软考中级 第4章 信息系统架构

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软考中级 第4章 信息系统架构

• 1.系统架构
  • 一、架构定义
    • 基本概念
      • 信息系统架构体现各组成部分关系及与业务、技术关联
      • 系统架构重要性凸显于复杂系统
      • 系统架构规范技术和组织互动
      • 不同角度下的多种定义
    • 架构与其他因素关系
      • 设计考虑硬件和网络特性，重点在软件
      • 多种因素影响架构，架构对这些因素有反作用
    • 多角度理解
      • 架构是系统抽象，强调外部可见属性
      • 架构由多个结构组成
      • 软件有架构但不一定有文档
      • 元素及其行为构成架构内容
      • 架构有基础性
      • 架构隐含决策
  • 二、架构分类
    • 物理架构
      • 集中式架构
        • 资源集中
        • 有管理优势但规模扩大后问题多
      • 分布式架构
        • 资源分散共享，有多种模式
        • 管理协调有挑战
    • 逻辑架构
      • 功能综合体和概念性框架，按职能划分子系统
    • 系统融合
      • 横向融合
        • 同一层次职能融合
      • 纵向融合
        • 不同层次业务融合
      • 纵横融合
        • 信息和处理模型综合
  • 三、一般原理
    • 比计算机体系架构复杂，涉及人因素
    • 考虑组织多因素，建立多维度开放体系架构
    • 架构包含成分和关系，有可变和稳定部分
  • 四、常用架构模型
    • 单机应用模式
      • 运行在一台物理机上，架构简单以数据处理为核心
    • 客户端/服务器模式
      • 两层C/S
        • 胖客户端模式
      • 三层C/S与B/S结构
        • 浏览器与服务器交互
      • 多层C/S结构
        • 四层结构中间件作用大
      • 模型视图控制器模式（MVC）
        • 流行的多层C/S标准化模式
    • 面向服务架构 （SOA）模式
      • 面向服务架构
        • 多层C/S系统通信产生
      • Web Service
        • SOA在Web应用间体现
      • 本质
        • 消息机制或远程过程调用
    • 组织级数据交换总线
      • 组织内部信息交换的“高速公路”
      • 基于中间件开发
  • 五、规划与设计
    • 集成架构演进
      • 以应用功能为主线架构
        • 适合中小型企业
      • 以平台能力为主线架构
        • 企业发展后关注融合协同
      • 以互联网为主线架构
        • 适用于企业发展到产业链阶段
    • TOGAF架构开发方法
      • TOGAF基础
        • 国际组织制定，目标是解决企业业务需求
      • ADM方法
        • 定义开发企业架构步骤，多阶段环形迭代
  • 六、价值驱动的体系结构
    • 模型概述
      • 价值模型核心特征
        • 价值期望值、反作用力、变革催化剂
      • 一般方法局限性
        • 关注行为多、目标少等
    • 结构挑战
      • 体系结构挑战源于限制因素
      • 制定策略的步骤和依据
    • 模型与结构的联系
      • 价值模型与软件体系结构联系紧密
• 2.应用架构
  • 一、基本原则
    • 业务适配性原则
      • 服务业务并提升业务能力。
      • 具备灵活性与可扩展性以适应业务架构变化。
    • 应用聚合化原则
      • 整合部门级分散应用为组织级应用系统。
    • 功能专业化原则
      • 按业务功能聚合规划应用，各系统负责特定功能。
    • 风险最小化原则
      • 降低系统间耦合度，提高单个系统独立性。
    • 资产复用化原则
      • 提炼复用架构资产。
      • 建立组织级共享应用与标准体系。
  • 二、分层分组
    • 分层目的
      • 实现业务与技术分离。
      • 降低层级间耦合性。
      • 方便故障隔离。
      • 实现架构松耦合。
      • 体现以客户为中心的服务和交互模式。
    • 分组目的
      • 体现业务功能分类和聚合。
      • 指导应用系统建设，实现高内聚低耦合。
    • 某城市社会保险 智慧治理中心应用架构示例
      • 1. 治理渠道
        • 移动版应用
          • 提供多种主题相关功能，便于管理者移动查阅数据等。
        • 桌面版应用
          • 为业务管理人员提供多种服务，实现智慧治理场景。
        • 大屏应用
          • 为领导等提供主题相关可视化呈现辅助决策。
      • 2. 治理中心系统
        • 业务主题
          • 涵盖社保各方面业务。
        • 综合主题
          • 包含社保相关的多种管理和服务内容。
        • 大数据主题
          • 从多方面展现社保相关情况。
      • 3. 治理配套系统
        • 数据支撑类应用
          • 包含数据汇聚、治理、应用系统。
        • 联动服务类应用
          • 包括多种管理系统。
        • 治理监管类应用
          • 涵盖多种监管相关系统。
        • 展示交互类应用
          • 如移动治理App方便展示交互。
        • 相关系统改造
          • 对多个系统进行与智慧治理中心相关改造。
• 3.数据架构
  • 一、发展演进
    • 单体应用架构时代
      • 早期以单体应用为主。
      • 数据管理概念萌芽
      • 架构简单，关注数据模型与数据库设计。
    • 数据仓库时代
      • 因信息孤岛问题，数据仓库诞生。
      • 数据架构关注数据分布和流向。
      • 主要应用为OLAP，支持复杂分析与决策。
    • 大数据时代
      • 大数据技术兴起，架构不断演进。
  • 二、基本原则
    • 数据分层原则
      • 约束定义各层次建设目标、设计方法。
      • 依据数据生命周期分层定位。
    • 数据处理效率原则
      • 追求合理处理效率，考虑存储与处理代价。
      • 减少明细数据冗余存储和大规模搬迁。
    • 数据一致性原则
      • 支持数据管控体系。
      • 减少重复加工和冗余存储。
    • 数据架构可扩展性原则
      • 基于分层定位合理性保障扩展性。
      • 考虑存储模型和技术的可扩展性。
    • 服务于业务原则
      • 数据架构为业务服务。
      • 以业务需求为导向调整架构策略。
  • 三、架构举例 某城市社会保险智慧治理中心数据架构 采用集中式管理模式， 建设全市统一数据中心汇聚数据并形成专题库
    • 1. 源数据库
      • 包含社保内部与外部数据，是数据起点。
    • 2. 交换库
      • 作为数据“中转站”，同步源数据库数据。
    • 3. 过渡库
      • 抽取交换库数据，提高数据处理性能。
    • 4. 整合库
      • 对过渡库数据加工，为主题库提供数据源。
    • 5. 主题库
      • 根据需求提取整合库数据， 支撑治理应用与可视化展现。
• 技术架构
  • 一、基本原则
    • 成熟度控制原则
      • 考虑技术生命周期选择技术。
      • 对待新型技术需谨慎评估风险。
    • 技术一致性原则
      • 设计时保持技术一致。
      • 统一使用云环境。
      • 控制同一类型技术的版本。
    • 局部可替换原则
      • 关注已有技术的再利用与创新。
      • 管理技术的生命周期。
      • 考虑新技术的可替代性。
    • 人才技能覆盖原则
      • 依据人才技术掌握程度设计架构。
      • 关注创新领域的人才能力。
    • 创新驱动原则
      • 挖掘技术创新价值。
      • 完善周边技术构建架构。
  • 二、架构举例
    • 1. 技术标准
      • 遵循国际国内通用标准。
      • 保障与外界接轨与交流。
    • 2. 基础支撑
      • 网络支撑：依托5G和物联网。
      • 部署支撑：应用中间件提供部署支持。
      • 数据存储支撑：多种数据库提供存储支撑。
      • 计算环境支撑：Hadoop平台提供计算环境。
      • 技术组件支撑：搜索引擎和规则引擎组件。
    • 3. 应用框架技术
      • 采用分层设计。
      • 各层各司其职保障系统运行。
    • 4. 应用集成技术
      • 单点登录等技术协同各应用系统。
      • 各技术在应用系统协同中有不同作用。
    • 5. 数据集成技术
      • ETL等工具进行数据搬运与加工。
      • 各技术保障数据整合与管理。
    • 6. 数据分析技术
      • 多种引擎与算法包分析数据。
      • 各技术实现不同数据呈现与挖掘功能。
    • 7. 运维技术
      • 操作留痕等技术保障系统运维。
      • 各技术承担不同的运维保障任务。
• 网络架构
  • 一、基本原则
    • 高可靠性
      • 网络为资源调度与服务传输枢纽， 需高度可靠保障系统运行
      • 从硬件和软件确保可靠性
    • 高安全性
      • 网络自身需具备安全防护能力
      • 身份认证等对应用安全保障至关重要
    • 高性能
      • 网络是提供高质量服务的关键枢纽，需高效
      • 性能差会影响信息传输与用户体验
    • 可管理性
      • 网络可管理性包含自我管理与按业务调整能力
      • 在敏捷开发时代至关重要
    • 平台化和架构化
      • 网络应适应应用架构变化按需扩展
      • 否则无法满足业务需求会被淘汰
  • 二、局域网架构
    • 单核心架构
      • 组成
        • 一台核心交换设备与若干接入设备，用户连接入设备
      • 特点
        • 优点
          • 结构简单，降低管理复杂性
          • 节省投资，适用于小环境
          • 便于部门接入
        • 缺点
          • 地理范围小
          • 核心单点故障致网络故障
          • 扩展能力有限
          • 对核心端口密度要求高
        • 技术要点
          • 核心设备可多层交换、划分VLAN
          • 接入设备为二层交换机
          • 核心与接入设备以以太网连接
    • 双核心架构
      • 组成
        • 两台核心交换设备、接入设备与用户设备
      • 特点
        • 优点
          • 核心设备有保护能力，可靠性高
          • 网络拓扑可靠
          • 可实现网关保护与负载均衡
          • 业务路由可热切换
          • 便于用户接入与高速访问
        • 缺点
          • 设备投资高
          • 对核心端口密度要求高
        • 技术要点
          • 核心与接入设备以太网连接
          • 核心设备路由，接入设备二层转发
    • 环形架构
      • 组成
        • 多台核心交换设备形成双RPR环，连接接入与用户设备
      • 特点
        • 优点
          • RPR自愈且省光纤
          • MAC层自愈快且提供QoS
          • 环双向，带宽利用有效
        • 缺点
          • 设备投资高
          • 核心路由冗余设计难且易环路
          • 多环通信复杂
        • 技术要点
          • 核心设备三层以上交换机，VLAN通过RPR环通信
    • 层次局域网架构
      • 组成
        • 核心、汇聚、接入层交换设备与用户设备
      • 特点
        • 优点
          • 核心层高速转发
          • 汇聚层控制接入层访问，减轻核心压力
          • 拓扑易扩展
          • 故障易定位维护
        • 缺点
          • 无明显缺点
        • 技术要点
          • 核心层设备高速转发
          • 汇聚层设备控制接入层与业务交换
          • 接入层设备实现用户接入
  • 三、广域网架构
    • 单核心广域网
      • 组成
        • 一台核心路由设备与若干局域网
      • 特点
        • 优点
          • 结构简单
          • 节省投资
          • 局域网访问高效
          • 新局域网易添加
        • 缺点
          • 核心单点故障致网络故障
          • 扩展能力有限
          • 对核心端口密度要求高
        • 技术要点
          • 核心设备三层以上交换机，与局域网以太网连接
    • 双核心广域网
      • 组成
        • 两台核心路由设备与若干局域网
      • 特点
        • 优点
          • 核心设备可网关保护或负载均衡
          • 多路径提高可靠性
          • 路由热切换保障业务连续
          • 新局域网易添加
        • 缺点
          • 设备投资高
          • 核心路由冗余设计难且易环路
          • 对核心端口密度要求高
        • 技术要点
          • 核心设备三层以上交换机，与局域网以太网连接
    • 环形广域网
      • 组成
        • 三台以上核心路由器成环连若干局域网
      • 特点
        • 优点
          • 核心设备有多种功能提高可靠性
          • 多路径提高可靠性
          • 路由无缝热切换保障业务连续
          • 新局域网易添加
        • 缺点
          • 设备投资高
          • 核心路由冗余设计困难
        • 技术要点
          • 核心路由设备为三层或以上交换机
          • 核心路由设备与各局域网之间采用 10M/100M/GE 等以太网接口连接
          • 网络内各局域网之间访问需要经过核心路由设备构成的环，各局域网之间不存在其他路由设备进行互访
    • 半冗余广域网
      • 组成
        • 多个核心路由设备连若干局域网，设备间至少两条链路
      • 特点
        • 优点
          • 结构灵活易扩展
          • 部分设备可实现多种功能
          • 多路径提高可靠性
          • 路由灵活适合链路状态协议
        • 缺点
          • 网络结构零散难管理排查故障
        • 技术要点
          • 设备间至少两条链路，全连是全冗余广域网
    • 对等子域广域网
      • 组成
        • 广域网路由设备分两个子域，子域半冗余互连且通过链路互连并可访问局域网
      • 特点
        • 优点
          • 子域访问靠互连链路
          • 路由控制灵活
          • 子域间链路带宽高
        • 缺点
          • 域间路由冗余设计难且易环路
          • 有非法路由发布风险
          • 对边界设备性能要求高
          • 以动态路由为主
        • 技术要点
          • 适用于可分区域且内部访问独立的广域网
    • 层次子域广域网
      • 组成
        • 大型广域网路由设备分多个子域，子域内半冗余互连且有层次关系并可访问局域网
      • 特点
        • 优点
          • 层次结构扩展性好
          • 低层次子域通过高层次访问
          • 子域间链路带宽高
        • 缺点
          • 域间路由冗余设计难且易环路
          • 有非法路由发布风险
          • 对边界设备性能要求高
          • 以动态路由为主
        • 技术要点
          • 与上下层外网通过不同层次子域互连
  • 四、移动通信网架构
    • 5GS与DN互连
      • 连接方式
        • 5GS通过UPF经N6接口与DN连接，UE业务流双向路由转发
      • 接入模式
        • 透明模式
          • 5GS经UPF连运营商IP网再经防火墙等连DN
          • UE用运营商IP，5GS提供QoS
        • 非透明模式
          • 5GS可直接或经其他IP网访问内部网络/ISP
          • 建立专用隧道，UE用内部IP，需认证后访问
    • 5G网络边缘计算
      • 架构特点
        • 在移动网络边缘部署UPF与MEP，为用户提供就近分流服务
      • 策略配置
        • AF触发，PCF配置，SMF根据用户位置动态操作
      • 业务连续性
        • 提供三种SSC模式供选择
  • 五、软件定义网络
    • 与传统网络对比
      • 传统网络固定难适应变化
      • 软件定义网络灵活智能可按需调整
    • 企业应用示例
      • 可根据不同部门需求动态分配资源
      • 满足市场部门活动带宽需求
      • 满足研发部门低延迟需求
    • 意义
      • 打破传统限制，适应复杂需求，提供新思路
• 安全架构
  • 一、安全威胁
    • 混合云环境下的安全挑战
      • 混合云组合公有云和私有云特点，企业使用面临安全挑战
    • 信息系统面临的多方面威胁
      • 业务依赖与安全风险并存
      • 技术滥用导致威胁
    • 常见的安全威胁类型
      • 多种威胁类型如信息泄露等
  • 二、定义和范围
    • 安全架构的细分
      • 系统安全架构
        • 构建信息系统自身安全
      • 安全技术体系架构
        • 构建安全技术体系
      • 审计架构
        • 提供风险发现能力
    • 安全架构设计的目标
      • 识别安全威胁并提出安全技术方案
  • 三、整体架构设计
    • WPDRRC模型
      • 模型介绍
        • 我国提出的安全保障体系模型含六环节和三要素
      • 1. 各环节的作用
        • 预警
          • 探查薄弱点传递消息提建议
        • 保护
          • 利用安全技术保护网络与信息
        • 检测
          • 检查网络和系统发现威胁
        • 响应
          • 对安全事件做出反应调整系统
        • 恢复
          • 恢复受破坏的网络、数据和服务
        • 反击
          • 侦察提取犯罪证据
    • 架构设计
      • 系统安全保障体系
        • 安全区域策略的确定
          • 按区域制定安全策略
        • 统一配置和管理防病毒系统
          • 建立整体防御策略
        • 网络与信息安全管理
          • 加强管理制定制度
      • 信息安全体系架构
        • 物理安全
          • 保护计算机网络设备等
        • 系统安全
          • 包括网络、操作系统和应用系统安全
        • 网络安全
          • 多种安全措施保障网络安全
        • 应用安全
          • 涉及共享资源和信息存储安全
        • 安全管理
          • 体现在体制、平台、意识三方面
    • 设计要点
      • 系统安全 设计要点
        • 网络结构安全
          • 关注网络拓扑等结构安全
        • 操作系统安全
          • 防范漏洞升级系统
        • 应用系统安全
          • 应关注应用服务器相关安全
      • 网络安全 设计要点
        • 隔离与访问控制
          • 制定严格管制制度
        • 防火墙
          • 基本有效的安全隔离控制措施
      • 应用安全 设计要点
        • 资源共享
          • 控制内部员工使用共享资源
        • 信息存储
          • 控制主机服务开放备份数据库
      • 安全管理 设计要点
        • 制定健全体制员
          • 制定制度任命管理人员
        • 构建管理平台
          • 从技术防护实现全网管理
        • 培训员工意识
          • 提高员工安全防范意识
  • 四、网络安全架构设计
    • OSI安全架构
      • 模型介绍
        • 规定通信规则保证信息安全交换
      • 防御方式
        • 多点技术防御
          • 不同地点设防御抵御攻击
        • 分层技术防御
          • 使用多个防御机制
        • 支撑性基础设施
          • 包括公钥和检测响应基础设施
    • 认证框架
      • 鉴别目的和背景
        • 防止身份占用在特定关系下有意义
      • 鉴别方式
        • 基于五种特性的鉴别方式
      • 鉴别服务阶段
        • 包括多个服务阶段
    • 访问控制框架
      • 访问控制目的和基本功能
        • 决定资源使用阻止未授权访问
      • 相关概念和组成部分
        • 包括相关概念各有作用
  • 五、数据库系统安全设计
    • 数据库完整性设计原则
      • 确定约束实现层次和方式
        • 根据约束确定实现层次和方式
      • 应用重要约束
        • 实体和引用完整性约束的应用
      • 慎用触发器
        • 避免不当使用带来问题
      • 制定命名规范
        • 方便识别和记忆
      • 测试完整性
        • 根据业务规则测试排除冲突
      • 设专职小组
        • 负责数据库相关工作
      • 用CASE工具
        • 降低工作量支持生命周期
    • 数据库完整性的作用
      • 防止不合语义数据添加
        • 像守门员阻止不合规数据
      • 实现业务规则
        • 利用机制实现业务规则
      • 兼顾完整性和效能
        • 兼顾数据库和系统效能
      • 发现软件错误
        • 有助于发现软件错误
    • 数据库完整性设计示例
      • 需求分析阶段
        • 确定系统模型对象和业务规则
      • 概念结构设计阶段
        • 转换需求为概念模型
      • 逻辑结构设计阶段
        • 换概念结构为数据模型
  • 六、安全架构设计案例解析
    • 企业需求与混合云背景
      • 大型企业跨区域管理需求与混合云挑战
    • 架构介绍
      • 安全生产管理系统架构各层功能
    • 安全问题考虑
      • 设备安全
        • 控制有害因素保障设备安全
      • 网络安全
        • 保护网络硬件、软件和数据
      • 控制安全
        • 包括事故管理和隐患消除
      • 应用安全
        • 保障应用程序使用安全
      • 数据安全
        • 确保数据保护和合法利用