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架构设计 相关文档希望互相学习共同进步风123456789-CSDN博客系统架构设计 相关文章【架构专栏】架构考试介绍【架构专栏】架构知识点知识总览共19章内容主要包括11绪论、2计算机系统、3信息系统、4信息安全技术、5软件工程26数据库设计、7系统架构设计基础知识38系统质量属性与架构评估、9软件可靠性、10软件架构演化与维护、11未来信息综合技术412信息系统架构设计、13层次式架构设计、14云原生架构设计、15面向服务架构设计、16嵌入式系统架构设计、17通信系统架构设计、18安全架构设计、19大数据架构设计本文学习第2章 计算机系统基础知识 3/3以下为个人笔记希望有所帮助共同学习。2.1 计算机系统概述2.2 计算机硬件2.3 计算机软件 见【架构专栏】第2章 计算机系统基础知识 1/32.4 嵌入式系统及软件 见【架构专栏】第2章 计算机系统基础知识 2/32.5 计算机网络2.6 计算机语言2.7 多媒体2.8 系统工程2.9 系统性能第2章 计算机系统基础知识 3/32.5 计算机网络计算机网络利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来并依靠网络软件及通信协议实现资源共享和信息传递的系统。2.5.1 网络的基本概念1.计算机网络技术通信技术、网络技术、组网技术、网络工程四个方面。2.计算机网络的功能数据通信、资源共享、管理集中化、实现分布式处理、负载均衡。3.网络有关指标1性能指标速率、带宽、吞吐量、时延、往返时间、利用率2非性能指标费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性、可升级性、易管理性和可维护性2.5.2 计算机网络技术2.5.2.1 通信技术计算机网络 是利用通信技术将数据从一个结点传送到另一结点的过程。这里的数据指的是模拟信号、数字信号它们通过信道来传输。通信技术是网络的基础。1.信道信道分为物理信道、逻辑信道。物理信道由传输介质和设备组成可分为无线信道、有线信道。逻辑信道在数据发送端、接收端之间存在的一条虚拟线路可以 有连接 或 无连接的。逻辑信道 以物理信道为载体。2.信息传输信息传输信源 和信宿 通过信道 收发信息的过程。1信源发消息2发信机将信息转换为适合在信道上传输的信号包括 编码、调制3信道 是信息的传输通道4收信机负责从信道上接收信号将信息恢复 -- 发给 信宿。包括 解调、译码注意不是所有频率的信号都可以通过信道传输可以通过的频率范围信道带宽的大小通信系统模型1)奈奎斯特定理极限速率若信道带宽为W, 则最大码元速率 B2W(Baud 波特)一个码元携带的信息量n 位与 码元的种类数N 的关系数据速率R (bps) 码元速度B 波特N是码元种类数2)香农定理有噪声极限速率信道容量就是信道的最大传输速率可通过香农公式计算得到C WC 信道容量单位是 bpsW信道带宽单位是 HzS 信号的平均功率单位是 WN 噪声平均功率 单位是 WS/N 信噪比单位是 dB (分贝)由于在实际使用中信噪比 S/N 的比值太大故常取其分贝数dB分贝与信噪比的关系为提升信道容量 可以使用比较大的带宽降低信噪比也可使用比较小的带宽升高信噪比信号变换1发信机进行的信号处理信源编码将模拟信号转换为数字信号信道编码通过增加冗余信息 便于检错和纠错解决噪声干扰问题交织将信道编码之后的数据顺序按照一定规律打乱可使连续误码变成零星误码、脉冲成形将发送数据转换成合适的波形、调制将信息承载到满足信号要求的高频载波信号2收信机进行的信号处理相反解调、采样判决、反交织、信道译码、信源译码3.复用技术和多址技术同时传递多路数据需要复用技术、多址技术。复用技术在一条信道上同时传输多路数据的技术(TDM 时分复用、FDM 频分复用、CDM码分复用)多址技术在一条线上同时传输多个用户数据的技术在接收端把多个用户的数据分离TDMA 时分多址、FDMA 频分多址、CDMA 码分多址4. 5G 通信技术5G 通信网络。作为新一代的移动通信技术网络结构、网络能力和应用场景等都与过去有很大不同具有高速率、低时延、接入用户数高等优点。◆作为新一代的移动通信技术5G的特征体现在以下方面1基于OFDM优化的波形和多址接入2实现可扩展的OFDM间隔参数配置3OFDM 加窗提高多路传输效率4灵活框架设计5大规模MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 最多256根天线6毫米波频率大于24GHz以上的频段7频谱共享8先进的信道编码设计如低密度奇偶校验LDPC、Polar码等。2.5.2.2 网络技术网络通常按照网络的覆盖区域和通信介质等特征来分类分为局域网 (LAN)、 无线局域网 (WLAN)、城域网 (MAN)、广域网 (WAN) 、移动通信网 等。1.局域网 LAN局域网常见的5种标准拓扑结构分别是总线型、星型、环型、树型、网状型无线局域网 WLAN技术标准 IEEE 802.11拓扑结构3种形式点对点型节点对等、HUB型一个中心 若干外围节点完全分布型理论阶段2.城域网 MAN城域网是在单个城市范围内所建立的计算机通信网简称 MAN时延较小传输媒介 主要采用光缆。 传输速率 100 Mb/s 以上IEEE 802.6城域网 分为3个层次核心层、汇聚层、接入层1核心层主要提供高带宽的业务承载和传输完成和已有网络的互联互通其特征为宽带传输和高速调度。2汇聚层主要功能是给业务接入结点提供用户业务数据的汇聚和分发处理同时要实现业务的服务等级分类。3接入层利用多种接入技术进行带宽和业务分配实现用户的接入。3.广域网 WAN1) 广域网 相关技术同步光网络SONET利用光纤进行数字化信息通信、数字数据网DDN利用数字信道提供半永久性连接电路以传输数据、帧中继FR数据包交换技术、异步传输技术ATM以信元为基础的面向连接的一种分组交换和复用技术。2) 广域网具有下述 特点1)主要提供面向数据通信的服务支持用户使用计算机进行远距离的信息交换。2)覆盖范围广通信的距离远广域网没有固定拓扑结构。3)由电信部门或公司负责组建、管理和维护并向全社会提供面向通信的有偿服务等。3) 广域网 分为公共传输网络、专用传输网络、无线传输网络。公共传输网络给任何部门和单位使用。 大体分为电路交换网络、分组交换网络专用传输网络由单个组织或团体自己建立、使用、控制、维护的私有通信网络。主要是 数字数据网 DDN无形传输网络GSM、TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000、LTE 和 5G 等主要是 移动无线网4.移动通信网 5G网络15G网络的基本特征高速率峰值速率可大于20Gb/s相当于4G的20倍、低时延网络时延从4G的50ms缩减到1ms、海量设备连接满足1000亿量级的连接、低功耗基站更节能终端更省电。25G网络的主要特征服务化架构、网络切片在单个独立的物理网络上切分出多个逻辑网络。2.5.2.3 组网技术1网络设备及其工作层级1集线器Hub和中继器Repeater工作在物理层。2网桥Bridge和交换机Switcher工作在数据链路层。3路由器Router和防火墙Firewall主要工作在网络层2网络协议网络协议三要素语法、语义、时序语法部分 规定 传输数据的格式语义部分 规定 所要完成的功能时序部分 规定 执行各种操作的条件、顺序关系等3交换机交换机功能包括集线功能、中继功能、桥接功能、隔离冲突域功能。交换机协议有1生成树协议STP可以很好地解决链路环路问题。2链路聚合协议可以提升与邻接交换设备之间的端口带宽和提高链路可靠性。交换机需要实现的功能1转发路径学习。2数据转发。3数据泛洪。如果数据帧中的目的地址 不在 MAC 地址表中则向所有端口转发也就是泛洪。广播帧和组播帧向所有端口不包括源端口进行转发。4链路地址更新。MAC 地址表会每隔一定时间如300s更新一次。4路由器路由功能由路由器Router来提供包括异种网络互连、子网协议转换、数据路由、速率适配、隔离网络、报文分片和重组、备份和流量控制。1异种网络互连比如具有异种子网协议的网络互连2子网协议转换不同子网间包括局域网和广域网之间的协议转换3数据路由即将数据从一个网络依据路由规则转发到另一个网络4速率适配利用缓存和流控协议进行适配5隔密网络防止广播风暴实现防火墙6报文分片和重组超过接口的报文被分片到达目的地之后的报文被重组7备份、流量控制如主备线路的切换和复杂流量控制等。路由器协议主要有1内部网关协议Interior Gateway ProtocolIGP指在一个自治系统Autonomous SystemAS内运行的路由协议。2外部网关协议Exterior Gateway ProtocolEGP指在 AS 之间的路由协议。EGP 是为 简单的树型拓扑结构设计的。3边界网关协议Border Gateway ProtocolBGPInternet 的网络规模庞大网络情况复杂 EGP 已不适用在 EGP 的经验之上制定了新的网关协议即 BGP也是 Internet 上唯一的网关协议。2.5.2.4 网络工程1.网络建设工程网络建设 是一个复杂的系统工程是对计算机网络、信息系统建设和项目管理等领域知识进行综合利用的过程。作为系统架构设计师应充分分析和调研市场确定网络建设方案。网络建设工程可分为网络规划、网络设计和网络实施三个环节。1网络规划需要以需求为导向兼顾技术和工程可行性。网络规划包括网络需求分析、可行性分析以及对现有网络的分析需对现有网络进行优化升级时2网络设计是在网络规划基础上设计一个能解决用户问颜的方案。网络设计包括网络总体目标确定、总体设计原则确定以及通信子网设计设备选型网络安全设计等。3网络实施是依据网络设计结果进行设备采购、安装、调试和系统切换需对原有系统改造升级时等。网络实施具体包括工程实施计划、网络设备验收、设备安装和调试、系统试运行和切换用户培训等。2.5.3.其他相关网络知识通信方向数据通信是指发送方发送数据到接收方这个传输过程可以分类如下单工只能由设备A 发给设备B即数据流只能单向流动半双工设备A 和设备B 可以互相通信但是同一时刻数据流只能单向流动。全双工设备A 和设备B 在任意时刻都能互相通信。交换方式电路交换、报文交换、分组交换◆1电路交换通信一方进行呼叫另一方接收后在二者之间会建立一个专用电路特点为面向连接、实时性高、链路利用率低一般用于语音视频通信。◆2报文交换以报文为单位存储转发模式接收到数据后先存储进行差错校验没有错误则转发有错误则丢弃因此会有延时但可靠性高是面向无连接的。◆3分组交换以分组为单位也是存储转发模式因为分组的长度比报文小所以时延小于报文交换又可分为三种方式数据报是现在主流的交换方式各个分组携带地址信息自由的选择不同的路由路径传送到接收方接收方接收到分组后再根据地址信息重新组装成原数据是面向无连接的但是不可靠的虚电路发送方发送一个分组接收方收到后二者之间就建立了一个虚拟的通信线路二者之间的分组数据交互都通过这条线路传送在空闲的时候这条线路也可以传输其他数据是面向连接的可靠的。信元交换异步传输模式ATM采用的交换方式本质是照虚电路方式进行转发只不过信元是固定长度的分组共53B其中5B为头部48B为数据域是面向连接的可靠的。磁盘冗余阵列RAID 即磁盘冗余阵列技术RAID 即磁盘冗余阵列技术将数据分散存储在不同磁盘中可并行读取可冗余存储提高磁盘访问速度保障数据安全性。◆RAID0 将数据分散的存储在不同磁盘中磁盘利用率100%访问速度最快但是没有提供冗余和错误修复技术;◆RAID1 在成对的独立磁盘上产生互为备份的数据增加存储可靠性可以纠错但磁盘利用率只有50%◆RAID2 将数据条块化的分布于不同硬盘上并使用海明码校验◆RAID3 使用奇偶校验并用单块磁盘存储奇偶校验信息可靠性低于RAID5◆RAID5 在所有磁盘上交叉的存储数据及奇偶校验信息所有校验信息存储总量为一个磁盘容量但分布式存储在不同的磁盘上读/写指针可同时操作◆RAIDO1是两个RAIDO若一个磁盘损坏则当前RAIDO无法工作即有一半的磁盘无法工作◆RAID10是两个RAID1不允许同一组中的两个磁盘同时损坏与RAID1原理类似磁盘利用率都只有50%但安全性更高。网络存储技术直接附加存储(DAS)、网络附加存储NAS、存储区域网SAN相关系列文章欢迎点赞、收藏提供意见计算机系统基础知识 1分概述、计算机硬件、计算机软件操作系统 3分进程管理、存储管理、文件管理、设备管理数据库技术 3分数据库设计、关系代数、范式、事务并发、数据库安全、新技术嵌入式技术 3分嵌入式硬件、嵌入式操作系统、嵌入式软件开发计算机网络 3分超纲较多OSI七层模型、TCP/IP协议族、网络生命周期、IP地址其他计算机系统基础知识 1分计算机语言、多媒体、系统工程系统性能 1分性能指标、性能设计信息系统基础知识 3分信息系统生命周期、开发方法、五大典型系统信息安全技术基础 5分安全属性、信息安全技术、网络安全技术、安全协议软件工程 12分概述、需求工程、系统设计、运维、测试、基于构件面向对象技术 3分面向对象基础、分析设计、UML关系、图项目管理 1分进度管理、配置管理、质量管理、风险管理系统架构设计 20分架构概念、生命周期、ABSD、DSSA、架构风格、架构复用、质量属性、架构评估软件可靠性 2分可靠性建模、软件可靠性设计软件架构的演化和维护1分架构演化分类、评估、面向对象架构演化未来信息综合技术 3分信息物理系统、人工智能、边缘计算、机器人、数字李生、云计算数学与经济管理 2分最小生成树、最短路径、网络与最大流量、线性规划、决策论知识产权和标准化 2分知识产权属性、保护期限、产权人确定、侵权判定专业英语 5分完形填空大学英语3级难度自学架构专栏 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解调、译码注意不是所有频率的信号都可以通过信道传输可以通过的频率范围信道带宽的大小通信系统模型1)奈奎斯特定理极限速率若信道带宽为W, 则最大码元速率 B2W(Baud 波特)一个码元携带的信息量n 位与 码元的种类数N 的关系数据速率R (bps) 码元速度B 波特N是码元种类数2)香农定理有噪声极限速率信道容量就是信道的最大传输速率可通过香农公式计算得到C WC 信道容量单位是 bpsW信道带宽单位是 HzS 信号的平均功率单位是 WN 噪声平均功率 单位是 WS/N 信噪比单位是 dB (分贝)由于在实际使用中信噪比 S/N 的比值太大故常取其分贝数dB分贝与信噪比的关系为提升信道容量 可以使用比较大的带宽降低信噪比也可使用比较小的带宽升高信噪比信号变换1发信机进行的信号处理信源编码将模拟信号转换为数字信号信道编码通过增加冗余信息 便于检错和纠错解决噪声干扰问题交织将信道编码之后的数据顺序按照一定规律打乱可使连续误码变成零星误码、脉冲成形将发送数据转换成合适的波形、调制将信息承载到满足信号要求的高频载波信号2收信机进行的信号处理相反解调、采样判决、反交织、信道译码、信源译码3.复用技术和多址技术同时传递多路数据需要复用技术、多址技术。复用技术在一条信道上同时传输多路数据的技术(TDM 时分复用、FDM 频分复用、CDM码分复用)多址技术在一条线上同时传输多个用户数据的技术在接收端把多个用户的数据分离TDMA 时分多址、FDMA 频分多址、CDMA 码分多址4. 5G 通信技术5G 通信网络。作为新一代的移动通信技术网络结构、网络能力和应用场景等都与过去有很大不同具有高速率、低时延、接入用户数高等优点。◆作为新一代的移动通信技术5G的特征体现在以下方面1基于OFDM优化的波形和多址接入2实现可扩展的OFDM间隔参数配置3OFDM 加窗提高多路传输效率4灵活框架设计5大规模MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 最多256根天线6毫米波频率大于24GHz以上的频段7频谱共享8先进的信道编码设计如低密度奇偶校验LDPC、Polar码等。2.5.2.2 网络技术网络通常按照网络的覆盖区域和通信介质等特征来分类分为局域网 (LAN)、 无线局域网 (WLAN)、城域网 (MAN)、广域网 (WAN) 、移动通信网 等。1.局域网 LAN局域网常见的5种标准拓扑结构分别是总线型、星型、环型、树型、网状型无线局域网 WLAN技术标准 IEEE 802.11拓扑结构3种形式点对点型节点对等、HUB型一个中心 若干外围节点完全分布型理论阶段2.城域网 MAN城域网是在单个城市范围内所建立的计算机通信网简称 MAN时延较小传输媒介 主要采用光缆。 传输速率 100 Mb/s 以上IEEE 802.6城域网 分为3个层次核心层、汇聚层、接入层1核心层主要提供高带宽的业务承载和传输完成和已有网络的互联互通其特征为宽带传输和高速调度。2汇聚层主要功能是给业务接入结点提供用户业务数据的汇聚和分发处理同时要实现业务的服务等级分类。3接入层利用多种接入技术进行带宽和业务分配实现用户的接入。3.广域网 WAN1) 广域网 相关技术同步光网络SONET利用光纤进行数字化信息通信、数字数据网DDN利用数字信道提供半永久性连接电路以传输数据、帧中继FR数据包交换技术、异步传输技术ATM以信元为基础的面向连接的一种分组交换和复用技术。2) 广域网具有下述 特点1)主要提供面向数据通信的服务支持用户使用计算机进行远距离的信息交换。2)覆盖范围广通信的距离远广域网没有固定拓扑结构。3)由电信部门或公司负责组建、管理和维护并向全社会提供面向通信的有偿服务等。3) 广域网 分为公共传输网络、专用传输网络、无线传输网络。公共传输网络给任何部门和单位使用。 大体分为电路交换网络、分组交换网络专用传输网络由单个组织或团体自己建立、使用、控制、维护的私有通信网络。主要是 数字数据网 DDN无形传输网络GSM、TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000、LTE 和 5G 等主要是 移动无线网4.移动通信网 5G网络15G网络的基本特征高速率峰值速率可大于20Gb/s相当于4G的20倍、低时延网络时延从4G的50ms缩减到1ms、海量设备连接满足1000亿量级的连接、低功耗基站更节能终端更省电。25G网络的主要特征服务化架构、网络切片在单个独立的物理网络上切分出多个逻辑网络。2.5.2.3 组网技术1网络设备及其工作层级1集线器Hub和中继器Repeater工作在物理层。2网桥Bridge和交换机Switcher工作在数据链路层。3路由器Router和防火墙Firewall主要工作在网络层2网络协议网络协议三要素语法、语义、时序语法部分 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将数据分散的存储在不同磁盘中磁盘利用率100%访问速度最快但是没有提供冗余和错误修复技术;◆RAID1 在成对的独立磁盘上产生互为备份的数据增加存储可靠性可以纠错但磁盘利用率只有50%◆RAID2 将数据条块化的分布于不同硬盘上并使用海明码校验◆RAID3 使用奇偶校验并用单块磁盘存储奇偶校验信息可靠性低于RAID5◆RAID5 在所有磁盘上交叉的存储数据及奇偶校验信息所有校验信息存储总量为一个磁盘容量但分布式存储在不同的磁盘上读/写指针可同时操作◆RAIDO1是两个RAIDO若一个磁盘损坏则当前RAIDO无法工作即有一半的磁盘无法工作◆RAID10是两个RAID1不允许同一组中的两个磁盘同时损坏与RAID1原理类似磁盘利用率都只有50%但安全性更高。网络存储技术直接附加存储(DAS)、网络附加存储NAS、存储区域网SAN相关系列文章欢迎点赞、收藏提供意见计算机系统基础知识 1分概述、计算机硬件、计算机软件操作系统 3分进程管理、存储管理、文件管理、设备管理数据库技术 3分数据库设计、关系代数、范式、事务并发、数据库安全、新技术嵌入式技术 3分嵌入式硬件、嵌入式操作系统、嵌入式软件开发计算机网络 3分超纲较多OSI七层模型、TCP/IP协议族、网络生命周期、IP地址其他计算机系统基础知识 1分计算机语言、多媒体、系统工程系统性能 1分性能指标、性能设计信息系统基础知识 3分信息系统生命周期、开发方法、五大典型系统信息安全技术基础 5分安全属性、信息安全技术、网络安全技术、安全协议软件工程 12分概述、需求工程、系统设计、运维、测试、基于构件面向对象技术 3分面向对象基础、分析设计、UML关系、图项目管理 1分进度管理、配置管理、质量管理、风险管理系统架构设计 20分架构概念、生命周期、ABSD、DSSA、架构风格、架构复用、质量属性、架构评估软件可靠性 2分可靠性建模、软件可靠性设计软件架构的演化和维护1分架构演化分类、评估、面向对象架构演化未来信息综合技术 3分信息物理系统、人工智能、边缘计算、机器人、数字李生、云计算数学与经济管理 2分最小生成树、最短路径、网络与最大流量、线性规划、决策论知识产权和标准化 2分知识产权属性、保护期限、产权人确定、侵权判定专业英语 5分完形填空大学英语3级难度自学架构专栏 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