软件质量工程SQA-10系统架构

识别和描述各种架构，包括嵌入式系统、客户端-服务器、N-层、网络、无线、信息传递、协作平台，并分析其对质量的影响。

系统架构定义了系统级组件（包括子系统）、这些组件之间的接口，以及系统级需求对这些组件和接口的分配。系统的架构设计也可以考虑这些接口的时间和带宽。系统级组件可以是软件、数据、硬件和人（执行流程和手工操作的人），也可以包括 "流程（例如，向用户提供服务的流程）、程序（例如，操作者的指令）、设施、材料和自然实体"（ISO/IEC/IEEE 2011）。

好的系统架构解决了系统的高层次概念和抽象。低层次的细节在组件设计（也称为详细设计）活动中处理，这些活动在硬件/软件/数据/流程工程层面定义每个组件的内部结构）。系统架构的利益相关者应该能够。

• 理解系统的作用
• 理解系统如何工作
• 理解系统与环境的关系
• 在系统的一个部分工作，独立于其他部分
• 扩展系统
• 重用系统组件或部分来建立另一个系统

架构和设计的层次

架构可能包括以下几个层次：

• 企业架构。企业架构是组织级组件的结构（例如，流程、系统、人员、团队、组织子单元等），以及它们之间的关系/接口。如果软件是企业使用的架构的一部分，那么企业和它的系统都会对软件的设计产生影响。

• 系统架构。对于作为大系统一部分的软件，设计也可能包括系统的架构设计。系统层面的需求被分配到各个组成部件（子系统或包，包括硬件、软件、数据库和系统内的手工操作子系统等）。这个层次的主要设计活动是确定如何最好地将系统分离，并定义这些子系统之间的通信、接口和相互作用。较小的软件应用程序则可以跳过这一步。

• 系统的系统。系统也可能是更大的系统的一部分。例如财务系统可能时间会计系统、工资系统、应付账款系统、应收账款系统等等。系统架构定义了构成系统的系统以及这些系统之间的关系和接口。

软件架构和设计。本书第13章将介绍软件架构和设计。

《联邦企业架构的共同方法》，（见whitehouse.gov/sites/default/files/omb/assets/egov_docs/common_approach_to_federal_ea.pdf2012），其中列出了实施架构的八个层次范围。

• 国际
• 国家级
• 联邦
• 部门
• 机构
• 分段
• 系统
• 应用

嵌入式系统

嵌入式系统是具有专用功能的计算机系统，被嵌入到一个更大的系统中。例如，作为一个大系统（汽车、飞机）的组成部分的软/硬件分离系统或燃料喷射系统。如果软件被安装到一个硬件组件中，它通常被称为固件，并被存储在只读存储器（ROM）、闪存芯片或其他设备中。

嵌入式系统的能力差异很大。与个人电脑或主机相比，许多嵌入式系统只限于执行一个或有限数量的专用功能或任务。数字手表、微波炉、移动电话、交通信号灯和手持式计算器只是众多嵌入式系统中的几个例子。像现代汽车或飞机这样的系统的系统有多个嵌入式系统。医疗设备和武器系统是复杂和多功能的嵌入式系统的例子。嵌入式系统的范围可以从没有用户界面到类似于个人电脑的复杂图形用户界面。许多嵌入式系统还受到时间、尺寸、功率利用、可靠性以及系统环境所施加的其他限制。

n-层

在n层架构中，也被称为多层架构，系统在逻辑上被分解成两个或更多的层（级别），每个层都有独立的处理能力，创造了一个模块化的架构方法。n层架构中的 "n "意味着任何数字，如两层、四层、五层，等等。
定义明确的接口和信息隐藏（抽象）是分层或分层架构风格的特点。每个层与它上面和/或下面的层都有接口，并执行整个系统的部分功能。如果两个层之间的通信被切断，每个层内或不被切断的层之间的部分独立功能仍然是可能的。例如，电信网络是一个典型的分层结构。如果一个公司内部的专用交换机（PBX）失去了与本地交换机的连接，员工就不能打外部电话，但他们可能仍然能够使用同一PBX呼叫其他员工。然而，如果本地交换机与PBX有良好的连接，但失去了与五级交换机的连接，员工仍然可以互相打电话，也可能与共享同一本地交换机的其他人有有限的外部呼叫能力。

各层提供了抽象性，因为一个层不需要知道它上面或下面的层的操作是如何实现的。在分层架构中，各层可以独立添加、升级或替换，而不会对系统的其他部分产生重大影响。

客户机-服务器

客户机-服务器架构是一种特殊的双层架构。例如，企业内的许多计算机网络都是基于客户-服务器架构的。网络上的每台计算机或设备都是客户端或服务器。网络上的中央服务器计算机/设备提供服务，管理网络资源（例如，共享软件许可证），并集中大部分或全部的数据。

客户端是服务的请求者，通常运行在分散的访问终端、计算机或工作站上。这些客户端下载或访问集中的数据，共享网络资源，并利用服务器提供的集中处理能力。瘦客户机，也被称为瘦身或精简客户机，主要集中在用户界面和从服务器发送和接收输入/输出。瘦客户端的大部分或全部处理活动都依赖于服务器。通常，安装在瘦客户机上的唯一软件是用户界面、网络操作系统，以及可能是数量有限的经常使用的应用程序。相比之下，胖客户端，也被称为富客户端或厚客户端，通常安装有大量的应用程序，并在本地执行大部分的处理功能，主要依靠服务器来共享数据。厚客户机可以独立运行得更多。事实上，厚客户机可以在不连接服务器的情况下运行一段时间，只需要定期连接以刷新数据并与系统的其他部分及其用户同步。

客户机-服务器架构的优点包括：。

• 在整个网络中分散地分配角色和责任
• 资源和数据的共享
• 简化系统管理（例如，新/更新软件的单点传播和集中备份
• 可以从服务器上断开的客户端，用于工作现场远程输入和/或修改数据，再加上从分布式客户端刷新服务器上的集中共享数据库的能力
• 能够在服务器层面加强安全保护
• 潜在的低成本，特别是如果软件许可证可以经济地共享，或者可以利用低成本的设备（例如，使用瘦客户端）。

缺点可能包括。

• 在高网络流量条件下，性能下降或资源不可用
• 如果与服务器的连接被切断，客户端可用的处理水平受到限制
• 如果客户端在备份时断开连接，那么在备份未上传到服务器的组织资产时可能会出现问题。

点对点架构

点对点架构是一种分布式应用架构，它将任务或工作负载在具有同等权限的、相互连接的节点（对等体）之间进行划分。这些对等体是相互连接的，并在网络上相互共享资源，不需要使用一个或多个集中的管理系统（客户-服务器架构中的服务器）。每个对等体都可以作为网络上其他对等体的客户和服务器发挥作用。

Web

有三种主要的网络架构，包括。

• 互联网是一个连接数百万台计算机的全球网络。互联网的特点是企业对消费者（B to C）的架构，互联网页面由企业、组织和/或个人创建，向消费者提供开放的访问。这创造了一个消费者会重新访问的社区，因为有动态的内容交付能力。TCP/IP网络架构由四层组成，它们相互作用，使互联网工作，包括。

  • 应用层。该层提供的服务可由主机上的应用程序用于与同一或不同主机上的其他应用程序进行数据通信。它定义了互联网服务的运作方式以及这些服务如何被应用程序使用。例如，这些服务包括用于文件传输的FTP服务，用于网页的HTTP服务，以及用于电子邮件的简单邮件传输协议（SMTP）。
  • 传输层。该层执行主机到主机的通信。在发送方一侧，该层将应用程序要传输的信息分解成数据包，并试图传递这些数据包。在接收方一侧，该层从数据包中检索信息并将其传递给适当的应用程序。这是用两种协议之一完成的，即传输控制协议（TCP）或用户数据报协议（UCP）。
  • IP层。该层将互联网协议（IP）数据包从发端主机跨越网络边界传输到目标主机。对于发出的数据包，该层负责互联网协议（IP）数据包的寻址、路由和拥堵控制等功能。它通过传递给适当的网络接口层将数据包传送到下一跳节点。对于传入的数据包，该层检索数据包并将其发送到运输层。
  • 网络接口层。这一层也叫网络接入层，负责通过网络转发数据包，包括通过中间路由器的路由，利用其独特的互联网协议（IP）地址转发到适当的目标节点。同一消息的数据包可能采取不同的路线。有些可能永远不会到达目的地，在这种情况下，如果使用TCP协议，TCP要求对丢失或损坏的包进行重传。如果使用UDP协议，应用程序必须照顾到任何错误。

• 内联网驻扎在一个组织的防火墙后面，只有该组织内部的人才能访问。内部网通常实施企业对员工（B to E）的架构，内部网的网页整合和巩固企业信息。这使得员工能够从一个自助访问点更有效地访问和利用现有的信息，促进新信息的获取和共享，减少数据过载，并确保当前最新的信息可以随时获得。在一个组织内可以有许多门户，用于不同的部门、项目、地理位置等等。

  • 外联网指的是通过各种安全保护措施，向被授权的外部人员提供多层次访问的内联网。外联网允许组织伙伴在企业对企业（B to B或B2B）架构的基础上交换信息。外联网页面向外部合作伙伴提供商业信息和应用功能，包括对重要数据的实时访问。这可以减少合作伙伴支持活动的成本。每个门户网站都有能力根据个别合作伙伴（例如，客户、供应商和合资企业的合作伙伴）的需求进行定制和个性化。

无线

在今天的环境中，许多人需要在旅行时带着他们的计算机处理能力，而不需要通过电缆拴在网络上。人们在从一个地方到另一个地方时，需要无线访问互联网，访问存储的信息和数据，等等。例如，医生或护士可以使用个人电子设备从任何需要该信息的地方访问病人的记录。销售人员、顾问、执法人员、学生和许多其他人需要在旅行中保持联系，这可以通过他们的电子设备的无线访问来实现。无线接入通常提供给公司的客人，或在会议室或生产区使用，在那里电线可能是一个问题。

信息传递

信息传递系统架构的设计是为了接受来自其他系统的信息，或向其他系统传递信息。电子邮件系统或即时通信（IM）是信息传递系统的例子。在其最简单的形式中，一个消息传递架构。

• 接受来自外部系统的信息，确定内部收件人，并适当地路由这些信息。
• 接受来自内部的信息，确定其目的地系统，并根据需要在内部或外部进行路由。

协作平台

根据维基百科，"协作平台提供一套软件组件和软件服务，使个人能够找到对方和他们需要的信息，并能够进行交流和合作，以实现共同的商业目标"。协作平台帮助个人和团队一起工作，无论他们在地理上如何分散。协作平台的关键组成部分的例子包括。

• 通过电子邮件、数据库或联系人或客户名单传递信息，以及协调日历和日程安排工具
• 虚拟会议工具，包括即时信息、基于网络的会议、音频或视频会议，以及桌面共享。
• 通过共享文件和数据刷新、具有搜索功能的文件库以及分享想法和笔记的机制进行信息共享
• 社会计算工具，如博客、维基、聊天室和社会媒体（例如，Facebook、LinkedIn等）。