1/30
Architektura sieci teleinformatycznych - wykład 1
Cel slajdu: Slajd wprowadza w tematykę wykładu i pokazuje dwa podstawowe podejścia do budowy sieci: model hierarchiczny oraz model rozproszony.

Wprowadzenie do architektur sieci

  • AST (Architektura sieci teleinformatycznych) – projektowanie i organizacja nowoczesnych sieci.
  • Sieć to nie tylko sprzęt – to struktura zapewniająca wydajność, skalowalność, bezpieczeństwo.
  • Dwa podejścia: model hierarchiczny oraz model rozproszony.
  • Wybór architektury dopasowanej do potrzeb biznesowych.
  • Od małego biura po centrum danych (Data Center) – fundament kursu.
Architektura sieci teleinformatycznej (ang. network architecture): Architektura sieci teleinformatycznej to uporządkowana koncepcja rozmieszczenia urządzeń, podziału funkcji oraz zasad współpracy protokołów, która określa przepływ danych, skalowalność i bezpieczeństwo infrastruktury. Obejmuje warstwę fizyczną i logiczną, a jej wybór przesądza o kosztach rozbudowy oraz odporności na awarie, dlatego projekt powstaje przed zakupem sprzętu.
Schemat podziału architektur sieciowych
1a/30
Literatura
Cel slajdu: Slajd porządkuje zalecaną literaturę i źródła internetowe wspierające samodzielną naukę projektowania sieci.

Literatura

Netografia

Literatura przedmiotu (ang. course literature): Literatura przedmiotu to zestaw podręczników i materiałów źródłowych, które systematyzują wiedzę o protokołach, topologiach i dobrych praktykach projektowych. W sieciach komputerowych podstawą są pozycje opisujące stos TCP/IP oraz dokumentacje producentów i standardy IEEE i IETF, ponieważ technologie zmieniają się szybciej niż jakikolwiek pojedynczy podręcznik.
Zalecana literatura
2/30
Czym jest architektura sieci?
Cel slajdu: Slajd wyjaśnia, czym jest architektura sieci i jakie elementy obejmuje w warstwie fizycznej oraz logicznej.

Definicja i zakres architektury sieciowej

  • Architektura sieci – rozmieszczenie, połączenie i współpraca urządzeń sieciowych.
  • Warstwa fizyczna – media transmisyjne, sprzęt.
  • Warstwa logiczna – protokoły, adresowanie, polityki bezpieczeństwa.
  • Dobry projekt = zarządzanie, odporność na awarie, łatwa rozbudowa.
  • Błędy projektowe → wąskie gardła przy wzroście obciążenia – decyzja strategiczna.
Architektura sieci (ang. network architecture): Architektura sieci to całościowa koncepcja organizacji systemu komunikacyjnego, obejmująca topologię, dobór sprzętu, protokoły, adresowanie oraz polityki bezpieczeństwa i zarządzania. Dobrze zaprojektowana architektura zapewnia przewidywalne zachowanie sieci przy wzroście obciążenia, natomiast błędy projektowe ujawniają się jako wąskie gardła i trudne w diagnostyce awarie.
Elementy architektury sieci
3/30
Model hierarchiczny - koncepcja
Cel slajdu: Slajd przedstawia koncepcję modelu hierarchicznego opartego na podziale sieci na warstwy funkcjonalne.

Podział sieci na warstwy funkcjonalne

  • Model hierarchiczny – podział sieci na warstwy funkcjonalne o ściśle określonych zadaniach.
  • Uproszczenie: projektowanie, diagnostyka (ang. troubleshooting), rozbudowa.
  • Model 3-warstwowy Cisco – standard w sieciach kampusowych i centrach danych.
  • Izolacja zmian – zmiana w jednej warstwie nie wpływa na pozostałe.
  • Analogia: pracownicy – kierownictwo – zarząd.
Model hierarchiczny (ang. hierarchical network model): Model hierarchiczny to sposób budowy sieci polegający na podziale funkcji między warstwy o ściśle określonym zakresie odpowiedzialności, które komunikują się ze sobą w uporządkowany sposób. Ułatwia to projektowanie, lokalizowanie usterek i rozbudowę, ponieważ zmiana w jednej warstwie nie wymusza przebudowy pozostałych, co potwierdza trójwarstwowy model spopularyzowany przez Cisco w sieciach kampusowych.
Schemat modelu hierarchicznego sieci
4/30
Trzy warstwy modelu hierarchicznego
Cel slajdu: Slajd omawia trzy warstwy modelu hierarchicznego: dostępu, dystrybucji oraz rdzenia.

Access, Distribution, Core

  • Access (warstwa dostępu) – przyłączenie urządzeń końcowych: komputery, drukarki, telefony IP.
  • Distribution (warstwa dystrybucji) – agregacja ruchu i polityki: routing między VLAN (IEEE 802.1Q), ACL (ang. Access Control List), traffic shaping.
  • Core (warstwa rdzenia) – szybki szkielet sieci (ang. backbone), tylko błyskawiczne przesyłanie danych.
  • Każda warstwa = inne wymagania sprzętowe – zły dobór sprzętu to częsty błąd projektowy.
Warstwy Access, Distribution i Core (ang. access, distribution and core layers): Warstwy Access, Distribution i Core to funkcjonalny podział sieci kampusowej, w którym warstwa dostępu przyłącza urządzenia końcowe, warstwa dystrybucji agreguje ruch i egzekwuje polityki, a warstwa rdzenia zapewnia szybkie przekazywanie pakietów między segmentami. Każda warstwa stawia inne wymagania sprzętowe, dlatego dobór urządzeń musi odpowiadać roli warstwy, a nie jedynie cenie jednostkowej.
Schemat trzech warstw modelu hierarchicznego
5/30
Warstwa dostępu (Access Layer)
Cel slajdu: Slajd opisuje warstwę dostępu jako interfejs między użytkownikiem a infrastrukturą sieciową.

Interfejs między użytkownikiem a siecią

  • Warstwa dostępu – interfejs między użytkownikiem a siecią, duża gęstość portów.
  • Kluczowe technologie: IEEE 802.1X (uwierzytelnianie), PoE (ang. Power over Ethernet), VLAN.
  • Bezpieczeństwo: Port Security – wiązanie portu z MAC (ang. Media Access Control).
  • Porty 1 Gb/s dla stacji roboczych, uplink 10 Gb/s+ do dystrybucji.
  • Konfiguracja tej warstwy = bezpieczeństwo całej sieci i komfort użytkowników.
Warstwa dostępu (ang. access layer): Warstwa dostępu to najniższy poziom modelu hierarchicznego, bezpośrednio łączący urządzenia końcowe z siecią i realizujący uwierzytelnianie, segmentację oraz podstawową ochronę portów. Od jej konfiguracji zależy bezpieczeństwo całej infrastruktury, ponieważ to tutaj pojawiają się nieautoryzowane urządzenia i najwięcej błędów użytkowników, a połączenia w górę wymagają szybkich łącz uplink do warstwy dystrybucji.
Warstwa dostępu - schemat i urządzenia
6/30
Warstwa dystrybucji (Distribution Layer)
Cel slajdu: Slajd przedstawia warstwę dystrybucji jako miejsce podejmowania decyzji o trasach i politykach sieciowych.

Centrum decyzyjne sieci

Warstwa dystrybucji – „centrum decyzyjne”: trasowanie i polityki.

  • Przełączniki L3 / routery agregują ruch z dostępu do rdzenia.
  • Zadania: Inter-VLAN routing, ACL, QoS (ang. Quality of Service).
  • Wysoka dostępność: HSRP (RFC 2281, Cisco) lub VRRP (RFC 9568) – brak pojedynczego punktu awarii.
  • Filtrowanie ruchu chroni Core – granica między użytkownikiem a szkieletem.
Warstwa dystrybucji (ang. distribution layer): Warstwa dystrybucji to poziom agregacji i kontroli, który łączy przełączniki dostępowe z rdzeniem oraz realizuje routing między sieciami VLAN, filtrowanie i jakość usług. Dzięki redundancji bramy domyślnej eliminuje pojedynczy punkt awarii, a filtrowanie ruchu na tym poziomie chroni rdzeń przed zbędnym obciążeniem i pozwala utrzymać jego zadanie ograniczone do szybkiego przekazywania pakietów.
Warstwa dystrybucji - routing i polityki
7/30
Warstwa rdzenia (Core Layer)
Cel slajdu: Slajd wyjaśnia rolę warstwy rdzenia jako szybkiego szkieletu przekazującego pakiety z prędkością interfejsu.

Autostrada informacyjna sieci

  • Warstwa rdzenia – autostrada sieci, przełączanie z prędkością wire-speed, bez polityk.
  • Wymagania: najwyższa wydajność, niezawodność, pełna redundancja.
  • Topologie: full mesh (pełna siatka) lub dual star (podwójna gwiazda).
  • Celowo brak ACL i QoS – każda operacja to większe opóźnienia.
  • Sprzętowe przekazywanie w ASIC (ang. Application-Specific Integrated Circuit) – zasada: złożona logika w rdzeniu = zła architektura.
Warstwa rdzenia (ang. core layer): Warstwa rdzenia to wysokowydajny szkielet sieci, którego jedynym zadaniem jest szybkie przełączanie pakietów z prędkością interfejsu, bez złożonego filtrowania i polityk. Wymaga urządzeń o najwyższej niezawodności i pełnej redundancji, zwykle opartych na sprzętowym przekazywaniu w układach ASIC, ponieważ każda dodatkowa operacja na pakiecie zwiększa opóźnienia w całej sieci.
Warstwa rdzenia - topologia i urządzenia
8/30
Model dwuwarstwowy (Collapsed Core)
Cel slajdu: Slajd przedstawia model dwuwarstwowy ze skonsolidowanym rdzeniem dla mniejszych infrastruktur.

Rdzeń skonsolidowany dla mniejszych sieci

  • Collapsed Core (rdzeń skonsolidowany) – połączenie Distribution + Core w jednym urządzeniu / parze.
  • Dla sieci do ok. 250 użytkowników – osobny rdzeń ekonomicznie nieuzasadniony.
  • Zaleta: korzyści hierarchii przy niższym koszcie sprzętu.
  • Ograniczenia: mniejsza skalowalność, trudniejsza diagnostyka.
Rdzeń skonsolidowany (ang. collapsed core): Rdzeń skonsolidowany to uproszczona architektura dwuwarstwowa, w której funkcje dystrybucji i rdzenia są zintegrowane w jednej parze urządzeń, co obniża koszt i złożoność mniejszych sieci. Zachowuje zalety hierarchii, czyli agregację i egzekwowanie polityk, lecz wymaga starannego planowania wydajności, ponieważ to samo urządzenie jednocześnie filtruje ruch i zapewnia szybki szkielet.
Schemat modelu dwuwarstwowego Collapsed Core
9/30
Zalety modelu hierarchicznego
Cel slajdu: Slajd wymienia główne zalety modelu hierarchicznego: skalowalność, zarządzanie, izolację i wydajność.

Skalowalność, zarządzanie, izolacja, wydajność

Kluczowe zalety modelu hierarchicznego:

  • Skalowalność – nowe segmenty bez przebudowy szkieletu (backbone).
  • Łatwość zarządzania – separacja funkcji = przejrzysta konfiguracja i monitoring.
  • Izolacja awarii – problem w Access nie destabilizuje reszty sieci.
  • Przewidywalna wydajność – uporządkowany ruch, brak przypadkowych przeciążeń.

Dobór sprzętu pod rolę warstwy: Access – obsługa użytkowników, Core – ekstremalna przepustowość.

Zalety hierarchii sieciowej (ang. benefits of hierarchical design): Zalety hierarchii sieciowej wynikają z separacji funkcji, która umożliwia rozbudowę segmentami, przejrzyste zarządzanie oraz ograniczenie wpływu awarii do jednego obszaru. Przewidywalne ścieżki ruchu ułatwiają planowanie przepustowości i wdrażanie polityk bezpieczeństwa, dlatego model hierarchiczny dominuje w sieciach kampusowych i centrach danych.
Zalety modelu hierarchicznego
10/30
Wyzwania i ograniczenia hierarchii
Cel slajdu: Slajd omawia wyzwania modelu hierarchicznego, czyli koszty, złożoność oraz dodatkowe opóźnienia.

Koszty, złożoność, opóźnienia

  • Koszt początkowy – 3 warstwy droższe niż sieć płaska.
  • Distribution / Core – drogi sprzęt + wymagana zaawansowana wiedza.
  • Opóźnienia – ruch Inter-VLAN musi iść w górę do dystrybucji.
  • Zmiany w rdzeniu = okna serwisowe i precyzyjne planowanie.
  • Mały dom / biuro – hierarchia to przerost formy; wybór wg skali i budżetu.
Ograniczenia modelu hierarchicznego (ang. hierarchical model limitations): Ograniczenia modelu hierarchicznego wynikają z kosztu utrzymania odrębnych warstw oraz z konieczności przesyłania części ruchu w górę hierarchii w celu podjęcia decyzji o trasie. W małych sieciach narzut ten może być nieopłacalny, a błędny dobór urządzeń prowadzi do przewymiarowania rdzenia albo niewydolności dystrybucji, dlatego projekt zawsze wymaga bilansu między ceną, wydajnością i planowanym wzrostem.
Ograniczenia modelu hierarchicznego
11/30
Model rozproszony - koncepcja
Cel slajdu: Slajd wprowadza koncepcję modelu rozproszonego bez centralnego punktu sterowania.

Równomierne rozłożenie funkcji sieciowych

  • Model rozproszony – brak centrum sterowania, funkcje w wielu węzłach.
  • Każdy węzeł samodzielnie decyduje o przekazywaniu ruchu.
  • Przykład: Internet – brak pojedynczego punktu awarii.
  • Zaleta: najwyższa odporność – protokoły routingu wyznaczają ścieżkę alternatywną.
  • Wada: złożone zarządzanie i niespójne polityki bezpieczeństwa.
Model rozproszony (ang. distributed network model): Model rozproszony to architektura, w której funkcje sieciowe są równomiernie rozlokowane w wielu węzłach, a każdy element samodzielnie podejmuje decyzje o przekazywaniu ruchu. Zapewnia wysoką odporność na awarie pojedynczych punktów, czego przykładem jest Internet, lecz utrudnia centralne egzekwowanie polityk i wymaga protokołów uzgadniających spójny obraz sieci.
Schemat modelu rozproszonego sieci
12/30
Topologia siatki (Mesh)
Cel slajdu: Slajd wyjaśnia topologię siatki w wariantach pełnej i częściowej oraz jej koszty.

Full Mesh i Partial Mesh

  • Mesh – fundament architektury rozproszonej.
  • Full Mesh – każdy z każdym; łącza = N×(N−1)/2, maks. niezawodność, wysoki koszt.
  • Partial Mesh – redundancja tylko dla kluczowych punktów, np. routery brzegowe ISP.
  • Kompromis: koszt a niezawodność.
  • Wi-Fi Mesh – duży zasięg bez kabla do każdego AP (ang. Access Point).
Topologia siatki (ang. mesh topology): Topologia siatki to sposób łączenia węzłów redundantnymi ścieżkami, przy czym pełna siatka łączy każdy węzeł z każdym i daje najwyższą niezawodność kosztem liczby łączy rosnącej kwadratowo. W praktyce stosuje się siatkę częściową, w której dodatkowe połączenia otrzymują kluczowe węzły, co zapewnia akceptowalną odporność przy rozsądnym koszcie okablowania i portów.
Pełna i częściowa topologia siatki - porównanie
13/30
Sieci Peer-to-Peer (P2P)
Cel slajdu: Slajd przedstawia sieci peer-to-peer jako przykład rozproszenia na poziomie aplikacji.

Rozproszenie na poziomie aplikacji

  • P2P (ang. Peer-to-Peer) – rozproszenie na poziomie aplikacji.
  • Peer = jednocześnie klient i serwer.
  • Przykład: BitTorrent – szybka dystrybucja dużych plików.
  • Zastosowania: obliczenia rozproszone, blockchain (łańcuch bloków) – odporność na manipulacje i cenzurę.
  • Zagrożenia: botnety – wyzwanie dla bezpieczeństwa.
Sieć peer-to-peer (ang. peer-to-peer network): Sieć peer-to-peer to architektura aplikacyjna, w której każdy uczestnik jednocześnie pobiera i udostępnia zasoby, bez zależności od centralnego serwera. Umożliwia efektywną dystrybucję dużych plików i zwiększa odporność na awarie, lecz wymaga mechanizmów wyszukiwania zasobów, kontroli integralności danych oraz polityk bezpieczeństwa ograniczających niekontrolowane udostępnianie.
Schemat sieci peer-to-peer
14/30
Hierarchia a rozproszenie - porównanie
Cel slajdu: Slajd porównuje model hierarchiczny i rozproszony w zakresie zarządzania oraz odporności na awarie.

Kompromis: łatwość obsługi a niezawodność

  • Dylemat: łatwość obsługi a niezawodność (ang. trade-off).
  • Hierarchia – centralne zarządzanie, przewidywalne przepływy; słabość: awaria Core.
  • Rozproszenie – przetrwa awarie, ale trudna aktualizacja polityk bezpieczeństwa na setkach węzłów.
  • Hybryda: hierarchia w oddziałach + rozproszona siatka routerów brzegowych między nimi.
Porównanie hierarchii i rozproszenia (ang. hierarchical versus distributed comparison): Porównanie hierarchii i rozproszenia sprowadza się do kompromisu między przewidywalnością zarządzania a odpornością na awarie kluczowych węzłów. Hierarchia centralizuje polityki i ułatwia diagnostykę, natomiast rozproszenie eliminuje pojedyncze punkty awarii kosztem trudniejszego wdrażania spójnych zasad, dlatego sieci korporacyjne często łączą oba podejścia w różnych obszarach.
Tabela porównawcza modeli hierarchicznego i rozproszonego
15/30
Model Klient-Serwer w architekturze
Cel slajdu: Slajd omawia scentralizowany model klient-serwer oraz jego wymagania wobec sieci.

Scentralizowane podejście do usług

  • Klient-Serwer – scentralizowane услуги: serwer obsługuje wielu klientów.
  • Serwery w Data Center / serwerowni – najwyższa dostępność i przepustowość.
  • Ryzyko: SPOF (ang. Single Point of Failure) – padnie serwer = brak usługi.
  • Obrona: klastry HA (ang. High Availability) + load balancer (równoważenie obciążenia).
  • Lokalizacja: serwery przy Core / Distribution, klienci w Access – optymalna i bezpieczna ścieżka.
Model klient-serwer (ang. client-server model): Model klient-serwer to architektura usług, w której centralny serwer obsługuje zapytania wielu klientów, co koncentruje wymagania dotyczące wydajności, dostępności i bezpieczeństwa w jednym miejscu sieci. Serwery umieszcza się w strefach o najwyższym priorytecie, z redundantnymi łączami i zasilaniem, ponieważ awaria serwera przerywa usługę wszystkim klientom jednocześnie.
Schemat modelu klient-serwer w sieci hierarchicznej
16/30
Architektura sieci kampusowej (Campus)
Cel slajdu: Slajd przedstawia architekturę sieci kampusowej łączącej wiele budynków w jeden organizm.

Połączenie wielu budynków w jeden organizm

  • Campus Network – wiele budynków (uniwersytet, fabryka) jako jeden organizm.
  • Hierarchia: Access + Distribution w budynku → światłowody → centralny Core kampusu.
  • Ruch konwergentny: dane (Ethernet), głos (VoIP), mobilność (Wi-Fi).
  • Spójne polityki bezpieczeństwa niezależnie od budynku.
  • Wizytówka: płynny roaming bez zrywania sesji.
Sieć kampusowa (ang. campus network): Sieć kampusowa to rozbudowana infrastruktura łącząca wiele budynków jednej instytucji w spójny system, zwykle oparta na hierarchii z centralnym rdzeniem połączonym światłowodami z dystrybucją budynkową. Musi przenosić ruch konwergentny, czyli dane, głos i wideo, przy zachowaniu jakości usług oraz segmentacji zwiększającej bezpieczeństwo i przewidywalność działania.
Schemat sieci kampusowej z podziałem na budynki
17/30
Architektura sieci rozległych (WAN)
Cel slajdu: Slajd wyjaśnia architekturę sieci rozległych łączących odległe lokalizacje geograficzne.

Łączenie odległych lokalizacji geograficznych

  • WAN (ang. Wide Area Network) – łączy odległe lokalizacje: miasta, kraje, kontynenty.
  • Operatorzy: ISP (ang. Internet Service Provider); technologie: MPLS, SD-WAN, VPN.
  • Klasyka: Hub-and-Spoke (gwiazda) – oddziały → centrala.
  • SD-WAN (ang. Software-Defined WAN) – inteligentny podział ruchu, np. priorytet dla wideokonferencji.
  • Projekt musi liczyć: latency (opóźnienia), jitter (zmienność opóźnień), szyfrowanie w obcej infrastrukturze.
Sieć rozległa WAN (ang. wide area network): Sieć rozległa to infrastruktura łącząca oddalone geograficznie lokalizacje z wykorzystaniem usług operatorów oraz technologii takich jak MPLS, SD-WAN i tunele VPN. Klasyczny układ gwiazdy z centralą ustępuje rozwiązaniom programowalnym, które dynamicznie wybierają najlepsze łącze, lecz projekt WAN zawsze musi uwzględniać opóźnienia propagacji, koszty łączy i szyfrowanie ruchu w sieci publicznej.
Schemat architektury WAN hub-and-spoke
18/30
Architektura Data Center - Spine-Leaf
Cel slajdu: Slajd przedstawia nowoczesną architekturę Spine-Leaf stosowaną w centrach danych.

Nowoczesna architektura dla centrów danych

  • Data Center – dominuje ruch wschód-zachód (serwer-serwer); hierarchia 3-warstwowa wprowadza zbyt duże opóźnienia.
  • Spine-Leaf: każdy Leaf łączy się z każdym Spine.
  • Stała liczba hopów (skoków) = stałe, niskie opóźnienia – idealne dla wirtualizacji i chmury.
  • Wysoka redundancja: zdublowane zasilanie i ścieżki do macierzy (iSCSI, Fibre Channel).
Architektura Spine-Leaf (ang. spine-leaf architecture): Architektura Spine-Leaf to dwupoziomowa topologia centrów danych, w której każdy przełącznik liścia łączy się z każdym przełącznikiem kręgosłupa, zapewniając stałą liczbę przeskoków między dowolnymi serwerami. Doskonale obsługuje dominujący ruch wschód-zachód między maszynami, czyli komunikację serwer-serwer, i umożliwia poziome skalowanie poprzez dokładanie kolejnych elementów bez przebudowy całości.
Schemat architektury Spine-Leaf w Data Center
19/30
Sieci definiowane programowo (SDN)
Cel slajdu: Slajd wyjaśnia koncepcję sieci definiowanych programowo opartych na rozdzieleniu sterowania od przekazywania.

Rozdzielenie warstwy sterowania od danych

  • SDN (ang. Software-Defined Networking) – rozdział Control Plane (sterowanie) od Data Plane (dane).
  • Centralny kontroler SDN programuje przełączniki, np. przez OpenFlow.
  • Zamiast 100 urządzeń ręcznie – jeden cel w kontrolerze wdrażany w całej sieci.
  • Efekt: szybkość zmian + pełna automatyzacja; standard w chmurze i korporacjach.
Sieci definiowane programowo SDN (ang. software-defined networking): Sieci definiowane programowo to podejście rozdzielające płaszczyznę sterowania od płaszczyzny danych, w którym centralny kontroler programuje zachowanie przełączników za pomocą protokołów południowych. Administrator definiuje zamierzony stan w kontrolerze, a ten automatycznie wdraża konfigurację na wielu urządzeniach, co ogranicza błędy ręczne i przyspiesza zmiany w dużych sieciach.
Schemat architektury SDN z kontrolerem centralnym
20/30
Redundancja: walka z awariami
Cel slajdu: Slajd omawia redundancję jako sposób eliminacji pojedynczego punktu awarii w sieci.

Eliminacja punktu pojedynczej awarii (SPOF)

  • Redundancja – powielanie kluczowych elementów, eliminacja SPOF.
  • Poziom fizyczny: STP (IEEE 802.1D) – eliminacja pętli, EtherChannel (IEEE 802.3ad / 802.1AX) – agregacja łączy.
  • Poziom logiczny: FHRP (ang. First Hop Redundancy Protocol) – HSRP (RFC 2281), VRRP (RFC 9568), GLBP (Cisco) – przejęcie roli w sekundach.
  • HA 99,99% = podwojone urządzenia + złożona konfiguracja.
  • Kompromis: niezawodność vs koszt – ROI (ang. Return on Investment).
Redundancja sieciowa (ang. network redundancy): Redundancja sieciowa to strategiczne powielanie kluczowych elementów i ścieżek, dzięki czemu awaria jednego łącza, modułu lub bramy nie przerywa usług. Obejmuje redundancję fizyczną, realizowaną przez dodatkowe łącza i protokoły blokujące pętle, oraz logiczną, realizowaną przez protokoły wysokiej dostępności, przy czym każdy mechanizm zapasowy wymaga testów przełączania, aby zadziałał w warunkach rzeczywistej awarii.
Schemat redundancji łączy i urządzeń w sieci
21/30
Skalowalność - projekt na lata
Cel slajdu: Slajd przedstawia skalowalność poziomą i pionową oraz zasady projektowania sieci na przyszły wzrost.

Skalowanie poziome i pionowe

  • Skalowalność – wzrost bez kosztownej wymiany całości.
  • Skalowanie poziome – dodanie przełączników na danym poziomie; pionowe – wymiana na wydajniejsze.
  • Hierarchia skaluje się modułowo: nowy budynek = nowa szafa Access dopięta do Distribution.
  • Planowanie z marginesem: wolne sloty, zapas zasilania i tablic routingu.
  • Brak rozbudowy = dług technologiczny blokujący rozwój firmy.
Skalowalność sieci (ang. network scalability): Skalowalność sieci to zdolność architektury do obsługi rosnącej liczby użytkowników i ruchu bez kosztownej wymiany całości. Skalowanie poziome dodaje kolejne urządzenia na danym poziomie, natomiast skalowanie pionowe zwiększa wydajność istniejących elementów, a model hierarchiczny ułatwia wzrost modułowy, pod warunkiem pozostawienia zapasu portów, przepustowości i adresacji.
Diagram skalowalności poziomej i pionowej sieci
22/30
Rola dokumentacji w architekturze
Cel slajdu: Slajd podkreśla rolę dokumentacji logicznej i fizycznej jako fundamentu pracy inżynierskiej.

Fundament pracy inżynierskiej

Nawet najlepsza sieć jest bezużyteczna, jeśli administrator nie wie, jak ona działa. Dokumentacja to fundament pracy inżynierskiej. Tworzymy dwa rodzaje diagramów:

  • Logiczny: Pokazuje adresację IP, sieci VLAN, nazwy urządzeń i obszary routingu.
  • Fizyczny: Wskazuje konkretne szafy rackowe, numery portów na panelach krosowniczych i rodzaje kabli.
  • Narzędzia: IPAM (ang. IP Address Management), NetBox, SolarWinds.
  • Nieaktualna dokumentacja = błędne decyzje przy awarii.
  • Każda zmiana w ramach Change Management musi trafić na schematy.
Dokumentacja sieciowa (ang. network documentation): Dokumentacja sieciowa to aktualny opis topologii logicznej i fizycznej, adresacji, nazewnictwa oraz procedur, bez którego diagnostyka i rozbudowa stają się zgadywaniem. Diagram logiczny pokazuje adresy IP, sieci VLAN i obszary routingu, natomiast diagram fizyczny wskazuje szafy, porty i okablowanie, a narzędzia klasy IPAM porządkują przydziały adresów i zapobiegają konfliktom.
Przykład diagramu logicznego i fizycznego sieci
23/30
Strategia adresowania IP
Cel slajdu: Slajd omawia hierarchiczną strategię adresowania IP z agregacją tras i adresami prywatnymi.

Hierarchiczny schemat adresacji

  • Adresacja hierarchiczna – odzwierciedla fizykę sieci, np. A = 10.1.0.0/16, B = 10.2.0.0/16.
  • Summarization (agregacja tras) – mniejsze tablice routingu, szybszy Core.
  • Zasada: jedna VLAN = jedna podsieć IP.
  • Wewnątrz: adresy prywatne (RFC 1918); na zewnątrz: NAT (ang. Network Address Translation).
  • Porządek w IP = mniej konfliktów i szybszy troubleshooting.
Hierarchiczne adresowanie IP (ang. hierarchical IP addressing): Hierarchiczne adresowanie IP to przydział podsieci odzwierciedlający strukturę fizyczną sieci, dzięki czemu routery rdzeniowe mogą agregować wiele prefiksów w jeden wpis i pracować z mniejszymi tablicami routingu. Każda sieć VLAN otrzymuje własną podsieć, a wewnątrz organizacji stosuje się adresy prywatne z translacją na granicy, co porządkuje routing i oszczędza publiczną przestrzeń adresową.
Schemat adresowania IP dopasowany do hierarchii sieci
24/30
Protokoły routingu (IGP a EGP)
Cel slajdu: Slajd przedstawia protokoły routingu dynamicznego z podziałem na systemy wewnętrzne i zewnętrzne.

Routing dynamiczny – OSPF, EIGRP, BGP

Routing dynamiczny – sieć „żyje” i sama znajduje ścieżki.

  • IGP – wewnątrz organizacji: OSPF, EIGRP.
  • OSPF – otwarty standard (RFC 2328 / RFC 5340), dobry dla dużych struktur.
  • EIGRP – protokół Cisco (RFC 7868), szybka zbieżność (ang. convergence).
  • BGP (ang. Border Gateway Protocol) (RFC 4271) – „protokół Internetu” między AS (ang. Autonomous System).
  • Dobór wg skali: mała firma – routing statyczny / OSPF, korporacja – BGP; kluczowy: czas zbieżności.
Protokoły routingu dynamicznego (ang. dynamic routing protocols): Protokoły routingu dynamicznego umożliwiają routerom automatyczną wymianę informacji o osiągalności i wybór najlepszych ścieżek po zmianie topologii. Wewnątrz organizacji stosuje się protokoły IGP, takie jak OSPF i EIGRP, natomiast między operatorami działa protokół EGP, czyli BGP, przy czym każdy protokół różni się metryką, szybkością zbieżności oraz skalą, do której został zaprojektowany.
Porównanie protokołów routingu OSPF, EIGRP, BGP
25/30
Bezpieczeństwo w architekturze - strefa DMZ
Cel slajdu: Slajd wyjaśnia strefowy model bezpieczeństwa z wydzieloną strefą DMZ dla serwerów publicznych.

Defense in Depth – obrona głęboka

  • Strefy zaufania: LAN – strefa zaufana, Internet – strefa niezaufana.
  • DMZ (ang. Demilitarized Zone) – bufor dla serwerów publicznych (WWW, poczta).
  • Firewall (zapora sieciowa) – z Internetu tylko do DMZ, nigdy wprost do LAN / baz danych.
  • Przejęcie serwera w DMZ ≠ dostęp do reszty firmy.
  • Zasada: Defense in Depth (obrona głęboka) – jeden błąd nie kładzie całego bezpieczeństwa.
Strefa zdemilitaryzowana DMZ (ang. demilitarized zone): Strefa zdemilitaryzowana to wydzielony segment buforowy dla serwerów publicznych, oddzielający sieć zaufaną od niezaufanego Internetu za pomocą zapory sieciowej z regułami dla każdego kierunku. Architektura obrony głębokiej zakłada wiele warstw zabezpieczeń, więc nawet przełamanie serwera w DMZ nie daje bezpośredniego dostępu do sieci wewnętrznej, o ile reguły filtrowania i segmentacja zostały poprawnie zaprojektowane.
Schemat stref bezpieczeństwa: LAN, DMZ, Internet
26/30
Architektury hybrydowe i chmurowe
Cel slajdu: Slajd przedstawia architektury hybrydowe łączące zasoby lokalne z chmurą publiczną.

On-premises + Cloud (AWS, Azure)

  • On-premises + Cloud (AWS, Azure) – biuro często to już tylko dostęp do chmury.
  • Łącza: IPsec VPN lub dedykowane, np. ExpressRoute.
  • Wymóg: QoS – praca w chmurze jak w lokalnej serwerowni.
  • Koszty: egress fees (transfer wychodzący) + własna konfiguracja routerów i zapór.
  • Zasada: Shared Responsibility Model – chmura zmienia miejsce danych, nie zwalnia z architektury.
Architektura hybrydowa i chmurowa (ang. hybrid and cloud architecture): Architektura hybrydowa to model łączący infrastrukturę lokalną z chmurą publiczną, w którym sieć biurowa staje się w dużej mierze łączem dostępowym do zasobów zewnętrznych. Połączenia realizuje się szyfrowanymi tunelami VPN lub łączami dedykowanymi, a kluczowym zadaniem projektu jest priorytetyzacja ruchu i kontrola opóźnień, aby praca z aplikacjami chmurowymi była równie płynna jak z serwerami lokalnymi.
Schemat architektury sieci hybrydowej z chmurą
27/30
Fundamenty: modele OSI i TCP/IP
Cel slajdu: Slajd przypomina modele OSI i TCP/IP jako mapę odniesienia dla projektowania i diagnostyki sieci.

Mapa drogowa dla inżyniera sieci

  • OSI (7 warstw) – „mapa drogowa” inżyniera do nazywania problemów.
  • Warstwa 2 – przełączniki, okablowanie; warstwa 4 – porty TCP / UDP, reguły firewalla.
  • TCP/IP – jak protokoły realnie działają w systemie operacyjnym.
  • Urządzenia: L2 – przełącznik, L3 – router, L7 – zapora – dobór narzędzia do warstwy.
  • Biegłość w OSI / TCP-IP = szybsza diagnostyka, nie zgadywanie.
Modele OSI i TCP/IP (ang. OSI and TCP/IP models): Modele OSI i TCP/IP to warstwowe układy odniesienia, które porządkują funkcje komunikacyjne od medium fizycznego po aplikacje i nadają wspólny język diagnostyce. Model siedmiowarstwowy OSI precyzyjnie nazywa miejsce problemu, natomiast model TCP/IP odzwierciedla rzeczywiste protokoły stosowane w systemach operacyjnych, dlatego biegłość w obu modelach przyspiesza lokalizowanie usterek i rozmowy między inżynierami.
Porównanie modelu OSI i TCP/IP z urządzeniami sieciowymi
28/30
Symulacja przed wdrożeniem
Cel slajdu: Slajd omawia symulację architektury przed wdrożeniem z użyciem emulatorów i symulatorów sieciowych.

Cisco Packet Tracer, GNS3, EVE-NG

  • Zasada: brak testów na produkcji – najpierw symulatory / emulatory.
  • Kurs: Cisco Packet Tracer – podstawy i topologie kampusowe.
  • Zaawansowane: GNS3, EVE-NG – prawdziwe Cisco IOS.
  • Bezpieczne błędy – zepsutą konfigurację routingu naprawiasz jednym kliknięciem; test redundancji bez ryzyka.
  • Laboratoria wirtualne = kluczowa kompetencja na rynku IT.
Symulacja i emulacja sieci (ang. network simulation and emulation): Symulacja i emulacja sieci to weryfikacja projektu w środowisku laboratoryjnym przed wdrożeniem produkcyjnym, która umożliwia bezpieczne popełnianie błędów i testowanie scenariuszy awaryjnych. Symulatory upraszczają zachowanie urządzeń na potrzeby nauki, natomiast emulatory uruchamiają rzeczywiste systemy operacyjne, co daje wierniejsze wyniki kosztem większych wymagań sprzętowych laboratorium.
Zrzut ekranu symulatora Cisco Packet Tracer z topologią sieci
29/30
Główne kryteria wyboru projektu
Cel slajdu: Slajd wymienia główne kryteria wyboru architektury z perspektywy doradcy biznesowego.

Inżynier jako doradca biznesowy

Inżynier to nie tylko technik, to doradca biznesowy. Dobierając architekturę, musimy zważyć:

  • Uptime – czy 24/7/365 (np. szpital), czy 8/5 (biuro).
  • Skala i budżet – wdrożenie vs utrzymanie: CapEx i OpEx (ang. Operational / Capital Expenditure).
  • Specyfika ruchu – pliki graficzne, bazy danych czy głos / wideo.
  • Przyszłościowość – czy firma podwoi liczbę pracowników za rok.

Zasada: KISS (ang. Keep It Simple, Stupid) – prostota, dopóki nie ogranicza bezpieczeństwa. Zawsze uzasadnij wybór modelu.

Kryteria wyboru architektury (ang. architecture selection criteria): Kryteria wyboru architektury łączą wymagania techniczne z celami organizacji, obejmując wymaganą dostępność, skalę, budżet, charakter ruchu oraz planowany rozwój. Inżynier pełni rolę doradcy, który przekłada potrzeby biznesowe na parametry techniczne, ponieważ sieć dla szpitala z pracą ciągłą wymaga innych mechanizmów redundancji niż sieć biurowa pracująca w godzinach dziennych.
Schemat kryteriów wyboru architektury sieciowej
30/30
Podsumowanie i wnioski
Cel slajdu: Slajd podsumowuje najważniejsze koncepcje wykładu o architekturach hierarchicznych i rozproszonych.

Najważniejsze koncepcje wykładu 1

  • Sieć to spójny system, nie zbiór schematów.
  • Hierarchia (Access-Distribution-Core) = porządek; rozproszenie = niezależność.
  • Spine-Leaf w Data Center vs Hub-and-Spoke w WAN.
  • Filary: redundancja, SDN, chmura hybrydowa.
  • Wniosek: błędy fundamentu bolą latami – sprawdzimy to w Packet Tracerze na laboratoriach.
Podsumowanie architektur sieciowych (ang. network architectures summary): Podsumowanie architektur sieciowych porządkuje poznane modele i podkreśla, że sieć jest spójnym systemem, a nie zbiorem niezależnych schematów. Hierarchia zapewnia porządek i przewidywalność, rozproszenie zapewnia niezależność, a rozwiązania takie jak Spine-Leaf, SD-WAN i chmura hybrydowa są rozwinięciem tych dwóch idei dostosowanym do centrów danych i sieci rozległych.
Podsumowanie tematów wykładu 1
Podgląd