transmisi data antara dua perangkat. Komunikasi half-duplex membatasi pertukaran data ke satu arah pada satu waktu sementara full-duplex memungkinkan pengiriman dan penerimaan data terjadi secara bersamaan.

Komunikasi half-duplex - kedua perangkat dapat mengirim dan menerima pada media tetapi tidak dapat melakukannya secara bersamaan. Mode half-duplex digunakan dalam topologi bus lama dan dengan hub Ethernet.
Komunikasi full-duplex - kedua perangkat dapat mengirim dan menerima pada media secara bersamaan. Data link layer mengasumsikan bahwa media tersedia untuk transmisi untuk kedua node setiap saat.

3) Media Access Control Methods

Topologi jaringan yang berbagi yang sama dengan banyak node disebut multi-akses. LAN Ethernet dan WLAN adalah contoh jaringan multi-akses. Beberapa jaringan multi-akses memerlukan aturan untuk mengatur bagaimana perangkat berbagi media fisik. Ada dua metode kontrol akses dasar untuk media bersama :

Contention-based access - semua node yang beroperasi dalam half-duplex bersaing untuk menggunakan media, tetapi hanya satu perangkat yang dapat mengirim dalam satu waktu.
Controlled access - setiap node memiliki waktu sendiri untuk menggunakan medianya. Jenis jaringan deterministik ini tidak efisien karena perangkat harus menunggu giliran untuk mengakses medium.

CCNA CHAPTER 4 - NETWORK ACCESS