1.3 常规信息系统集成技术

系统集成是指将计算机软件,硬件,网络通信等技术和产品集成为能够满足用户特定需求的信息系统,包括总体策划,设计开发,实施,服务及保障.

1.3.1 网络标准与网络协议
网络协议是为计算机网络中进行数据交换而建立的规则,标准或约定的集合.网络协议由三个要素组成,分别是语义,语法和时序.

三要素可描述为:语义表示要做什么,语法表示要怎么做,时序表示做的顺序.

语义: 是解释控制信息每个部分的含义,它规定了需要从何种控制信息,以及完成的动作与做出什么样的响应
语法: 是用户数据与控制信息的结构与格式,以及数据出现的顺序
时序: 是对时间发生顺序的详细说明

1.OSI协议
国际标准化组织(ISO),国际电报电话咨询委员会(CCITT)联合制定的开放系统互联参考模型(OSI),其目的是为异种计算机互连提供一个共同的基础和标准框架,并为保持相关标准的一致性和兼容性提供共同的参考.OSI采用了分层的结构化技术,从下到上共分为七层:

1). 物理层: 该层包括物理联网媒介,如电缆连线连接器.该层的协议产生并检测电压以便发送和接收携带数据的信号.
2). 数据链路层: 它控制网络层和物理层之间的通信.主要功能是将从网络层接收到的数据分割成特定的可被物理层传输的帧.
3). 网络层: 其主要功能是将网络地址(例:IP地址)翻译成对应的物理地址(例:网卡地址),并决定如何将数据从发送方路由到接收方.
4). 传输层: 主要负责确保数据可靠,顺序,无措的从A点传输到B点.在TCP/IP协议中,具体协议有TCP,UDP,SPX.
5). 会话层: 负责在网络中的两节点之间建立和维持通信,以及提供交互会话的管理功能,如三种数据流方向的控制,即一路交互,两路交替和两路同时会话模式,常见协议有RPC,SQL,NFS.
6). 表示层: 如同应用程序和网络之间的翻译官,该层,数据将按照网络能理解的方案进行格式化,这种格式化也因所使用的网络的类型不同而不同.管理数据的解密加密,数据转换,格式化和文本压缩.常见协议有JPEG,ASCII,GIF,DES,MPEG.
7). 应用层: 负责对软件提供接口以使程序能使用网络服务,如事务处理程序,文件传送协议和网络管理等.在TCP/IP协议中,常见的协议由HTTP,Telnet,FTP,SMTP.

2.网络协议和标准

IEEE802规范定义了网卡如何访问传输介质(如光缆,双绞线,无线等),以及如何在传输介质上传输数据的方法,还定义了传输信息的网络设备之间的连接建立,维护和拆除的途径.
IEEE802详细内容网上有很多详细介绍.

3.TCP/IP
Internet 又称互联网,是一个不受政府管理和控制的,包括成千上万相互协作的组织和网络的集合体,TCP/IP协议是Internet的核心.

1). 应用层协议
在应用层中,定义了很多面向应用的协议,应用程序通过本层协议利用网络完成数据交互的任务.这些协议主要有FTP,TFTP,HTTP,SMTP,DHCP,Telnet,DNS和SNMP等.

FTP(文件传输协议): 是网络上两台计算机传送文件的协议,运行在TCP之上,通过internet将文件从一台计算机传输到另一台计算机的一种途径.FTP的传输模式包括Bin(二进制)和ASCII(文本文件)两种,除了文本文件之外,都应该使用二进制模式传输.FTP在客户机和服务器之间需要建立两条TCP连接,一条用于传送控制信息(使用21号端口),另一条用于传送文件内容(使用20号端口).
TFTP(简单文件传输协议): 是用来在客户机与服务器之间进行简单文件传输的协议,提供不复杂,开销不大的文件传输服务.TFTP建立在UDP(用户数据报协议)之上,提供不可靠的数据流传输服务,不提供存取授权和认证机智,使用超时重传方式来保证数据的到达.
HTTP(超文本传输协议): 适用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议.它可以使浏览器更加高效,使网络传输减少.HTTP建立在TCP之上,它不仅保证计算机正确快速的传输超文本文档,还确定传输文档中的哪一部分,以及哪部分内容首先显示等.
SMTP(简单邮件传输协议): 建立在TCP之上,是一种提供可靠且有效的电子邮件传输的协议.SMTP是建模在FTP文件传输服务上的一种邮件服务,主要用于传输系统之间的邮件信息,并提供与电子邮件有关的通知.
DHCP(动态主机配置协议): 建立在UDP之上,基于客户机/服务器模型设计的,所有的IP网络设定数据都有DHCP服务器集中管理,并负责处理客户端的DHCP要求;而客户端则会使用从服务器分配下来的IP环境数据.DHCP通过租约(默认为8天)的概念,有效且动态的分配客户端的TCP/IP设定.当租约过半时,客户机需要向DHCP服务器申请续租;当租约超过87.5%时,如果仍然没有和当初提供IP的DHCP服务器联系上,则开始联系其他的DHCP服务器.DHCP分配的IP地址可以分为三种分配方式,分别是固定分配,动态分配和自动分配.
Telnet(远程登录协议): 是登录和仿真程序,建立在TCP之上,它的基本功能是允许用户登录进入远程计算机系统.以前,Telnet是一个将所有用户输入送到远程计算机进行处理的简单的终端程序.目前,它的一些较新的版本是在本地执行更多的处理,可以提供更好的响应,并且减少了通过链路发送到远程计算机的信息数量.
DNS(域名系统): 在Internet上域名与IP地址是一一对应的,域名虽然便于人们记忆,但机器之间只能相互认识IP地址,他们之间的转换工作成为域名解析,域名解析需要有专门的域名解析服务器来完成,DNS就是进行域名解析的服务器.DNS通过对用户友好的名称查找计算机和服务.当用户在应用程序中输入DNS名称是,DNS服务可以将此名称解析为与之相关的其他信息,例如,IP地址.
SNMP(简单网络管理协议): 是为了解决Internet上的路由器管理问题而提出的,它可以在IP,IPX,AppleTalk和其他传输协议上使用.SNMP是指一系列网络管理规范的集合,包括协议本身,数据结构的定义和一些相关概念.目前SNMP已成为网络管理领域中事实上的工业标准,并被广泛支持和应用,大多数网络管理系统和平台都是基于SNMP的.

2).传输层协议
传输层主要有两个传输协议,分别是TCP和UDP(用户数据报协议),这些协议负责提供流量控制,错误校验和排序服务.

TCP是整个TCP/IP协议族中最重要的协议之一,它在IP协议提供的不可靠数据服务的基础上,采用了重发技术,为应用程序提供了一个可靠的,面向连接的,全双工的数据传输服务.TCP协议一般用于传输数据量比较少,且对可靠性要求高的场合.
UDP是一种不可靠的,无连接的协议,可以保证应用程序进程间的通信,与TCP相比,UDP是一种无连接的协议,他的错误检测功能要弱得多.可以这样说,TCP有助于提供可靠性,而UDP则有助于提高传输速率.UDP协议一般用于传输数据量大,且对可靠性要求不是很高,但要求速度快的场合.

3).网络层协议
网络层中的协议主要有IP,ICMP(网际控制报文协议),IGMP(网际组管理协议),ARP(地址解析协议)和RARP(反向地址解析协议)等,这些协议处理信息的路由和主机地址解析.

IP所提供的服务通常被认为是无连接的和不可靠的,它将差错检测和流量控制之类的服务授权给了其他的个层协议,这正是TCP/IP能搞高效率工作的一个重要保证.网络层的功能主要有IP来提供,除了提供端到端的分组分发功能外,IP还提供了很多扩充功能.例如,为了克服数据链路层对帧大小的限制,网络层提供了数据分析和重组功能,这使得很大的IP数据包能以较小的分组在网络上传输.
ARP用于动态的完成IP地质想物理地址的转换.
ICMP是一个专门用于发送差错报文的协议,由于IP协议是一种尽力传送的通信协议,即传送的数据可能丢失,重复,延迟或乱序传递,所以需要一种尽量避免差错并能在发生差错时报告的机制,这就是ICMP的功能.
IGMP允许Internet中的计算机参加多播,是计算机用做向相邻多目路由器报告多目组成员的协议.多目路由器是支持组播的路由器,它向本地网络发送IGMP查询,计算机通过发送IGMP报告来应答查询.多目路由器负责将组播包转发到网络中所有组播成员

1.3.2 网络设备
当前,信息在网络中的传输主要有以太网技术和网络交换技术,而网络交换技术日渐普及.
网络交换是指通过一定的设备,将不同的信号或者信号形式转换为对方可是本的信号类型从而达到通信目的的一种交换形式,常见的有数据交换,线路叫唤,报文交换和分组交换.

中继器: 物理层. 对接收信号进行再生和发送,只起到扩展传输距离用,对高层协议是同名的,单使用个数有限(以太网中只能使用4个).
网桥: 数据链路层. 根据帧物理地址进行网络之间的信息转发,可缓解网络通信繁忙度,提高效率,只能够链接相同MAC层的网络.
路由器: 网络层. 通过逻辑地址进行网络之间的信息转发,可完成异构网络之间的互联互通,只能连接使用相同网络层协议的子网
网关: 高层(第4~7层), 最复杂的网络互联设备,用于连接网络层以上执行不同协议的子网
集线器: 物理层, 多端口中继器
二层交换机: 数据链路层, 是指传统意义上的交换机,多端口网桥.
三层交换机: 网络层,带路由功能的二层交换机.
多层交换机: 高层(第4~7层),带协议转换的交换机.

1.3.3 网络服务器
网络服务器是指在网络环境下运行相应的应用软件,为网上用户提供共享信息资源和各种服务的一种高性能计算机(或者计算机集群),英文名称Service.
1.3.4 网络存储技术
目前,主流的网络处处技术主要有三中,分别是直接附加存储(DAS),网络附加存储(NAS)和存储区域网络(SAN).

直接附加存储:

DAS是将存储设备通过SCSI(小型计算机系统接口)电缆直接连接到服务器,其本身是硬件的堆叠,存储操作依赖于服务器,不带有任何存储操作系统,因此,有些文献也将DAS成为SAS(服务器附加存储).DAS的使用环境如下:
1). 服务器在地理分布上很分散,通过SAN或NAS在它们之间进行互连非常困难时;
2). 存储系统必须被直接连接到应用服务器上时;
3).包括许多数据库应用和应用服务器在内的应用,它们需要直接连接到存储器上时;
由于DAS直接将存储设备连接到服务器上,这导致它在传递距离,连接数量,传输速率等方面都受到限制.因此,当存储容量增加时,DAS方式很难扩展,这对存储容量的升级是一个巨大的瓶颈;另一方面,由于数据的读取都要通过服务器来处理,必然导致服务器的处理压力增加,数据处理和传输能力将大大降低;此外,当服务器出现宕机等异常时,也会波及到存储数据,无法使用.目前,DAS基本上已经被NAS所代替.

网络附加存储

采用NAS技术的存储设备不再通过I/O总线附属于某个特定的服务器,而是通过网络接口与网络直接相连,由用户通过网络访问.
NAS存储设备类似于一个专用的文件服务器,它去掉了通用服务器的大多数计算功能,而仅仅提供文件系统功能,从而降低了设备的成本.并且为方便存储设备到网络之间以最有效的方式发送数据,专门优化了系统硬软件体系结构.NAS以数据为中心,将存储设备与服务器分离,其存储设备在功能上完全独立于网络中的主服务器.客户机与存储设备之间的数据访问不再需要文件服务器的干预,同时它允许客户机与存储设备之间进行直接的数据访问,所以不仅响应速度快,而且数据传输速率也很高.
NAS技术支持多种TCP/IP网络协议,主要是NFS(网络文件系统)和CIFS(通用Internet文件系统)来进行文件访问,所以NAS的性能特点是进行小文件级的共享存取.在具体使用时,NAS设备通常配置为文件服务器,通过使用基于Web的管理界面来实现系统资源的配置,用户配置管理和用户访问登录等.
NAS存储支持即插即用,可以在网络的任意位置建立存储.基于Web管理,从而使设备的安装,使用和管理更加容易.NAS可以很经济的解决存储容量不足的问题,但难以获得满意的性能.

存储区域网络
SAN是通过专用交换机将磁盘阵列与服务器连接起来的高速专用子网.它没有采用文件共享存取方式,而是采用块(block)级别存储.SAN是通过专用高速网将一个或多个网络存储设备和服务器连接起来的专用存储系统,其最大特点是将存储设备从传统的以太网中分离了出来,成为独立的存储区域网络SAN的系统结构.
根据数据传输过程采用的协议,其技术划分为FC SAN,IP SAN 和IB SAN技术.
1). FC SAN FC(光纤通道)和SCSI接口一样,最初也不是为硬盘设计开发的接口技术,而是专门为网络系统设计的,随着存储系统对速度的需求,才逐渐应用到硬盘系统中.光纤通道的主要特点有:热插拔性,高速宽带,远程连接,连接设备数量达等.FC SAN由三个基本的组成组件构成,分别是接口(SCSI,FC),连接设备(交换机,路由器) 和协议(IP,SCSI).这三个组件再加上附加的存储设备和服务器就构成一个SAN系统.它是专用,高速,高可靠的网络,允许独立,动态的增加存储设备,使得管理和集中控制更加简化.FC SAN有两个较大的缺陷,分别是成本和复杂性,其原因就是因为使用了FC.在光纤通道上部署的SAN,需要每个服务器都要有FC适配器,专用的FC交换机和独立的布线基础架构.这些设施是成本大幅增加,更不用说精通FC协议的人员培训成本.
2). IP SAN 是基于IP网络实现数据块级别存储方式的存储网络.由于设备成本低,配置技术简单,可共享和使用大容量的存储空间,因而逐渐获得广泛的应用.在具体应用上,IP存储主要是指iSCSI(internet SCSI).iSCSI基于IP网络实现SAN架构,既具备了IP网络配置和管理简单的优势,有提供了SAN架构所拥有的强大功能和扩展性.iSCSI是连接到一个TCP/IP网络的直接寻址的存储库,通过使用TCP/IP协议对SCSI指令进行封装,可以使指令能够通过IP网络进行传输,而过程完全不依赖与地点.
3). IB SAN IB(无线宽带)是一种交换结构I/O技术,其设计思路是通过一套中心机构(IB交换机)在远程存储器,网络以及服务器等设备之间建立一个单一的连接链路,并有IB交换机来指挥流量.这种结构设计的非常紧密,大大提高了系统的性能,可靠性和有效性,能缓解各硬件设备之间的数据流量拥塞.而这是许多共享总线式技术没有解决好的问题,因为在共享总线环境中,设备之间的连接都必须通过指定的端口建立单独的链路.
网络存储技术的目的都是为了扩大存储能力,提高存储性能.这些存储技术都能提供集中化的数据存储并有效存取文件;支持多种操作系统,并允许用户通过多个操作系统同时使用数据;可以从应用服务器上分离存储,并提供数据的高可用性;同时,都能通过集中存储管理来降低长期的运营成本.因此,从存储的本质上来看,他们的功能都是相同的.事实上,他们之间的区别正在变得模糊,所有的技术都在用户的存储需求下接受挑战.在实际应用中,需要根据系统的业务特点和要求(例如:环境要求,性能要求,价格要求等)进行选择.
1.3.5 网络接入技术
目前,接入internet的主要方式可分为两个大的类别,即有线接入和无线接入.其中有线接入方式包括PSTN,ISDN,ADSL,FTTx+LAN和HFC等,无线接入方式包括GPRS,3G和4G接入等.
PSTN接入: PSTN(公用交换电话网络)是指利用电话线拨号接入Internet,通常计算机需要安装一个modem(调制解调器),讲电话线插入到Modem上,在计算机上利用拨号程序输入接入号码进行接入.PSTN的速度较低,一般低于64kb/s.
ISDN接入: ISDN(综合业务数字网) 俗称一线通,是在电话网络的基础上构造的纯数字方式的综合业务数字网,能为用户提供包括语音,数据,图像和传真等在内的各类综合业务.
ADSL接入: ADSL(非对称数字用户线路) 的服务端设别和用户端设备之间通过普通的电话线链接,无需对如何线缆进行改造,就可以为现有的大量电话用户提供ADSL宽带接入.随着标准和技术的成熟及成本的不断降低,ADSL日益受到电信运营商和用户的欢迎,成为接入Internet的主要方式之一.ADSL的特点是上行速度和下行速度不一样,并且往往是下行速度大雨上行速度.
目前,比较成熟的ADSL标准主要有两种,分别是G.DMT和G.Lite.G.DMT是全速率的ADSL标准,提供8Mb/s的下行速率和1.5Mb/s的上行速率,但要求用户安装分离器.而G.Lite是一种熟虑交满的ADSL,他不需要在用户端进行线路的分离.G.Lite最大下行速率1.5Mb/s,上行512Kb/s.
FTTx + LAN接入: 光纤通信是指利用光导纤维传输光波信号的一种通信方法,相对一以电为媒介的通信方式而言,光纤通信的主要有点油传输斌贷款,信息容量大,传输损耗小,抗电磁干扰能力强,线径细,重量轻,资源丰富等.
HFC接入: 同轴光纤技术(HFC)是将光缆敷设到小区,通过光电转换节点,利用有线电视的总线式同轴电缆连接到用户,提供综合电信业务的技术.这种方式可以充分利用CATV原有的网络,由于具有建网快,造价低等特点,使其逐渐成为最佳的接入方式之一.
无线接入: 无线网络是指以无线电波作为信息传输媒介.WiFi和4G.

1.3.6 网络规划与设计
网络工程可分为网络规划,网络建设和网络实施三个阶段.
发

网络规划
网络规划是网络建设过程中非常重要的环节.同时也是一个系统性的过程.网络规划应该以需求为基础,同时考虑技术和工程的可行性.网络规划包括网络需求分析,可行性分析和对现有网络的分析与描述.
网络设计
该阶段通常包括确定网络总体目标和设计原则,进行网络总体设计和拓扑结构设计,确定网络选型和进行网络安全设计等方面的内容.为了能够更好地分析与设计复杂的大型网络,在计算机网络设计中,主要采用分层(分级)设计模型,它类似于软件工程中的结构化设计.通过一些通用规则来设计网络,就可以简化设计,优化宽带的分配和规划.在分层设计中,引入了三个关键层的概念,分别是核心层,汇聚层和接入层.
接入层: 网络中直接棉线用户连接活访问网络的部分.目的是允许终端用户连接到网络,因此,接入层交换机(或路由器)具有低成本和高端口密度特性.
汇聚层: 是核心层和接入层的分界面,完成网络访问策略控制,数据包处理,过滤,寻址,以及其他数据处理任务.汇聚层交换机是多台接入层交换机的汇聚点,它必须能够处理来自接入层设备的所有通信量,并提供到核心层的上行链路,因此,汇聚层交换机与接入层交换机比较,需要有更高的性能,更少的接口和更高的交换速率.
核心层: 网络主干部分称为核心层,主要目的在于通过高速转发通信,提供优化,可靠的骨干传输结构,因此,核心层交换机应拥有更高的可靠性,性能和吞吐量.核心层为网络提供了骨干组件或高速交换组件,在纯粹的分层设计中,核心层只完成数据交换的特殊任务,需要根据网络需求的地理距离,信息流量和数据负载的轻重来选择核心层技术.在主干网中,考虑到高可用性的需求,通常会使用双星(树)结构,即采用两台同样的交换机,与汇聚层交换机分别链接,并使用链路聚合技术实现双机互联.

网络设计工作包括:

网络拓扑结构设计: 确立网络的物理拓扑结构是整个网络方案规划的基础,物理拓扑结构的选择往往和地理环境分布,传输介质与距离,网络传输可靠性等因素紧密相关.
主干网络(核心层)设计: 主干网技术的选择,要根据以上需求分析中用户方网络规模大小,网上传输信息的种类和用户方可投入的资金等因素来考虑.
汇聚层和接入层设计: 汇聚层的存在与否,取决于网络规模的大小.
广域网连接与远程访问设计: 根据网络规模的大小,网络用户的数量,来选择对外连接通道的技术和宽带.
无线网络设计: 目的就是为了解决有线网络无法客服的困难.
网络安全设计: 机密性,完整性,可用性,可控性,可审查性.通常需要制定安全策略,用户验证,加密,访问控制,审计和管理.
设备选型:

1.3.7 数据库管理系统

目前,常见的数据库管理系统主要有Oracle,MySQL,SqlServer,MongoDB等.前三种为关系型数据库,儿MongoDB是菲关系型数据库.
Oracle是流行的关系数据库管理系统,系统可移植性好,使用方便,功能强,适用于各类大,中,小,微机环境,它是一种高效率,可移植性好的适应高吞吐量的数据库解决方案.
MySQL 是一个关系型数据库管理系统,目前属于Oracle旗下产品.大量小型web应用都采用该数据库管理系统采用了双授权政策,分为社区版和商业版,体积小,速度快,总体成本低,开源,一般中小型网站的开发都选择MySQL作为网站数据库.
SQL Server 分布式体系结构把应用程序对数据库的访问和数据库引擎分离开来,核心数据库服务器运行在基于Windows的服务器之上,基于Windows的服务器一般通过一台局域网与多个客户机系统连接.这些客户机系统一般是运行SQL Server客户机软件的PC机,既可以是单独的桌面系统,也可以是其他网络服务的平台,例如 IIS Web服务器.
MongoDB 是一个基于分布式文件存储的数据库,有C++语言编写,旨在为Web应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案.

1.3.8 数据仓库技术

先理解一些相关基础概念:

ETL(清洗/转换/加载): 用户从数据源抽取出所需的数据,经过数据清洗,转换,最终按照预先定义好的数据仓库模型,将数据加载到数据仓库中去.
元数据: 关于数据的数据,指在数据仓库建设过程中所产生的有关数据源定义,目标定义,转换规则等相关的关键数据.同时元数据还包含关于数据含义的商业信息.典型的元数据包括:数据仓库表的结构,数据仓库表的属性,数据仓库的源数据(记录系统),从记录系统到数据仓库的映射,数据模型的规格说明,抽取日志和访问数据的公用例行程序等.
粒度: 数据仓库的数据单位中保存数据的细化或综合程度的级别.细化层度越高,粒度级就越小.
分割: 结构相同的数据被分成多个数据物理单元.任何给定的数据单元属于且仅属于一个分割.
数据集市: 小型的,棉线故们或工作组级数据仓库.
ODS(操作数据存储): 能支持企业日常的全局应用的数据集合,是不同于DB的一种新的数据环境,是DW扩展后得到的一个混合形式.四个基本特点:面向主题的,集成的,可变的,当前或接近当前的.
数据模型: 逻辑数据结构,包括有数据库管理系统为有效进行数据库处理提供的操作和约束;用于表示数据的系统.
人工关系: 在决策支持系统环境中用于表示参照完整性的一种设计技术.

数据仓库是一个面向主题的,集成的,非易失的,且随时间变化的数据集合,用于支持管理决策.

数据源: 整个系统的数据源泉.
数据的存储与管理: 真个数据仓库系统的核心.
OLAP服务器: 对分析需要的数据进行有效集成,按多维模型予以组织,以便进行多角度,多层次的分析,并发现趋势.
前段工具: 主要包含查询工具,报表工具,分析工具,数据挖掘工具以及各种机遇数据仓库或数据集市的应用开发工具.

1.3.9 中间件技术

一下是两种弄普遍比较认可的定义:
1). 在一个分布式系统环境中处于操作系统和应用程序之间的软件.
2).中间件是一个独立的系统软件或服务程序,分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源,中间件位于客户机服务器的操作系统之上,管理计算资源和网络通信.

中间件作为一大类系统软件,与操作系统,数据库管理系统并称"三套车",优越性体现在:缩短应用的开发周期,节约应用的开发成本,减少系统初期的建设成本,降低应用开发的失败率,保护已有的投资,简化应用集成,减少维护费用,提高应用的开发质量,保证技术进步的连续性,增强应用的生命力.

1.3.10 高可用性和高可靠性的规划与设计

可用性: 是系统能够正常运行的时间比例.
可靠性: 是软件系统在应用或系统错误面前,在意外或错误使用的情况下,维持软件系统的功能特性的基本能力

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