Lapisan Fisik & Cabling
Pertemuan 3
Referensi Utama: Forouzan — Data Communications and Networking
Dosen Pengampu:
Rajif Agung Yunmar, S.Kom., M.Cs.
I Wayan Wiprayoga Wisesa, S.Kom., M.Kom.
Hartanto Tantriawan, S.Kom., M.Kom.
Ilham Firman Ashari, S.Kom., M.T.
Outline Materi (100 Menit)
Teori
- Konsep Sinyal: Analog vs Digital
- Gangguan Transmisi (Impairment)
- Guided Media: Twisted Pair, Coaxial, Fiber Optik
- Unguided Media: Radio, Microwave, Infrared, Satelit
Praktikum & Tugas
- Crimping Kabel UTP (Straight & Cross)
- Pengujian dengan LAN Tester
- Tugas Individu — Analitik tertulis
1. Konsep Sinyal & Transmisi
Data vs Sinyal
- Data: Entitas yang mengandung informasi (teks, gambar, video). Komputer menyimpannya sebagai bit 0 dan 1.
- Sinyal: Representasi elektrik/elektromagnetik dari data, agar bisa merambat secara fisik melalui kabel atau udara.
💡 Kabel LAN tidak memindahkan file video secara langsung. Kabel LAN memindahkan voltase listrik yang merepresentasikan setiap bit dari file tersebut.
Sistem transmisi dasar
Sinyal Analog
- Intensitas (voltase) berubah secara kontinu dan mulus seiring waktu — tidak ada lompatan mendadak.
- Digambarkan sebagai gelombang sinus yang meliuk-liuk.
- Tiga parameter utama: Amplitudo (kekuatan), Frekuensi (kecepatan gelombang), Phase (posisi awal gelombang).
Contoh nyata: Suara manusia yang merambat di udara, siaran radio FM, sinyal telepon kabel generasi lama.
Gelombang analog — kontinu & mulus
Sinyal Digital & Modulasi
- Hanya memiliki nilai diskrit yang terbatas — biasanya dua level: tinggi dan rendah.
- Bentuk gelombang: persegi (kotak-kotak, patah tajam).
- Disukai komputer karena representasi biner langsung:
• +5 Volt = bit 1
• 0 Volt = bit 0
- Proses menumpangkan data digital ke atas sinyal analog pembawa (carrier signal).
- Diperlukan agar sinyal bisa dikirim jarak jauh (4G, satelit, ADSL).
- Alat yang melakukan modulasi (digital→analog) dan demodulasi (analog→digital) disebut Modem.
2. Gangguan Transmisi (Impairment)
Tiga Jenis Gangguan Transmisi
Sinyal yang dikirim dari titik A tidak pernah tiba 100% identik di titik B. Selalu ada degradasi akibat tiga faktor:
- Attenuation (Redaman) — sinyal kehilangan energi dan melemah.
- Distortion (Distorsi) — bentuk sinyal berubah dari aslinya.
- Noise (Kebisingan) — sinyal liar tak diinginkan bercampur.
Tiga gangguan pada saluran transmisi
Attenuation & Distortion
- Kehilangan energi — sinyal melemah seiring bertambahnya jarak.
- Terjadi karena resistansi kabel mengubah energi listrik menjadi panas.
- Diukur dalam satuan Decibel (dB).
- Solusi: Repeater atau Amplifier dipasang di tengah jalur untuk memperkuat sinyal.
⚠️ Kabel UTP standar hanya efektif hingga 100 meter. Lebih dari itu butuh repeater!
- Perubahan bentuk sinyal dari aslinya — bukan sekadar melemah.
- Terjadi paling sering pada sinyal komposit (gabungan banyak frekuensi).
- Setiap komponen frekuensi merambat dengan kecepatan sedikit berbeda di dalam medium.
- Akibatnya, komponen-komponen tersebut tiba di tujuan pada waktu yang tidak serentak (bergeser).
Noise (Kebisingan / Gangguan)
Sinyal tambahan liar yang tidak diinginkan, bercampur dengan sinyal asli sehingga mengubah isi informasi.
Tiga jenis noise paling umum:
- Crosstalk: Efek induksi elektromagnetik dari kabel lain yang berdekatan. Penyebab utama ini yang membuat kabel UTP dipilin — untuk membatalkan efek crosstalk.
- Thermal Noise: Pergerakan acak elektron dalam konduktor akibat suhu ruangan. Tidak bisa dihilangkan sepenuhnya.
- EMI (Electromagnetic Interference): Gangguan dari sumber eksternal seperti motor listrik, microwave oven, atau petir.
Noise mencemari sinyal di saluran transmisi
💡 SNR (Signal-to-Noise Ratio) = rasio kekuatan sinyal vs noise. Makin tinggi SNR, makin bersih sinyal.
3. Media Transmisi
Jalan Raya Bagi Sinyal
Guided vs Unguided Media
- Guided Media (Kabel): Sinyal "dipandu" di dalam medium padat dari ujung ke ujung.
Contoh: Twisted Pair, Coaxial, Fiber Optik. - Unguided Media (Nirkabel): Gelombang elektromagnetik merambat bebas di udara atau ruang hampa tanpa panduan fisik.
Contoh: Wi-Fi, BTS Seluler, Satelit.
Klasifikasi media transmisi
Guided 1: Twisted-Pair Cable — Konsep
- Terdiri dari dua konduktor tembaga, masing-masing dibungkus isolator plastik, lalu dipilin (di-twist) bersama.
- Mengapa harus dipilin?
Pilinan menciptakan medan magnet yang saling berlawanan pada kedua kawat. Saat noise EMI datang, efeknya terbatalkan secara alami (differential signaling). - Semakin rapat pilinan per meter → semakin kebal terhadap EMI, tapi semakin mahal.
💡 Inilah alasan kenapa ketika Anda buka kabel LAN, isi dalamnya selalu berpilin — bukan karena estetika!
Penampang UTP (atas) & STP (bawah)
Guided 1: UTP vs STP
- Tidak memiliki pelindung logam tambahan — hanya pilinan kawat.
- Paling murah dan lentur — mudah dipasang di berbagai sudut gedung.
- Standar de-facto jaringan LAN di seluruh dunia (rumah, kantor, kampus).
- Rentan terhadap EMI di lingkungan industri berat.
- Memiliki lapisan metal braid / aluminium foil tambahan yang membungkus keempat pasang kawat.
- Memberikan kekebalan ekstra terhadap EMI yang ekstrem.
- Digunakan di lingkungan industri, pabrik, atau area dekat tiang listrik tegangan tinggi.
- Lebih mahal, lebih kaku, dan memerlukan ground yang benar agar efektif.
UTP (atas) vs STP (bawah)
Kategori Kabel UTP
| Kategori | Max Bandwidth | Max Data Rate | Penggunaan |
|---|---|---|---|
| Cat 3 | 16 MHz | 10 Mbps | Telepon analog, LAN 10Base-T (usang) |
| Cat 5 | 100 MHz | 100 Mbps | Fast Ethernet (usang) |
| Cat 5e | 100 MHz | 1 Gbps | Standar LAN rumah / kantor kecil. Maks 100m. |
| Cat 6 | 250 MHz | 10 Gbps (55m) | LAN perkantoran modern. Ada spline plastik di tengah. |
| Cat 6a | 500 MHz | 10 Gbps (100m) | Data Center / Backbone LAN. Lebih tebal & berat. |
| Cat 7 | 600 MHz | 10 Gbps+ | High-density Data Center (menggunakan konektor GG45). |
💡 Cat 5e adalah pilihan paling ekonomis untuk jaringan rumah/kantor. Cat 6 untuk performa lebih tinggi dengan anggaran sedang.
Konektor RJ45 & Susunan Warna 568-B
RJ45 (Registered Jack 45) adalah konektor plastik transparan dengan 8 pin tembaga yang menjadi standar kabel UTP.
Susunan warna TIA/EIA 568-B (paling populer di Indonesia):
Pin 1→8, klip RJ45 menghadap ke bawah:
- Putih-Oranye
- Oranye
- Putih-Hijau
- Biru
- Putih-Biru
- Hijau
- Putih-Coklat
- Coklat
⚠️ Ingat: pasangan Hijau dipisahkan oleh pasangan Biru (pin 3 & 6 tidak bersebelahan). Ini yang sering salah!
Konektor RJ45 (8 pin tembaga)
Jack RJ45 pada keystone panel
Guided 2: Coaxial Cable — Struktur
Kabel koaksial memiliki konstruksi berlapis yang menjadikannya sangat tahan noise:
- Centre Core — kawat tembaga solid sebagai penghantar sinyal utama.
- Dielectric Insulator — isolator plastik tebal memisahkan inti dari shield.
- Metallic Shield (outer conductor) — jaring anyaman logam atau foil aluminium yang berfungsi sebagai pelindung EMI sekaligus penghantar balik.
- Plastic Jacket — pembungkus luar untuk proteksi fisik.
Penampang kabel koaksial
Fisik kabel koaksial yang dikupas
Guided 2: Coaxial Cable — Karakteristik & Penggunaan
- Frekuensi kerja: 100 kHz – 500 MHz (jauh lebih tinggi dari UTP).
- Bandwidth besar — cocok untuk sinyal video frekuensi tinggi.
- Konstruksi kaku — tidak mudah ditekuk berkali-kali.
- Konektor: BNC (Bayonet Neill–Concelman) — twist-lock, tidak mudah lepas.
- 📺 TV Kabel (FirstMedia, MNC Play, dll) — distribusi sinyal analog/digital dari head-end ke rumah.
- 📷 CCTV Analog — kabel RG-59 / RG-6 menghubungkan kamera ke DVR.
- 🔌 LAN 10Base2 / 10Base5 (Thin/Thick Ethernet) — teknologi jaringan lawas tahun 1980–1990-an.
- 📡 Antena TV/Radio — menghubungkan antena atap ke TV.
Guided 3: Fiber Optik — Prinsip & Struktur
Fiber optik menghantarkan pulsa cahaya (bukan arus listrik) melalui inti kaca/plastik silika berkualitas tinggi.
Prinsip kerja: Total Internal Reflection
Cahaya yang masuk ke inti fiber akan dipantulkan bolak-balik di dinding kaca secara terus-menerus, tidak bocor keluar, hingga mencapai tujuan.
Lapisan struktur fiber:
- Core — inti kaca ultra-jernih, tempat cahaya merambat.
- Cladding — lapisan kaca dengan indeks refraksi lebih rendah, memantulkan cahaya ke dalam core.
- Coating — pelindung plastik tipis dari goresan.
- Strength Member & Outer Jacket — proteksi mekanis.
Struktur kabel fiber optik
Guided 3: Fiber Optik — Jenis & Keunggulan
- Single-mode (SMF): Inti sangat kecil (~8 µm). Cahaya merambat lurus tanpa pantulan. Jarak sangat jauh (puluhan–ratusan km). Dipakai untuk backbone internet & backbone antar kota.
- Multi-mode (MMF): Inti lebih besar (~50–62.5 µm). Cahaya merambat dalam banyak jalur (mode). Jarak lebih pendek (maks ~500m). Dipakai di data center & LAN gedung.
Single-mode (atas) vs Multi-mode (bawah)
- 🚀 Bandwidth Masif: Ratusan Gbps hingga Terabit/s. Tulang punggung internet global di bawah laut.
- 📏 Redaman Sangat Kecil: Kabel tembaga perlu repeater setiap 100m. Fiber optik bisa jalan puluhan km tanpa repeater.
- 🛡️ Kebal EMI 100%: Tidak pakai listrik → tidak tersambar petir, tidak terganggu mesin pabrik.
- 🔒 Aman dari Penyadapan: Tidak memancarkan gelombang elektromagnetik ke luar — mustahil disadap secara pasif.
- ⚖️ Lebih Ringan & Kecil: Satu kabel fiber bisa menggantikan ribuan kabel tembaga.
4. Unguided Media (Nirkabel)
Gelombang elektromagnetik merambat bebas tanpa panduan fisik
Empat Jenis Unguided Media
Gelombang Radio
3 Hz – 1 GHz
Omnidirectional
Tembus tembok
FM, AM, Bluetooth
Gelombang Mikro
1 – 300 GHz
Unidirectional
Line-of-Sight
BTS, Wi-Fi, Backhaul
Infrared
300 GHz – 400 THz
Jarak < 1 m
Tidak tembus dinding
Remote TV, IrDA
Satelit
Jangkauan global
Latensi tinggi (GEO)
Area terpencil
GPS, Starlink, VSAT
🔑 Semakin tinggi frekuensi → bandwidth lebih besar, tapi jangkauan lebih pendek dan semakin mudah terhalang benda padat.
Gelombang Radio — Karakteristik
- Frekuensi: 3 Hz – 1 GHz. Mencakup sub-band: ELF, VLF, LF, MF (AM), HF, VHF, UHF.
- Arah Rambat: Omnidirectional — menyebar ke semua arah seperti cahaya bola lampu. Tidak butuh pengarahan antena.
- Penetrasi: Mampu menembus tembok beton, hujan, dan bukit kecil.
- Panjang Gelombang: Panjang (meter hingga kilometer), sehingga tidak mudah diserap objek kecil.
⚠️ Karena omnidirectional, sinyal radio mudah tersadap dan rentan terhadap interferensi antar pemancar di frekuensi sama. Regulasi frekuensi oleh pemerintah diperlukan.
Transmisi gelombang radio AM/FM
Gelombang Radio — Contoh Perangkat
Perangkat Penyiaran (Broadcasting)
- 📡 Menara Pemancar AM/FM — siaran radio ke jutaan pendengar sekaligus.
- 📺 Pemancar TV Analog/Digital (VHF/UHF) — siaran televisi terrestrial.
- 🚁 Radio Komunikasi Penerbangan — ATC (Air Traffic Control) menggunakan band VHF 118–137 MHz.
- 🚒 HT (Handy Talky) — komunikasi darurat polisi, pemadam kebakaran.
Perangkat Jaringan Pendek
- 🔵 Bluetooth (2.4 GHz, ISM band) — headset, speaker, transfer file jarak pendek (< 10m standar).
- 🌐 Zigbee & Z-Wave (868 MHz / 2.4 GHz) — otomasi rumah (smart home), sensor IoT.
- 🎮 RF Remote — remote TV/AC generasi baru yang tidak butuh LoS seperti infrared.
Gelombang Mikro — Karakteristik
- Frekuensi: 1 GHz – 300 GHz. Termasuk sub-band S, C, X, Ku, Ka.
- Arah Rambat: Unidirectional — terfokus seperti sinar laser. Antena parabola digunakan untuk memfokuskan sinyal.
- Syarat Line-of-Sight (LoS): Antena pengirim dan penerima harus bisa saling melihat — tidak boleh ada halangan gunung, gedung tinggi, atau pohon besar.
- Panjang Gelombang: Pendek (mm – cm). Mudah terserap oleh hujan lebat (Rain Fade).
⚠️ Karena memerlukan LoS, tower BTS harus ditempatkan di titik-titik tinggi dengan radius yang cermat — itulah alasan tower BTS sering di bukit atau atap gedung tinggi.
Perangkat microwave: BTS, WiFi, backhaul
Gelombang Mikro — Contoh Perangkat
Komunikasi Seluler & LAN
- 🗼 BTS (Base Transceiver Station) — menara seluler 4G LTE / 5G NR. Menggunakan band 700 MHz – 26 GHz.
- 📶 Wi-Fi Router (2.4 GHz & 5 GHz) — jaringan nirkabel lokal di rumah/kantor/kampus.
- 🔷 WiMAX (2.3–3.5 GHz) — broadband nirkabel jarak menengah (beberapa km).
Backhaul & Point-to-Point
- 📡 Antena Microwave Backhaul — menghubungkan BTS ke jaringan inti. Dua antena parabola saling berhadapan antar gedung (jarak 1–50 km).
- 🏢 LMDS/MMDS — distribusi internet broadband ke kawasan perumahan tanpa kabel.
- 🌧️ Radar Cuaca & Pesawat — menggunakan band X/C untuk deteksi presipitasi.
Infrared — Karakteristik
- Frekuensi: 300 GHz – 400 THz. Tepat di bawah cahaya tampak pada spektrum elektromagnetik.
- Arah Rambat: Sangat terfokus — berperilaku seperti cahaya biasa.
- Jangkauan: Sangat pendek, efektif hanya beberapa sentimeter hingga ~1 meter.
- Tidak bisa menembus dinding — diblokir oleh material padat apa pun.
- Butuh LoS ketat — pengirim dan penerima harus bertatapan langsung.
- Interferensi matahari: Cahaya matahari mengandung infrared yang dapat mengganggu sinyal.
Perangkat berbasis infrared
Infrared — Contoh Perangkat
Kendali Jarak Dekat
- 📺 Remote Control TV / AC / Proyektor — pengguna paling umum. Menggunakan LED infrared yang memancarkan kode pulsa.
- 🔦 Remote Kamera DSLR — trigger shutter tanpa menyentuh kamera untuk foto long-exposure.
- 🎮 Nintendo Wii Sensor Bar — dua titik infrared yang dilacak oleh Wiimote.
Transfer Data & Deteksi
- 💻 IrDA (Infrared Data Association) — port transfer data di laptop/HP era 1990–2000-an. Kecepatan hingga 16 Mbps (Fast-IR).
- 🔒 Sensor Gerak PIR (Passive IR) — mendeteksi panas tubuh manusia. Digunakan di alarm keamanan dan lampu otomatis.
- 🛒 Barcode Scanner — beberapa model menggunakan LED IR.
Komunikasi Satelit — Orbit & Latensi
| Orbit | Ketinggian | Latensi | Contoh |
|---|---|---|---|
| GEO Geostationary |
~35.786 km | ~500–700 ms | Viasat, HughesNet, TV Parabola |
| MEO Medium Earth |
2.000–20.000 km | ~100–250 ms | GPS (20.200 km), Galileo, Glonass |
| LEO Low Earth |
200–2.000 km | ~20–40 ms | Starlink (~550 km), OneWeb, Iridium |
💡 GEO stasioner terhadap bumi — cocok untuk TV broadcast. LEO bergerak cepat — butuh banyak satelit (konstelasi) tapi latensi sangat rendah.
Sistem komunikasi satelit (uplink–downlink)
Komunikasi Satelit — Layanan & Perangkat
Internet & Data
- 🛰️ Starlink (SpaceX) — internet via LEO, tersedia di Indonesia. Latensi ~20-40ms, kecepatan ~100-400 Mbps.
- ☁️ VSAT (Very Small Aperture Terminal) — internet satelit GEO untuk kapal laut, rig minyak, desa terpencil. Antena kecil ~1.2m.
- 📱 Direct-to-Cell (Starlink / AST) — koneksi langsung ke smartphone biasa tanpa SIM khusus.
Navigasi & Penyiaran
- 🗺️ GPS (Global Positioning System) — 31 satelit MEO milik AS. Akurasi sipil ~3-5 meter. Digunakan di smartphone, kendaraan, survei.
- 📡 TV Satelit — Telkom-4 / MEASAT / Intelsat (GEO). Dish parabola menangkap siaran langsung dari orbit.
- 🌦️ Satelit Cuaca — BMKG menggunakan data dari satelit GEO untuk prakiraan cuaca nasional.
Perbandingan Keempat Unguided Media
| Jenis | Frekuensi | Arah | Jangkauan | Contoh Aplikasi |
|---|---|---|---|---|
| Gelombang Radio | 3 Hz – 1 GHz | Omnidirectional | Puluhan – ratusan km | AM/FM Radio, Bluetooth, TV Analog, HT |
| Gelombang Mikro | 1 – 300 GHz | Unidirectional (LoS) | Beberapa – puluhan km | Wi-Fi, BTS 4G/5G, Radar, Backhaul |
| Infrared | 300 GHz – 400 THz | Terfokus (LoS ketat) | < 1 meter | Remote TV/AC, IrDA, Sensor PIR |
| Satelit | 1 – 40 GHz (µwave) | Global (downlink luas) | Seluruh bumi | GPS, Starlink, VSAT, TV Parabola |
📌 Infrared dan Radio adalah dua ekstrem yang berlawanan: infrared paling terbatas secara jangkauan, radio paling luas — tapi radio juga paling tidak aman dari penyadapan.
5. Praktikum: Membuat Kabel LAN (UTP)
Crimping RJ45 — sesi hands-on
Crimping UTP: Alat & Langkah-langkah
- 🔵 Kabel UTP Cat 5e / Cat 6
- 🟡 Konektor RJ45 (8 pin tembaga)
- 🔧 Tang Crimping — memotong, mengupas, dan menekan pin
- 🔴 LAN Tester — unit utama + unit remote
- Kupas jaket luar ~3 cm menggunakan pisau bundar crimper.
- Urai keempat pasang kabel, luruskan tiap urat.
- Susun 8 urat sesuai urutan warna standar (568-B).
- Potong rata ujungnya hingga panjang ~1.2 cm.
- Masukkan ke RJ45 hingga mentok, lalu tekan (crimp) kuat.
- Uji dengan LAN Tester.
Straight-Through (568-B | 568-B)
Crossover (568-B | 568-A)
Straight vs Crossover & Pengujian
Kedua ujung menggunakan susunan 568-B identik. Digunakan untuk menghubungkan perangkat beda level:
- PC / Laptop → Switch / Hub
- PC / Laptop → Router (port LAN)
- Switch → Router
Ujung A = 568-B, Ujung B = 568-A. Digunakan untuk perangkat selevel:
- PC → PC (langsung)
- Switch → Switch
- Router → Router
- ✅ Straight Berhasil: LED 1–8 di kedua unit menyala berurutan serentak (1↔1, 2↔2, ... 8↔8).
- ✅ Crossover Berhasil: Unit utama 1,2,3,4,5,6,7,8 — unit remote menyala dengan urutan 3,6,1,4,5,2,7,8.
- ❌ Gagal: Ada LED yang mati atau tidak sesuai urutan → urat putus atau pin kurang ditekan. Potong dan ulangi!
💡 Auto-MDIX: Switch/NIC modern bisa mendeteksi dan menukar Tx/Rx secara otomatis, sehingga kabel straight pun bisa untuk koneksi PC-PC. Namun secara akademis, Anda tetap wajib bisa membuat crossover!
📝 Tugas Individu — Pertemuan 3
Dikerjakan secara analitik dan tertulis tangan di kertas folio
1. Sebuah perusahaan manufaktur di kawasan industri Lampung ingin menghubungkan 3 gedung yang terpisah sejauh 200 meter satu sama lain. Di sekitar area tersebut terdapat banyak mesin las dan generator listrik besar. Analisislah: jenis media transmisi apa yang paling tepat dipilih, dan jelaskan alasan teknis Anda berdasarkan karakteristik masing-masing media (minimal 3 media dibandingkan).
2. Seorang teknisi memasang kabel UTP Cat 6 sepanjang 95 meter dan mengeluhkan bahwa koneksi sering terputus meski LAN Tester menunjukkan hasil "berhasil". Berdasarkan konsep attenuation, distortion, dan noise, identifikasi kemungkinan penyebab masalah tersebut dan berikan solusi teknisnya.
3. Di era Starlink dan 5G, apakah menurut Anda kabel fiber optik masih relevan sebagai tulang punggung internet global? Argumentasikan posisi Anda dengan membandingkan ketiga aspek: biaya infrastruktur, kapasitas bandwidth, dan keamanan data.
Tulis tangan di kertas folio
Foto, kirim ke e-learning
Deadline: sebelum pertemuan 4
Individual — bukan kelompok
Rangkuman Pertemuan 3
Konsep Sinyal & Gangguan
- Physical Layer mengubah bit menjadi Sinyal (Analog/Digital).
- Tiga gangguan utama: Atenuasi, Distorsi, Noise.
Guided Media
- Twisted Pair (UTP/STP) — LAN standar, kebal EMI lewat pilinan.
- Coaxial — TV Kabel, CCTV, bandwidth tinggi.
- Fiber Optik — tercepat, terjauh, kebal EMI 100%.
Unguided Media
- Radio (omni, tembus tembok) — FM, Bluetooth.
- Microwave (uni, LoS) — BTS, Wi-Fi, Backhaul.
- Infrared (sangat pendek) — Remote, IrDA, PIR.
- Satelit (global) — GPS, Starlink, TV Parabola.
Praktikum
- Straight-Through: beda level (PC–Switch).
- Crossover: selevel (PC–PC, Switch–Switch).
Tanya Jawab & Praktikum
Silakan nyalakan alat, siapkan kabel, dan selamat berlatih!