Optimalizace síťových topologií: 3-tier vs. Spine-and-Leaf

Bc. Jiří Franek

Master's thesis

Network Topology Optimization: 3-tier vs. Spine-and-Leaf

Abstract:

Tato diplomová práce se zaměřuje na požadavky průmyslu 4.0 na síťové topologie s důrazem na jejich výkon a nákladovou efektivitu. Obsahuje srovnání dvou dominantních topologických modelů – 3-tier a Spine-and-Leaf – a klíčových protokolů, jako jsou STP (Spanning Tree Protocol), IEEE 802.1Q a VxLAN (Virtual Extensible LAN). V teoretické části je provedena analýza na základě zkoumání dostupné literatury, popisů jednotlivých topologií a použitých protokolů. Jsou zde zkoumány možnosti rozšíření, historie a možný předpoklad budoucího vývoje. V praktické části je cílem posoudit technické a ekonomické aspekty ovlivňující výběr mezi těmito topologiemi a navrhnout strategii migrace z 3-tier topologie na Spine-and-Leaf topologii. Tento návrh je dále technicky i ekonomicky zhodnocen a aplikován na skutečný případ. Nalezené výsledky mohou být použity jako podklady pro informované rozhodování v oblasti plánování a optimalizace síťové infrastruktury.

Abstract:

This thesis focuses on the requirements of Industry 4.0 for network topologies, emphasizing their performance and cost-effectiveness. It includes a comparison of two dominant topological models—3-tier and Spine-and-Leaf—as well as key protocols such as STP (Spanning Tree Protocol), IEEE 802.1Q and VxLAN (Virtual Extensible LAN). In the theoretical part, an analysis is conducted based on the examination of available literature, descriptions of individual topologies, and utilized protocols. Possibilities for expansion, history, and potential future developments are also explored. In the practical part, the objective is to assess the technical and economic aspects influencing the choice between these topologies and to propose a migration strategy from a 3-tier to a Spine-and-Leaf topology. This proposal is further technically and economically evaluated and applied to a real-world case. The findings can serve as a basis for informed decision-making in the area of network infrastructure planning and optimization.

Keywords

Průmysl 4.0, Síťové topologie, 3-tier architektura, Spine-and-Leaf architektura, STP (Spanning Tree Protocol), IEEE 802.1Q, VxLAN (Virtual Extensible LAN)

Keywords

Industry 4.0, Network Topologies, 3-tier Architecture, Spine-and-Leaf Architecture, IEEE 802.1Q, STP (Spanning Tree Protocol), VxLAN (Virtual Extensible LAN)

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 11. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 6. 2. 2024
• Supervisor: doc. Ing. Vojtěch Merunka, Ph.D.
• Reader: Martin Papík, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Economics and Management

Master programme:
Informatika