Racunalniska omrezja listanje

Maruša Perič Vučko in Peter Krebelj

Računalniška omrežja

Učbenik za modul Izdelava električnih in komunikacijskih inštalacij v programih Tehnik računalništva, Računalnikar in Elektrikar ter za modul Upravljanje IK-sistemov v programu Tehnik računalništva

PIPINOVA KNJIGA

RAČUNALNIŠKA OMREŽJA Učbenik za modul Izdelava električnih in komunikacijskih inštalacij v programih Tehnik računalništva, Računalnikar in Elektrikar ter za modul Upravljanje IK-sistemov v programu Tehnik računalništva

Avtorja Maruša Perič Vučko in Peter Krebelj Strokovni in metodično-didaktični pregled dr. Uroš Ocepek, univ. dipl. prof. mat. in rač.; Gregor Mede, univ. dipl. inž. rač. in inf.

Jezikovni pregled: Kristina Pritekelj Fotografije in tehnične ilustracije: Maruša Perič Vučko, Peter Krebelj Uredila: Tamara Mušinović Zadravec Oblikovanje naslovnice, tehnične risbe: Boštjan Lapajne Likovno-grafično oblikovanje: Boštjan Lapajne Izdala in založila: PIPINOVA KNJIGA, d. o. o.

Za založbo: Tamara Mušinović Zadravec Prva izdaja, prvi natis Naklada: 1500 Tisk: BELIN GRAFIKA d. o. o.

Podsmreka, 2017 Na podlagi 26. člena Zakona o organizaciji in financiranju vzgoje in izobraževanja je Strokovni svet RS za poklicno in strokovno izobraževanje na svoji 161. seji, dne 02. 06. 2017, sprejel sklep št. 013-10/2017/1 o potrditvi učbenika RAČUNALNIŠKA OMREŽJA za poučevanje modula Izdelava električnih in komunikacijskih inštalacij v programih Tehnik računalništva, Računalnikar in Elektrikar ter modula Upravljanje IK-sistemov v programu Tehnik računalništva. © Ministrstvo za izobraževanje, znanost in šport, 2017. Fotokopiranje in razmnoževanje dela po Zakonu o avtorskih in sorodnih pravicah ni dovoljeno. © PIPINOVA KNJIGA, d. o. o., 2017. Vse pravice pridržane.

Brez pisnega dovoljenja vseh nosilcev avtorskih pravic je prepovedano reproduciranje, distribuiranje, dajanje v najem, javna pridobitev, predelava ali druga uporaba tega avtorskega dela ali njegovih sestavnih delov v kakršnem koli obsegu ali postopku, vključno s fotokopiranjem, tiskanjem, javnim interaktivnim dostopom ali shranitvijo v elektronski obliki. ____________________________________________

CIP - Kataložni zapis o publikaciji Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana 004.7(075.3) PERIČ Vučko, Maruša Računalniška omrežja : učbenik za modul Izdelava električnih in komunikacijskih inštalacij v programih Tehnik računalništva, Računalnikar in Elektrikar ter za modul Upravljanje IK-sistemov v programu Tehnik računalništva / Maruša Perič Vučko in Peter Krebelj ; [tehnične risbe Boštjan Lapajne]. - 1. izd., 1. natis. - Podsmreka : Pipinova knjiga, 2017 ISBN 978-961-94079-4-3 1. Krebelj, Peter 291196160

Vsebina Računalniška omrežja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Topologije računalniških omrežij. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Vprašanja za ponovitev. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Vrste računalniških omrežij. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Lokalno omrežje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Mestno omrežje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Prostrano omrežje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Globalna omrežja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Zasebno omrežje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Vprašanja za ponovitev. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Komunikacija in komunikacijski signali. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Vrste signalov. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Kodiranje in modulacije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Kodiranje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Modulacije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Multipleksiranje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Načini komuniciranja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Vprašanja za ponovitev. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Referenčni model ISO/OSI in model TCP/IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 OSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Model TCP/IP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Vprašanja za ponovitev. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Prenosni mediji – fizična plast. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Kovinski vodniki. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Zaključevanje paričnih kablov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Motnje pri prenosu po kovinskih vodnikih. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Optična vlakna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Vrste optičnih vlaken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Motnje, ki nastajajo pri prenosu signala po optičnih vlaknih. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Svetlobni viri. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Svetlobni detektorji . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Radijske komunikacije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Vprašanja za ponovitev. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Dostopanje naprav do medija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Vrste sporočil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Prenosne hitrosti na povezavah Ethernet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Vprašanja za ponovitev. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Omrežno stikalo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Delovanje omrežnega stikala. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Vrste omrežnih stikal glede na način delovanja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Vprašanja za ponovitev. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Internetni protokol (IP). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Dvojiški sistem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Logične operacije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Naslavljanje IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

Zgradba naslova IP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Paket (packet). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Protokol IPv6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

Zgradba naslova IPv6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

Vrste naslovov pri IPv6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Paket IPv6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Združevanje omrežij IPv4 in IPv6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Podomreženje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Razred A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Razred B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Razred C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Izračun podomrežij. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Primer uporabe omrežne maske. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

Izračun blokov IP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Računanje podomrežij . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

Vprašanja za ponovitev. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

Maskiranje s spremenljivo dolžino podomrežja (VLSM). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Vprašanja za ponovitev. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Usmerjevalnik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Usmerjevalna tabela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

Vprašanja za ponovitev. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

Fizična in logična shema omrežja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Protokoli aplikacijske plasti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Protokol TCP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

Zagotavljanje zanesljivosti pri protokolu TCP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

HTTP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 HTTPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 FTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 SMTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 POP3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Telnet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 UDP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 DHCP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 DNS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

Vprašanja za ponovitev. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

Brezžična računalniška omrežja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Frekvenčno območje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

Brezžični standardi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Doseg omrežja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Povezava naprave v brezžično omrežje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

Dostopne točke. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

Infrastrukturni način. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Varnost. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

Skrb za varnost in enostavnost implementacije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

Zaščita brezžičnega omrežja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

Izbira varnostni AES ali TKIP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

Vprašanja za ponovitev. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

Varnost v računalniških omrežjih. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 Fizični nivo varnosti. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

Varovanje uporabniških računov. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

Uporabniški račun administratorja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

Požarni zid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

Filtriranje prometa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

Vprašanja za ponovitev. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

Administracija računalniškega omrežja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Ukaz arp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Ukaz hostname. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Ukaz ipconfig. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Ukaz nbtstat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Ukaz netstat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Ukaz nslookup. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Ukaz pathping. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 Ukaz ping. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Ukaz route . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Ukaz tracert. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 Ukaz net view . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Wireshark. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Filtriranje prometa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Uporaba filtrov. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Obdelava podatkov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

Vprašanja za ponovitev. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

Kriptografija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Zgodovina kriptografije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

Šifriranje in dešifriranje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

Algoritmi in ključi za šifriranje sporočil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

Simetrični algoritmi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

Blokovna tehnika. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Tokovna tehnika. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

Dolžina ključev. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

Matematične osnove algoritmov. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

Modularna aritmetika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Boolova algebra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 Permutacije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

Bločni šifrirni algoritmi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

DES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 AES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

Elektronski podpisi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

Digitalno potrdilo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

Vrste digitalnih potrdil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

Lastno potrdilo agencije za certificiranje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

Strežniška potrdila. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

Potrdila za razvijalce programske opreme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

Osebna potrdila. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

Naročilo osebnega certifikata. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

Naročilo strežnikovih certifikatov (spletne strani in podobno). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

Kako je zgrajen digitalni certifikat?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

Pošiljanje varnih sporočil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

Vprašanja za ponovitev. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

Viri in literatura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

Računalniška omrežja V tem poglavju bomo spoznali: • značilnosti računalniških omrežij, • topologije računalniških omrežij.

Računalniško omrežje je sestavljeno iz končnih naprav (računalnikov, pametnih telefonov, tiskalnikov, IP-telefonov idr.), ki so povezane med seboj prek omrežnih naprav (usmerjevalnikov, omrežnih stikal, modemov), za povezavo pa uporabljamo prenosni medij (baker, optika, radio).

V omrežje priključene naprave si izmenjujejo sporočila, kot so govor, slika, zvok, podatki …

Ker se v računalniška omrežja vsako leto povezuje na novo vedno več naprav, je nujna urejenost, prilagodljivost in zanesljivost.

Urejenost dosežemo z uporabo standardiziranih (dogovorjenih) komunikacijskih protokolov, kot so Ethernet, IP, TCP, FTP, HTTP, DHCP, Telnet idr. Našteti protokoli so natančneje opisani v nadaljevanju.

Prilagodljivost dosežemo z napravami, ki so modularne, tj. fizično nadgradljive, in protokoli, ki samodejno sledijo spremembam v omrežju (npr. dinamično usmerjanje).

Zanesljivost dosežemo z različnimi postopki: • s preverjanjem pravilnosti sporočila, • s potrjevanjem prejema sporočila, • s protivirusno zaščito, • z omejevanjem dostopa do omrežja na podlagi naslovov IP ali MAC na usmerjevalniku ali omrežnem stikalu, • z omejevanjem dostopanja na podlagi vrste prometa (npr. prepoved prometa HTTP) na usmerjevalniku, • s požarnim zidom.

Računalniško omrežje sestavljajo končne in omrežne naprave, ki so med seboj povezane s prenosnim medijem.

Standardizirani komunikacijski protokoli zagotavljajo usklajeno delovanje vseh naprav v omrežju. Določajo način sporazumevanja med napravami.

7

Topologije računalniških omrežij a) Točka−točka (angl. Point-to-Point Protocol /PPP/).

Slika1: Povezava med dvema napravama točka−točka

Gre za povezavo med dvema napravama v omrežju. Najpogosteje je to povezava dveh usmerjevalnikov. Slabost takšne povezave je zanesljivost. Prekinitev povezave točka–točka lahko odreže en del omrežja od drugega, kot je prikazano na sliki 2. Rešitev je torej rezervna (druga) pot, ki jo naprave uporabijo v primeru izpada osnovne poti (slika 3).

usmerjevalnik usmerjevalnik prekinitev povezave

Slika 2: Prekinitev povezave točka−točka

omrežje 1

omrežje 2

Slika 3: Uporaba rezervne poti

b) Točka–več točk (angl. Point-to-Multipoint Protocol, povezave prek Etherneta). omrežje 1 omrežje 2 To je povezava ene naprave z več napravami v omrežju. Primera takšne povezave sta omrežno stikalo ali usmerjevalnik in nanj povezani računalniki ali pa dostopna točka in nanjo povezani brezžični prenosniki ali tablice.

8

Slika 4: Povezava točka−več točk

c) Mešana topologija (angl. mesh topology).

Gre za topologijo, v kateri nobena naprava ni središčna. Vsaka naprava je povezana z vsako napravo prek drugih naprav. Prednost take povezave je, da v primeru prekinitve ene povezave ali izpada naprave nalogo le-te prevzame druga povezava ali naprava. Primer uporabe je npr. Internet stvari (angl. Internet of Things, krajše kar IoT).

Slika 5: Mešana topologija

Internet stvari je omrežje, ki predstavlja različne vrste aplikacij (govor, slika, zvok, podatki, inteligentne inštalacije, oddaljeno krmiljenje, nadzor), povezane z različnimi uporabniki (mobilnimi, stacionarnimi) prek Interneta.

Primer: Zajemanje podatkov na senzorjih, odlaganje podatkov na spletni oblak, obdelava podatkov na uporabnikovem pametnem telefonu.

Vprašanja za ponovitev 1. Iz katerih naprav je lahko sestavljeno računalniško omrežje?

2. Katere lastnosti mora imeti računalniško omrežje?

3. Naštejte in opišite topologije računalniških omrežij.

4. Kaj je to Internet stvari?

9

Vrste računalniških omrežij V tem poglavju bomo spoznali: • različne vrste računalniških omrežij, • lastnosti posameznih vrst računalniških omrežij, • primere uporabe.

Lokalno omrežje Lokalna omrežja (angl. Local Area Network /LAN/) so navadno domača omrežja, omrežja podjetij ali ustanov. Naprave, povezane v omrežje LAN, so na skupni lokaciji (npr. vse na naslovu Šola, Poljska 33), med njimi so razdalje do 100 m (pri uporabi optike več 100 m). Prenosne hitrosti do končnega uporabnika se gibljejo med 10 Mb/s in 1 Gb/s.

Velika omrežja LAN lahko zaradi večje varnosti in enostavnejše administracije razdelimo v manjša omrežja LAN, ki jim pravimo podomrežja. Postopek je opisan v poglavju Podomreženje.

V omrežju LAN imajo vse naprave enak omrežni (naslovni) del naslova IP (poglavje 9, Podomreževanje).

Naprave, ki se nahajajo v omrežju LAN, so: • končne naprave, • omrežna stikala, • usmerjevalnik, • lahko tudi požarni zid.

internet

usmerjevalnik

omrežno stikalo

Slika 6: Omrežje LAN

10

Mestno omrežje Mestno omrežje (angl. Metropol Area Network /MAN/) je vezano na geografsko lokacijo, npr. mesto.

Njegovo delovanje je v osnovi enako kot pri omrežju LAN, le da gre tu za večje razdalje med napravami in večje prenosne hitrosti, saj se večinoma kot prenosni medij uporablja optično vlakno. Ponekod so omrežja MAN tudi brezžična. MAN je neke vrste vmesni člen med omrežjema LAN in WAN (prostranim omrežjem), seveda pa ni nujno, da v sklopu nekega omrežja mestno omrežje sploh obstaja.

Primer omrežja MAN v Sloveniji je univerzitetno omrežje METULJ, ki povezuje 42 slovenskih visokih šol in akademij.

Prostrano omrežje Prostrano omrežje (angl. Wide Area Network /WAN/) povezujejo različna omrežja LAN. Gre za povezovanje naprav na večjih razdaljah. Omrežja LAN se med seboj povezujejo v WAN prek usmerjevalnikov.

Za prenos prometa med enim in drugim usmerjevalnikom uporabljamo telekomunikacijske tehnologije: Frame Relay, XDSL, kabelsko televizijo, omrežja za mobilno telefonijo, ATM, SDH (optika) idr.

LAN

LAN WAN

LAN LAN Slika 7: Omrežje WAN

Omrežja WAN so lahko javna ali zasebna. Zasebna omrežja WAN povezujejo več omrežij LAN določene organizacije, npr. povezava poslovalnic trgovinske verige na širšem geografskem področju. Za povezavo se navadno ne uporablja Internet, ampak najete linije, ki so rezervirane samo za prenos podatkov tega omrežja WAN. Zasebna omrežja WAN na ožjem geografskem področju imenujemo tudi angl. Campus Networks (CAN).

11

poslovalnica 5 poslovalnica 1 glavna pisarna

poslovalnica 4 poslovalnica 2

poslovalnica 3

Slika 8: Omrežje CAN

Internet je največje omrežje WAN in je javno dostopno (javni WAN).

Poleg Interneta obstaja tudi Intranet. Intranet prav tako sodi med zasebna omrežja in uporablja enak protokol in omrežne naprave kot Internet, le da je promet po tem omrežju povsem ločen od ostalega, vsem dostopnega prometa. Ločitev prometa dosežemo s požarnim zidom.

V primeru Intraneta gre lahko za izmenjavo podatkov o storitvah, prodajnih artiklih in kupcih znotraj nekega, npr. uvoznega podjetja. Do teh informacij lahko dostopamo le, če nam to omogoči podjetje samo.

požarni zid

internet

strežnik

Slika 9: Intranet

Navidezna zasebna omrežja (angl. Virtual Private Network /VPN/) pa so omrežja, ki uporabljajo za prenos sporočil javno omrežje (Internet). Namen omrežja VPN je vzpostaviti varno, drugim nedosto-

12

pno povezavo med dvema oddaljenima poslovalnicama ali delavcem na domu in podjetjem prek Interneta. Za postavitev omrežja VPN potrebujemo posebno programsko opremo (strežnik VPN in odjemalec VPN). Med obema lokacijama se vzpostavi navidezni kanal, po katerem potujejo podatki.

navidezna povezava

glavna pisarna strežnik VPN

internet

fizična povezava

domača pisarna odjemalec VPN

Slika 10: Prikaz povezave VPN (navidezna povezava)

Protokol IPsec Kratica pomeni Internet Protocol Security. To je protokol, ki služi za varno povezavo med dvema končnima napravama. Pri tem uporablja avtentikacijo in kriptiranje. Pomeni, da morata obe strani poznati ključ za kriptiranje sporočil. Prav tako morata obe strani izkazati svojo identiteto. Med navideznimi zasebnimi omrežji ga omenjamo zato, ker je to najpogosteje uporabljen protokol za zaščito kanala VPN. Ob njegovi uporabi ni potrebna dodatna namestitev druge programske opreme za zaščito omrežja. IPSec ščiti pred vdori napadalcev iz drugih omrežij, pred krajo in spreminjanjem podatkov.

Je del programske opreme strežnikov iz okolja Windows. Nastavlja se ga v okviru Aktivnega imenika (angl. Active Directory ali /AD/).

Protokol IPSec lahko uporabimo pri naslednjih povezavah: končna naprava−končna naprava (angl. host−host), končna naprava−usmerjevalnik ali usmerjevalnik−usmerjevalnik.

Globalna omrežja Globalno omrežje (angl. Global Area Network /GAN/) povezuje naprave na zelo velikih razdaljah in je geografsko neomejeno.

To so omrežja, ki za povezovanje uporabnikov na npr. različnih celinah združujejo tudi mobilne tehnologije: satelitska omrežja in GSM. Omrežje GAN si lahko predstavljamo kot povezavo več omrežij WAN.

13

Zasebno omrežje Zasebna omrežja (angl. Personal Network /PAN/) povezujejo različne naprave, kot so računalniki, tablice, pametni telefoni. Gre za neke vrste medosebno komunikacijo med uporabniki. Pri tem se uporablja povezave prek: 1. protokola USB: • žično ali • brezžično z uporabo IR, torej infrardeče svetlobe; 2. tehnologije BlueTooth: • brezžično z uporabo radijskega signala.

Razdalje med napravami so majhne, nekaj 10 m.

V lokalnem računalniškem omrežju LAN so naprave domačega omrežja, manjšega ali srednje velikega podjetja, posamezne ustanove, poslovalnice ipd. Razdalje med napravami so do 100 m, saj nam ta razdalja zagotavlja prenos podatkov s hitrostjo vsaj 100 Mb/s.

V prostranem omrežju WAN so povezana različna omrežja LAN. Naprave se navadno nahajajo na velikih razdaljah, v različnih krajih in državah. Za povezavo med njimi nujno potrebujemo usmerjevalnike.

Internet je javno omrežje WAN. Vanj je povezanih večina lokalnih omrežij. Intranet pa je zasebno omrežje, ki se uporablja za izmenjavo informacij znotraj posamezne institucije ali podjetja.

Posebna vrsta omrežja so navidezna, virtualna omrežja VPN, ki dajejo vtis popolnoma zasebne povezave, čeprav v resnici uporabljajo javno Internetno omrežje. Uporabna so za potujoče poslovneže, delo od doma ipd.

Globalna omrežja GAN so geografsko neomejena omrežja, ki izkoriščajo tudi satelitska omrežja in omrežja, namenjena mobilni telefoniji za povezovanje naprav v različnih omrežjih WAN .

Vprašanja za ponovitev 1. Naštejte različne vrste računalniških omrežij. Pri tem uporabite slovenski izraz, angleški izraz in kratico.

2. Kaj je značilno za omrežja LAN? 3. Katere naprave sestavljajo omrežje LAN? 4. Kaj je značilno za omrežje WAN? 5. Primerjajte zasebno omrežje WAN in VPN. 6. Razložite pojem Intranet.

7. Kaj je posebnost omrežij GAN? 8. Katere tehnologije se uporabljajo v omrežjih PAN?

14

Komunikacija in komunikacijski signali V tem poglavju bomo spoznali: • vrste komunikacijskih signalov, • analogno-digitalno pretvorbo, • kodiranja in modulacije, • enosmerne, dvosmerne in izmenično dvosmerne komunikacije.

Vrste signalov Komunikacija pomeni sporazumevanje. Naprave se lahko sporazumevajo s pomočjo analognih ali digitalnih signalov. Signali so sporočila na liniji, ki jih opazujemo kot spreminjanje električne napetosti, jakosti svetlobe ali elektromagnetnega (EM) valovanja v nekem časovnem intervalu.

analogni signal

1 1

0 0

1 1

0 0

0 0

1 1

digitalni signal Slika 11: Shematski prikaz analognega in digitalnega signala

Analogni signal predstavlja vsak signal, ki nastane v naravi (npr. govor, naraščanje temperature, čas).

V časovnem intervalu je zvezen, zavzema lahko vse vrednosti med največjo in najmanjšo.

Digitalni signal zavzema samo določene vrednosti (v osnovi samo vrednosti 0 in 1), je nezvezen.

Analogni signal pretvorimo v digitalnega tako, da ga najprej vzorčimo, nato pa vzorce ustrezno kodiramo. Vsak vzorec signala dobi binarno kodo, to je niz bitov amplitudnega intervala, v katerega pade.

Slika 12 prikazuje vzorčenje. Vodoravna os predstavlja čas, navpična os pa amplitudo signala, ki jo razdelimo v amplitudne intervale z binarno kodo. Puščice nakazujejo trenutke, ko jemljemo vzorec signala.

Npr. peti vzorec v našem primeru bo dobil kodo 1100, predzadnji pa 0101.

15

binarna koda intervala

amplitudni interval

1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000

čas

Slika 12: Prikaz vzorčenja signala

Na sliki 13 je prikazana preprosta shema analogno-digitalne pretvorbe. V AD-pretvornik vstopa analogni signal, iz njega pa izstopa digitalni signal. AD-pretvornik si lahko za naše potrebe predstavljamo kot črno škatlo. Sicer pa je to električno vezje, ki vzorči signal in vzorcem prireja binarne kode.

1

0

1

0

0

1

AD-pretvornik

Slika 13: Shematski prikaz analogno-digitalne pretvorbe

Analogni signal je zvezen v omejenem časovnem intervalu. Digitalni signal je nezvezen, zavzame samo vrednosti 1 in 0. Analogno-digitalna pretvorba je sestavljena iz vzorčenja signala in dodeljevanja kode 1 0 1 binarne 0 0 1dobljenemu vzorcu. Tako dobimo iz analognega digitalni signal.

Kodiranje in modulacije Kodiranje Kot smo že omenili v prejšnjem podpoglavju, so signali, ki nastajajo v naravi, večinoma analogni. Za potrebe obdelave s pomočjo računalnika jih pretvorimo v digitalno obliko. Takšen signal imenujemo digitalni in zavzame le dve vrednosti, 1 in 0. Izkaže se, da je tak dvonivojski signal zelo občutljiv na različne motnje na prenosni poti. Zato ne omogoča prenosa na velike razdalje z veliko hitrostjo pretoka

16

podatkov. Takšen signal tudi ne podpira detekcije napak na liniji in njihovih morebitnih popravkov.

Težave nastajajo tudi pri sinhronizaciji oddajnika s sprejemnikom ob daljšem nizu enic ali ničel. Sprejemnik se namreč usklajuje glede na prehode signala iz enega stanja v drugega. Če teh prehodov ni, se sprejemnik ne more uskladiti s taktom oddajnika.

1

0

0

0

1

0

0

0

podatki takt

Slika 14: Podatki in takt

Da bi se težavam čim bolj izognili oz. zmanjšali njihov vpliv, kodiramo digitalne signale z različnimi vrstami kodiranja. Katero vrsto kodiranja bomo izbrali, je odvisno od prenosnega medija, prenosne tehnologije (HDSL, ADSL, SDSL itd.) in predvidenih motenj.

Signale v komunikacijah raje opazujemo v frekvenčnem kot pa časovnem prostoru. Zanima nas torej, katere frekvence so prisotne v določenem signalu in kako močno.

Preprost sinusni signal vsebuje eno frekvenčno komponento. Bolj zapleteni signali pa so v bistvu sestavljeni iz sinusnih signalov različnih frekvenc in amplitud. Le-ti so predstavljeni kot frekvenčni spekter v frekvenčnem prostoru.

T0

čas

frekvenca in amplituda

amplituda

Slika 15 prikazuje pulz, ki predstavlja bit z vrednostjo 1 v časovnem prostoru in katere frekvence so prisotne v tem signalu. Vidimo, da so najmočneje zastopane frekvence v okolici 0 Hz – enosmerna komponenta signala. Nekaterih frekvenc pa preprosto v signalu ni: f0, 2f0 itd. Velja 1/T0 = f0.

frekvenca

f0 Slika 15: Digitalni signal v časovnem in frekvenčnem prostoru

2f0

3f0

Slika 16: Digitalni signal v frekvenčnem prostoru

Nivoje signalov v časovnem prostoru bomo navajali kot napetostne nivoje v voltih ali s črkama H (za 1) in L (za 0) oz. z oznakami +, −, 0.

Idealen signal bi imel ozek frekvenčni spekter, ki zahteva manjšo pasovno širino za prenos podatkov in čim manjšo enosmerno frekvenčno komponento. Enosmerna frekvenca namreč otežuje sinhronizacijo oz. časovno usklajevanje sprejemnika z oddajnikom. Najbolje torej je, da frekvenco 0 Hz odstranimo iz signala.

Manjša pasovna širina frekvenčnega spektra pa pomeni večjo prenosno hitrost na liniji.

Pasovna širina spektra za primer iz prejšnje slike je 0–f0.

17

1

RZ (Return to Zero), NRZ (Non 0 Return to Zero) in kodiranje Manchester 1 0 1

Slika 17: Kodiranje RZ

0

Pri RZ je 0 predstavljena z nivojem 0 01V, 1 0pa kot 1 nek1 višji1napetostni 0 0 nivo, 1 npr.

0 5 V, ki v sredini trajanja preide v 0 V. Prednost: • v tej kodi je enosmerna frekvenčna komponenta prisotna, vendar je manjša kot pri NRZ. Slabost: • pasovna širina spektra je dvakrat večja od NRZ.

NRZ: Če je 0 predstavljena z 0 V, 1 pa z npr. 5 V, imenujemo tako kodo unipolarna. 0 je lahko predstavljena tudi z npr. –5 V, 1 pa s 5 V. V tem primeru je koda bipolarna.

1 0 1

Slika 18: Kodiranje NRZ

0

Prednost: 1 • zahtevana pasovna širina je za polovico manjša kot pri kodiranju z RZ. 0 Slabost: • enosmerna frekvenčna komponenta sinhronizacijo.

0 1 0je izrazita.

1 1Dolgi 1 nizi0 enic0 ali ničel 1 otežujejo 0 1 0.8

NRZ

RZ

0.6 0.4 0.2 -3

-2

-1

0

1

2 fT

Slika 19: Primerjava frekvenčnih spektrov kode RZ in NRZ

18

3

0 1

Manchester: Vsak bit predstavlja prehod iz enega napetostnega nivoja v drugega.

0 1 0 0

1 je predstavljena kot 1

1

0 1 1 1 0 0 1 Slika 20: Kodiranje Manchester

0

, 0 je predstavljena kot 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -2

-1 1 0 normalizirana frekvenca

2

Slika 21: Frekvenčni spekter kode Manchester

Prednost: • nima enosmerne komponente.

Slabosti: • večja pasovna širina, • težavna detekcija napak.

Kodiranje AMI

+V

1

0

1

0

1

1

1

1

1

0 -V Slika 22: Kodiranje AMI

Pri kodiranju AMI vsaka enica obrne fazo. Če je torej prva enica 5 V, je naslednja –5 V. Prednosti: • pasovna širina tako kodiranega signala je ožja od NRZ, • izognili smo se enosmerni frekvenčni komponenti.

19

1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

-1.5

-1

-0.5 0 0.5 1 normalizirana frekvenca

1.5

Slika 23: Frekvenčni spekter kode AMI

Kodiranje 2B1Q (linije DSL) Ta način kodiranja se uporablja pri tehnologijah ADSL in SDSL. Pri tem kodiranju upoštevamo dejstvo, da dva bita dajeta štiri različne kombinacije (00, 01, 10 in 11).

Vsaka taka kombinacija nam predstavlja en napetostni nivo. Torej iz signala z dvema oz. tremi napetostnimi nivoji dobimo signal s štirimi napetostnimi nivoji: 01 11 10 11 01 10 00 01 10 00 11 10

Slika 24: Kodiranje 2B1Q

Prednosti: • tak način kodiranja nam omogoča dvakrat večjo prenosno hitrost kot npr. kodiranje RZ, • popolnoma se izognemo enosmerni komponenti.

Kodiranje HDB3 oz. kodiranje HDBn Ta način kodiranja se uporablja pri tehnologijah ADSL in HDSL. Kodo HDB3 tvorimo tako, da najprej izvedemo kodiranje AMI. Ker se nam pojavijo daljši nizi ničel, vsak niz štirih ničel zamenjamo z 000V. V predstavlja ± nivo enice. sistemska ura podatek

1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1

HDB3

20

impulz prekršitve

impulz prekršitve

Slika 25: Kodiranje HDB3

Signal, kodiran s kodo HDB3, nima enosmerne frekvenčne komponente in omogoča večjo prenosno hitrost od AMI in RZ. Kodiranje 4B3T Pri tej kodi vzamemo po štiri bite skupaj in jim priredimo tri napetostne nivoje. digitalni 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 signal 1 0 + 0 -

4B3T

Slika 26: Kodiranje 4B3T

Vaja Signal v kodi NRZ na sliki 27 kodirajte s kodami RZ, Manchester, AMI, 2B1Q in HDB3.

Narišite kodirane signale.

NRZ RZ

Rešitev:

Slika 27: Signal v kodi NRZ

AMI NRZ MANCHESTER RZ 2B1Q AMI HDB3 MANCHESTER 2B1Q

HDB3

Modulacije Modulacija je postopek, pri katerem, podobno kot pri kodiranju, prestavimo frekvenčni spekter signala v okolico izbrane frekvence, ki ji rečemo nosilec. Nosilcev imamo lahko več. Okrog vsakega se nahaja signal, ki ga prenašamo po liniji. Tako lahko več signalov hkrati združimo na isti prenosni medij

21