第4章 信息系统架构
2025-07-02 08:45:56 1 举报AI智能生成
软考中级系统集成项目管理工程师第3版第4章 信息系统架构
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大纲/内容
4.1 架构基础
4.1.1 指导思想
【定义】：指导思想是开展某项工作所必须遵循的总体原则、要求和方针。
【作用】：站在宏观的角度、总体的高度指示引导工作的进行，确保集成的有效性和价值性。
【示例】：某城市社会保险智慧治理中心的指导思想：
以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导。
坚持以人民为中心的发展思想。
适应新时代社会保险事业改革发展需要。
统筹规划、创新驱动、数据赋能。
4.1.2 设计原则
【定义】：设计原则是组织信息化与数字化总体架构指导思想的具体体现。
【原则数量】：通常将数目限制在4～10项。
【示例】：某城市社会保险智慧治理中心的设计原则：
1. 【坚持以人为本】：紧扣群众的服务需求和服务体验。
2. 【坚持创新引领】：综合利用互联网+、大数据+、AI+等主流技术。
3. 【坚持问题导向】：破解制约社会保险事业发展的重点、难点、痛点问题。
4. 【坚持整体协同】：打造业务与技术、内部与外部、横向与纵向、线上与线下融合的新体系。
5. 【坚持安全可控】：强化信息安全和个人隐私保护。
6. 【坚持科学实施】：注重可落地、可操作、可考核。
4.1.3 建设目标
【定义】：建设目标是集成建设的最终目的，达到什么样的效果，为什么而服务。
【示例】：某城市社会保险智慧治理中心的建设目标：
提高社会保险系统的经办服务能力、智能监管能力、大数据治理能力。
初步建成泛连、开放、融合、联动、智能、在线、可视、安全的系统。
树立城市治理行业新标杆，创建社会保险治理新范式。
4.1.4 总体框架
【定义】：框架是用于规划、开发、实施、管理和维持架构的概念性结构。
【框架层次】：
1. 【战略系统】：高层决策支持系统，与组织战略规划相关。
2. 【业务系统】：完成一定业务功能的系统，如生产系统、销售系统等。
3. 【应用系统】：支持业务系统的功能模块，如事务处理系统、管理信息系统等。
4. 【信息基础设施】：支持应用系统和战略系统的运行环境。
4.2 系统架构
4.2.1 架构定义
【定义】：信息系统架构是体现信息系统相关的组件、关系以及系统设计和演化原则的基本概念或特性。
【架构的本质】：架构是决策，是在权衡方向、结构、关系以及原则各方面因素后进行的决策。
【架构的分类】：
1. 【物理架构】：描述硬件系统的空间分布情况。
2. 【逻辑架构】：描述信息系统各种功能子系统的综合体。
4.2.2 架构分类
【物理架构】：
1. 【集中式架构】：资源集中，便于管理，但系统脆弱。
2. 【分布式架构】：资源分散，适应性强，但管理复杂。
【逻辑架构】：
功能子系统的综合体，支持组织的各种功能子系统。
常见的融合方式包括横向融合、纵向融合和纵横融合。
4.2.3 一般原理
【定义】：信息系统架构是基于计算机、通信网络等现代化工具和手段，服务于信息处理的人机系统。
【柔性原理】：架构包含相对稳定的组成成分和相对变化较多的部分，以适应环境变化。
4.2.4 常用架构模型
【单机应用模式】：运行在一台物理机器上的独立应用程序。
【客户端/服务器模式】：
1. 【两层C/S】：前台界面与后台数据库服务的模式。
2. 【三层C/S与B/S】：前台界面与后台服务之间通过协议通信。
3. 【多层C/S结构】：包括Web服务器、中间件和数据库服务器。
【面向服务架构(SOA)】：通过消息机制或远程过程调用实现服务之间的通信。
【组织级数据交换总线】：不同应用系统之间的信息交换通道。
4.2.5 规划与设计
【集成架构演进】：
1. 【以应用功能为主线架构】：直接采购成套软件，基于应用软件的运行需求建设相关基础设施。
2. 【以平台能力为主线架构】：加强平台化基础，应用功能灵活可定制。
3. 【以互联网为主线架构】：强调将信息系统功能最大限度地App化，支持不同成熟度组织的适配。
【TOGAF架构开发方法】：
【ADM方法】：架构开发方法的全生命周期模型，包括预备阶段、需求管理、架构愿景等十个阶段。
【ADM阶段活动】：每个阶段根据业务需求对设计结果进行确认，包括业务流程中的特有阶段。
4.2.6 价值驱动的体系结构
【定义】：系统存在的目的是为利益相关方创造价值。
【价值模型】：
1. 【价值期望值】：对特定功能的需求。
2. 【反作用力】：实现某种价值期望值的难度。
3. 【变革催化剂】：导致价值期望值发生变化的事件。
【体系结构挑战】：识别和分析影响价值期望值的限制因素。
4.3 应用架构
4.3.1 基本原则
【业务适配性原则】：应用架构应服务和提升业务能力。
【应用聚合化原则】：整合部门级应用，解决功能分散问题。
【功能专业化原则】：按业务功能聚合性进行应用规划。
【风险最小化原则】：降低系统间的耦合度，提高独立性。
【资产复用化原则】：鼓励架构资产的提炼和重用。
4.3.2 分层分组
【目的】：实现业务与技术分离，降低耦合性，提高灵活性。
【示例】：某城市社会保险智慧治理中心的应用架构：
1. 【治理渠道】：移动版应用、桌面版应用、大屏应用。
2. 【治理中心系统】：业务主题、综合主题、大数据主题。
3. 【治理配套系统】：数据支撑类、联动服务类、展示交互类。
4. 【相关系统改造】：劳动就业系统、社会保险系统等。
4.4 数据架构
4.4.1 发展演进
【单体应用架构时代】：数据管理简单，主要关注数据模型。
【数据仓库时代】：支持数据分析，强调数据的分布和流向。
【大数据时代】：灵活高效地使用数据，支持批处理到流处理。
4.4.2 基本原则
【数据分层原则】：解决层次定位合理性问题。
【数据处理效率原则】：追求合理的数据处理效率。
【数据一致性原则】：减少数据重复加工和冗余存储。
【数据架构可扩展性原则】：支持新增业务类型和数据整合要求。
【服务于业务原则】：数据架构最终目标是服务于业务。
4.4.3 架构举例
【某城市社会保险智慧治理中心的数据架构】：
1. 【源数据库】：社保数据、就业数据等。
2. 【交换库】：通过OGG等工具同步数据。
3. 【过渡库】：存储于Hadoop平台，提高大批量数据处理性能。
4. 【整合库】：对照、转换、清洗、聚集数据。
5. 【主题库】：为治理应用和可视化展现提供支撑。
4.8 云原生架构
4.8.1 发展概述
【定义】：云原生应用从一开始就基于云环境设计，充分利用云环境的弹性与分布式优势。
【价值】：降低组织运营成本，提升业务承载量，推动业务全面上云。
4.8.2 架构定义
【定义】：基于云原生技术的一组架构原则和设计模式的集合。
【特点】：
1. 【代码结构变化】：开发人员的编程模型发生巨大变化。
2. 【非功能性特性委托】：大量非功能性特性被云计算解决。
3. 【自动化软件交付】：容器技术帮助屏蔽不同环境之间的差异。
4.8.3 基本原则
【服务化原则】：将代码模块关系和部署关系分离。
【弹性原则】：系统部署规模随业务量变化自动伸缩。
【可观测原则】：通过日志、链路跟踪和度量等手段实现系统可观测。
【韧性原则】：提升软件的平均无故障时间。
【所有过程自动化原则】：标准化和自动化软件交付过程。
【零信任原则】：默认不信任网络内部和外部的任何人/设备/系统。
【架构持续演进原则】：架构必须具备持续演进能力。
4.8.4 常用架构模式
【服务化架构模式】：以应用模块为颗粒度划分服务。
【Mesh化架构模式】：将中间件框架从应用中分离。
【Serverless模式】：开发者无需关心应用运行环境。
【存储计算分离模式】：状态数据保存到云服务中。
【分布式事务模式】：解决微服务中的分布式事务问题。
【可观测架构】：包括Logging、Tracing、Metrics。
【事件驱动架构】：增强服务韧性，支持多种应用场景。
4.8.5 云原生案例
【某快递公司核心业务上云】：
1. 【解决方案】：引入云原生数据库，应用容器化，微服务改造。
2. 【架构确立】：基于Kubernetes的云原生PaaS平台。
3. 【应用效益】：成本降低，稳定性提高，效率提升，赋能业务创新。
4.7 安全架构
4.7.1 安全威胁
【信息泄露】：信息被非授权实体获取。
【破坏信息完整性】：数据被非授权修改。
【拒绝服务】：合法访问被阻止。
【非法访问】：非授权实体使用资源。
【窃听】：通过搭线监听等方式获取信息。
【业务流分析】：通过长期监听发现有价值的信息。
【假冒】：非法用户冒充合法用户。
【旁路控制】：攻击者绕过防线侵入系统。
【授权侵犯】：被授权用户将权限用于非授权目的。
【特洛伊木马】：软件中含有破坏性程序。
【陷阱门】：系统中设置的特殊输入数据导致安全漏洞。
【抵赖】：用户否认自己发布过消息。
【重放】：截获的合法通信数据被重新发送。
【计算机病毒】：功能程序具有传染和破坏能力。
4.7.2 定义和范围
【系统安全架构】：从源头打造自身安全。
【安全技术体系架构】：构建通用的安全技术基础设施。
【审计架构】：独立的审计部门提供风险发现能力。
4.7.3 整体架构设计
【WPDRRC模型】：
1. 【预警】：检查系统可能存在的薄弱环节。
2. 【防护】：采用加密、访问控制等技术。
3. 【检测】：发现新威胁和弱点。
4. 【响应】：及时做出正确的响应。
5. 【恢复】：在尽可能短的时间内恢复正常。
6. 【反击】：提取犯罪证据，形成取证能力。
【系统安全保障体系】：
安全区域策略的确定。
统一配置和管理防病毒系统。
网络与信息安全管理。
【信息安全体系架构】：
物理安全。
系统安全。
网络安全。
应用安全。
安全管理。
4.7.4 网络安全架构设计
【OSI安全架构】：
定义了7层协议，提供相应的安全服务。
5类安全服务：鉴别、访问控制、数据机密性、数据完整性和抗抵赖性。
【认证框架】：
鉴别基于5种方式：已知的、拥有的、不改变的特性、相信可靠的第三方、环境。
鉴别信息的类型包括交换鉴别信息、申请鉴别信息和验证鉴别信息。
【访问控制框架】：
决定允许使用哪些资源，适合阻止未授权访问。
涉及发起者、访问控制实施功能、访问控制判决功能和目标。
【机密性框架】：
确保信息仅对授权者可用。
通过禁止访问和加密提供机密性。
【完整性框架】：
保护数据不被未经授权的方式改变或损毁。
阻止和检测完整性损坏。
【抗抵赖性框架】：
提供有关特定事件或行为的证据。
包括证据生成、传输、存储、恢复、验证和解决纠纷。
4.7.5 数据库系统安全设计
【数据库完整性设计原则】：
1. 根据约束类型确定实现方式。
2. 实体完整性约束和引用完整性约束是关系数据库最重要的约束。
3. 慎用触发器功能。
4. 制定完整性约束的命名规范。
5. 对业务规则进行细致测试。
6. 专职数据库设计小组负责设计和维护。
7. 采用CASE工具降低设计工作量。
【数据库完整性的作用】：
1. 防止合法用户添加不合语义的数据。
2. 利用DBMS的完整性控制机制实现业务规则。
3. 兼顾数据库完整性和系统效能。
4. 发现应用软件的错误。
5. 支持多种完整性约束。
4.7.6 安全架构设计案例分析
【基于混合云的工业安全架构设计】：
1. 【设备安全】：维护、保养和检测。
2. 【网络安全】：防火墙、入侵检测系统、漏洞扫描。
3. 【控制安全】：冗余、容错、备份、容灾。
4. 【应用安全】：服务器报警策略、用户密码策略等。
5. 【数据安全】：数据保密、数据完整性、身份认证等。
4.6 网络架构
4.6.1 基本原则
【高可靠性】：网络作为底层资源调度和服务传输的枢纽。
【高安全性】：提供基础的安全防护，如身份鉴别、访问控制。
【高性能】：支持服务所需资源的高效调度。
【可管理性】：支持基于业务部署策略的网络快速调整。
【平台化和架构化】：适应未来应用架构的变化。
4.6.2 局域网架构
【单核心架构】：网络结构简单，节省设备投资。
【双核心架构】：可靠性更高，支持网关保护或负载均衡。
【环形架构】：具备自愈保护功能，适合大规模局域网。
【层次局域网架构】：易于扩展，便于维护。
4.6.3 广域网架构
【单核心广域网】：结构简单，节省设备投资。
【双核心广域网】：可靠性更高，支持多条路径选择。
【环形广域网】：具备无缝热切换能力。
【半冗余广域网】：结构灵活，扩展方便。
【对等子域广域网】：适合区域内部访问较为独立的场景。
【层次子域广域网】：具有较好扩展性。
4.6.4 移动通信网架构
【5GS与DN互连】：通过N6接口实现互连。
【5G网络边缘计算】：支持时间敏感、高带宽的业务就近分流服务。
4.6.5 软件定义网络
【定义】：通过软件控制网络，实现网络资源的灵活配置和管理。
4.5 技术架构
4.5.1 基本原则
【成熟度控制原则】：优先使用成熟度较高但还处在活跃期的信息技术。
【技术一致性原则】：减少技术异构，充分发挥技术及其组合的一致性。
【局部可替换原则】：考虑既有技术的使用和替代。
【人才技能覆盖原则】：关注组织可用信息技术人才的驾驭能力。
【创新驱动原则】：挖掘技术的创新价值，促进组织发展。
4.5.2 架构举例
【某城市社会保险智慧治理中心的技术架构】：
1. 【技术标准】：遵循J2EE、HTML5、CSS3等标准。
2. 【基础支撑】：5G网络、物联网、应用中间件等。
3. 【应用框架技术】：分层设计，包括访问接入层、交互控制层、业务组件层、资源访问层。
4. 【应用集成技术】：单点登录、服务总线、流程引擎、消息队列等。
5. 【数据集成技术】：ETL工具、数据同步复制工具等。
6. 【数据分析技术】：BI引擎、报表引擎、GIS引擎等。
7. 【运维技术】：操作留痕、故障预警、能效监测等。
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