Jaringan Komputer:Lapis Fisik, Sinkronisasi dan Kompresi

Jenis Sinkronisasi

Pada transmisi data di lapis fisik, selain modulasi diperlukan kemampuan untuk sinkronisasi, yaitu teknik mendapatkan bit di suatu sinyal yang melibatkan masalah waktu pengambilan sampel dari sinyal, format suatu karakter dan format paket

Terdapat 3 jenis teknik sinkronisasi data

Asynchronous
Synchronous
Isochronous

Asynchronous

Karakteristik

Data dikirim karakter demi karakter
Diawali start bit dan diakhiri stop bit
Jarak antar karakter bebas (tidak diatur)
Panjang karakter bisa : 5,6,7,8 bit
Panjang stop bit bisa : 1, 1.5 dan 2 bit
Bisa dibubuhkan pariti genap atau ganjil Contoh : standar RS-232 (port serial di hampir semua komputer)
Umum digunakan untuk kondisi saluran berkualitas sedang

Contoh dalam bit

Asumsi stop bit diabaikan

41h → 010000011011
   = 5 bit → 10000 = 01h (soh)
   = 6 bit → 100000 = 01h (soh)
   = 7 bit → 1000001 = 41h (A)
   = 8 bit → 10000011 = C1h (…)

Stop bit diperhatikan, asumsi 1 bit

41h → 010000011011
   = 5 bit → 0 10000 0
   = 6 bit → 0 100000 1 = 01h (SOH)
   = 7 bit → 0 1000001 1 = 41h (A)
   = 8 bit → 0 10000011 0

Synchronous

Karakteristik

Diawali dan diakhiri dengan karakter flag
Panjang karakter tetap dan berurutan
Tanpa pariti
Menuntut kualitas saluran sangat baik (error minimal, tidak terjadi pergeseran waktu dll)
Sangat efisient (rasio payload tinggi). Contoh : X.25

Contoh dalam bit

Misal format pengirim start-7bit data-pariti genap-2stop bit

01010101011

Isochronous

Karakteristik

Gabungan dari asinkron dan sinkron
Diawali dengan karakter flag
Setiap karakter data diawali dengan start bit dan diakhiri dengan stop bit
Sudah jarang digunakan dikarenakan paling tidak efisien

Teknik Transmisi di Lapis Fisik

Jika masalah pengkodean saluran sudah bisa dianggap selesai, maka urusan selanjutnya adalah bagaimana penerima mendapatkan data yang ditujukan kepadanya dari sinyal yang dikirim
Pada dasarnya lapis fisik harus mampu memisahkan bit-demi-bit yang terkodekan di sinyal yang diterima
Proses ini disebut sinkronisasi bit

Sinkronisasi Bit

Untuk mendapatkan bit yang terdapat pada sinyal yang berubah-ubah dengan cepat, dilakukan teknik sampling sinyal dengan jumlah sample beberapa kali dari laju data.
Semakin banyak jumlah sample, maka akan semakin akurat prediksi bit yang didapat apakah bit ‘0’ atau bit ‘1’ dengan konsep sederhana ‘mayoritas menentukan hasil’, jika mayoritas bit di suatu perioda sampling (sepanjang slot pada laju bit pengirim) cenderung ke bit tertentu, maka dianggap bit tersebut yang diterima.
Pada sistem RS-232, umum dilakukan sampling sebesar 8x, 16x atau 64x dari laju data pengirim

Sinkronisasi Karakter

Setelah mendapatkan bit-bit informasi, maka tugas selanjutnya adalah mendapatkan set bit yang membentuk karakternya.
Tugas ini sangat penting dikarenakan salah memilih posisi bit dalam karakter akan memberikan karakter lain yang berbeda artinya sama sekali

Contoh diterima:

0011000101

Jika dibaca sebagai MSB mulai dari bit paling kiri, maka akan didapatkan karakter ASCII 31h (angka 1)
Jika dibaca sebagai MSB mulai dari bit kedua dari kiri, maka akan didapatkan karakter ASCII 62h (hurup b)

Digunakan karakter SYN sebagai penanda mulainya bit dari suatu karakter

Cara kerjanya relatif sederhana:

Penerima akan mencari (hunting) karakter SYN dalam urutan bit yang diterimanya
Akan dicocokkan 8 bit pertama yang dimulai dari bit ‘0’ (kondisi ini disebut memasuki mode hunting)
Jika cocok, maka 8 bit tersebut ditetapkan sebagai karakter pertama
Jika tidak cocok, maka akan mencari bit ‘0’ berikutnya untuk selanjutnya melakukan hunting lagi

Disediakan 2 atau 3 karakter SYN untuk berjaga-jaga jika terlewat menerima karakter SYN pertama

Contoh 8N2

0001 0101 1010 0001 1010 0010 0000 1001 0000 1011 0000 1000
  1000 1010 1000 1010 1010 0101 0100 1010 0101 001 = 0B 42 =
  VT B

00101111111111111010101010111111111111111111111101111000011
  1111110111000110011001111111

Format asinkron start-data-stop memerlukan penyempurnaan agar tidak salah baca yaitu dengan menambahkan bit pariti sehingga menjadi start-data-pariti-stop

Misal digunakan aturan pariti genap, maka deretan bit menjadi 001011111111011

Don’t send human to do machine job

Tabel ASCII

Sinkronisasi Frame

Setelah mendapatkan karakter-karakter didapat masalah baru, yaitu karakter mana yang merupakan informasi (frame data) dan mana yang merupakan karakter random yang ditambahkan sistem transmisi (pada komunikasi sinkron) atau noise yang kebetulan memenuhi syarat untuk dibaca sebagai suatu karakter (pada komunikasi asinkron)

Pada prinsipnya, suatu deretan karakter yang mengandung informasi diapit oleh karakter-karakter khusus sebagai penanda, karakter tersebut adalah STX sebagai tanda awal frame dan ETX sebagai tanda akhir frame

Mekanisme ini disebut sinkronisasi frame

Terdapat dua jenis sinkronisasi frame:

Untuk data dapat dibaca (teks), mengandung informasi yang hanya terdiri dari karakter-karakter huruf, angka dan karakter lain (umumnya merupakan karakter ASCII 00h s/d 7Fh) → cukup digunakan karakter STX dan EiTX
Untuk data biner, mengandung informasi yang menggunakan semua kombinasi ASCII (data gambar, suara dan data-data lain yang dikodekan dari 00h s/d FFh) → menggunakan karakter DLE STX dan DLE ETX

Format Paket Data

Umumnya data akan dipecah menjadi potongan-potongan dengan panjang tertentu sesuai dengan kemampuan lapis dibawahnya (menjadi payload), kebanyakan sistem paket data membolehkan ukuran payload bervariasi

Potongan tersebut akan diberi Header sesuai dengan fungsi lapis dibawahnya tersebut, dan ada lapis yang juga menambahkanTail di belakang data tersebut

Kompresi

Lossless

Teknik kompresi yang hasilnya bisa dikembalikan utuh (≈100%) seperti aslinya
Teknik umum adalah korelasi dan dependensi antar data (statistik)
Rasio kompresi umumnya relatif kecil (1:2 sd 1:10) demi mengejar kecepatan kompresi dan dekompresi
Digunakan untuk kompresi data (text dan binary)

Lossy

Teknik kompresi yang akan menurunkan/menghilangkan kualitas data (hasil dekompresi << 100%)
Teknik umum menggunakan algoritma DSP
Rasio kompresi besar
Digunakan untuk gambar, suara, dan video

Tujuan dari sistem komunikasi data adalah ingin mengirimkan data secara benar dan (kalau bisa) sesedikit mungkin.

Teknik-teknik yang dikenal untuk bisa mengirim sesedikit mungkin (kompresi) adalah:

Menggunakan modulasi yang seefisien mungkin → pendekatan yang sulit, dibatasi kemampuan riset
Menggunakan kode-kode pengganti karakter → terbatas untuk data teks atau apapun yang kombinasi simbolnya sedikit dan terdapat banyak pengulangan, memerlukan tabel pengganti simbol yang sama di sisi kirim dan sisi terima
Menggunakan kemampuan manipulasi matematik digital → pendekatan yang meminta kemampuan komputasi
Kombinasi antara ketiganya, dll.

Kompresi lossless

Subtitusi:

yang = @,
dan = %,
kan = &,
kita = ^

Sesuatu yang kita inginkan dan yang kita dambakan → sesuatu @ ^ ingin& % @ ^ damba& (sms coding)

Statistik → Huffman

Teknik manipulasi matematik saat lalu hanya bisa dilakukan dilapis aplikasi yang mempunyai kemampuan komputasi dan bisa diprogram, tetapi saat ini teknik ini sudah bisa diterapkan kedalam sebuah chip sehingga bisa diterapkan di lapis fisik

Salah satu tenik dasar manipulasi matematik adalah pengkodean Huffman, menggunakan konsep karakter yang paling sering muncul dikodekan dengan jumlah bit yang paling sedikit sedangkan karakter yang paling jarang dikodekan dengan bit yang paling banyak → teknik pengkodean karakter panjang bit tidak seragam

Langkah Pengkodean Huffman

Pertama, karakter diurutkan berdasarkan banyaknya kemunculan dari yang paling sering ke yang paling jarang dan diberi tanda bobot (jumlah kemunculan)
Kedua, gabungkan dua karakter terbawah dan jumlahkan bobotnya
Ketiga, hasil gabungan diletakkan di urutan sesuai dengan bobot yang baru
Keempat, ulangi langkah 2 dan 3 sampai tinggal hanya 2 bobot
Kelima, kodekan kedua bobot tersebut dengan bit 0 dan 1, juga untuk setiap penggabungan bobot secara konsisten
Keenam, kodekan karakter dengan menelusuri bit’0’ dan ‘1’ yang cocok dengan karakter tersebut dimulai dari kanan ke kiri

Contoh pengkodean Huffman

A = 00, M = 11, N = 011, I = 100, S = 0101 ,Y =
01000, G = 01001, K = 1010, L= 1011

SAYA INGIN MAKAN MALAM =
0101000100000100011010011000111100101000011110010110011

Entropi

Nilai yang menyatakan kepadatan suatu kompresi, atau kepadatan informasi

Nilai rata-rata bit/karakter

Misal:

ADAAPA → A = 1 D=01 P=00
Entropi     = {(4x1) + (1x2) + (1x2)}/6
            = 8/6
            = 1.33
Nilai Entropi > 1

Komunikasi berbasis bit

Pengkodean Huffman membawa peluang komunikasi di bawa sebagai deretan bit yang bukan n*8 bit, sehingga diperlukan teknik komunikasi lain yang disebut komunikasi berbasis bit
Data: 101010111111011011100000001111111111000001
Perlu tanda (flag) sebagai awal dan akhir: 01111110
Dikirim

0110100011111101010101111101011
0111000000011111011111000000101
111110101100011