7.1 系统集成基础

系统集成一般分为：软件集成、硬件集成、网络集成、数据集成、业务应用集成。

1. 系统集成概念理解

系统集成是在系统工程科学方法指导下，结合需求场景分析、计算机软硬件开发技术规范，出具整体解决方案；将硬件、软件、网络、业务、数据、人员有机结合，形成满足场景需求的完整体系。 软硬件系统集成兼具系统思想与工程思维，不只是单纯技术问题。
核心定位：以信息集成为目标，功能集成为结构，平台集成为基础，人员集成为保障。全方位集成才能满足新业态需求。

2. 系统集成项目特点

  1. 集成交付队伍规模大，人员连续性较差；
  2. 设计人员专业度高，需具备多元化知识体系；
  3. 合作承包商/服务商数量多，地域分散；
  4. 通常需自研、适配软硬件产品，重点包含信创产品、信创系统适配优化；
  5. 大量采用新技术、前沿技术甚至颠覆性技术；
  6. 成品使用友好，但实施、运维复杂度持续提升。

3. 信创与系统集成发展

党的二十大报告中，再次重申了发展信创产业实现关键领域信息技术自主可控的重要性。信创作为数据安全、网络安全的基础，其不仅是新基建的重要组成部分，也是各行各业数字化升级的 "发动机"，同时也是我国强化网络安全与信息安全的重要手段。

国家标准《信息安全技术关键信息基础设施安全保护要求》(GB/T 39204) 给出了 “关键信息基础设施行业”(简称 “关基行业”) 的定义，即公共通信和信息服务、能源、交通、水利、金融、公共服务、电子政务、国防科技等重要行业和领域，以及其他一旦遭到破坏、丧失功能或者数据泄露，可能严重危害国家安全、国计民生、公共利益的信息设施。因此，通信、能源、交通、金融、电子政务等基础领域要加快推进行业信创进程。

7.2 基础设施集成

信息系统基础设施从不同的维度有不同的划分方法，如可分为弱电系统、网络系统、数据中心等。

7.2.1 弱电工程

弱电一般指交流 220V、50Hz 以下的用电（大多36V安全电压以内，用于传输信号），是电力应用按照电力输送功率的强弱进行划分的一种方式，信息系统涉及的弱电工程非常多，包括：
(1) 电话通信系统
(2) 计算机局域网系统
(3) 音乐/广播系统
(4) 有线电视信号分配系统
(5) 视频监控系统
(6) 消防报警系统
(7) 出入口控制系统/一卡通系统
(8) 停车收费管理系统
(9) 楼宇自控系统
(10) 智能化系统

此外，弱电工程还有电视会议系统、屏幕显示系统、扩声系统、巡更系统、楼宇对讲系统、三表 (水、电、气表) 自动抄表系统等。因此，不同功能的建筑物需要设置的弱电系统各不相同。在弱电工程实际工作中，设计者通常从线路集成 (共享)、网络集成、功能集成和软件界面集成等方面来考虑各弱电系统间的集成应用。

7.2.2 网络集成

计算机网络集成的一般体系框架通常包括网络传输子系统、交换子系统、网管子系统和安全子系统等。

  • 传输子系统：
    • 传输是网络的核心，是网络信息的 “公路” 和 “血管”。常用的无线传输介质主要包括无线电波、微波、红外线等，常用的有线传输介质主要包括双绞线、同轴电缆、光纤等。
  • 交换子系统：网络交换可以分为局域网交换技术、城域网交换技术和广域网交换技术。
    • 局域网交换技术：局域网可分为共享式局域网和交换式局域网两种。
      • 共享式局域网通常是共享高速传输介质，例如以太网、令牌环、FDDI 等；
      • 交换式局域网是指以数据链路层的帧或更小的数据单元 (称为信元) 为交换单位，以硬件交换电路构成的交换设备。
    • 城域网交换技术：
      • 城域网是在一个城市范围内所建立的计算机通信网。由于采用具有有源交换元件的局域网技术，网络中传输时延较小，它的传输媒介主要是光缆。
    • 广域网交换技术
      • 电路交换：是指通过由中间节点建立的一条专用通信线路来实现两台设备的数据交换。例如，电话网就是采用电路交换技术。电路交换的优点是，一旦建立起通信线路，通信双方能以恒定的传输速率传输数据，而且时延小；其缺点是通信线路的利用率较低。
      • 报文交换：是指通信双方无专用线路，而是以报文为单位交换数据，通过节点的多次 “存储转发” 将发方报文传送到目的地。报文交换的优点是通信线路的利用率较高，缺点是报文传输时延较大。
      • 分组交换：是指将数据划分成固定长度的分组 (长度远小于报文)，然后进行 “存储转发”，从而实现更高的通信线路利用率、更短的传输时延和更低的通信费用。
      • 混合交换：主要是指同时使用电路交换技术和分组交换技术。典型的应用是 ATM 交换技术。
  • 安全子系统:网络安全主要关注的内容包括：
    • 使用防火墙技术，防止外部侵犯。防火墙技术主要有分组过滤技术、代理服务器和应用网关等。
    • 使用数据加密技术，防止任何人从通信信道窃取信息。目前主要的加密技术包括对称加密算法 (如 DES) 和非对称加密算法 (如 RSA)
    • 访问控制，主要是通过设置口令、密码和访问权限保护网络资源。
  • 网管子系统
    • 网络是一种动态结构。随着组织规模的扩大和改变，网络也会跟着扩大和改变。配置好网络以后，必须对其进行有效的管理，确保网络能连续不断地满足组织的需要。对于任何网管子系统来说，关键的任务便是保证网络的良好运行。由于网络规模的扩大，通常会出现网络 “瓶颈” 问题，使系统的速度变慢。网管的职责便是找出瓶颈并解决它。
  • 服务子系统
    • 网络服务是网络应用最核心的问题。网络服务主要包括互联网服务、多媒体信息检索服务。

7.2.3 数据中心集成

数据中心集成通常包括数据中心基础设施、通信机房、计算中心、数据处理中心、分布式计算、电信设备、网络和安全设备等集成环境。在数据中心集成建设中，机房建设或改造是基础的工程。

  • 机柜集成
    • 在数据中心集成项目中，机房设备必不可少，而机柜又是其中的主要设备之一。
  • 服务器集成
    • 服务器是系统集成中的关键设备。服务器的作用就是向工作站提供处理器、内存、磁盘、打印机、软件数据等资源和服务，并负责协调管理这些资源。选择网络服务器时要考虑以下因素：①CPU 的速度和数量；②内存容量和性能；③总线结构和类型；④磁盘容量和性能；⑤容错性能；⑥网络接口性能；⑦服务器软件等。
  • 存储集成
    • 存储集成实施通常与服务器集成相辅相成，存储设备集成时要考虑以下因素：①磁盘阵列空间和类型；②配置硬盘的数量；③RAID 控制器结构；④支持 RAID 0、RAID1、RAID 5 或更多类型；⑤IOPS 读写性能和数据传输能力；⑥满足高可靠性，配置冗余热插拔的电源、风扇等。
    • 云存储越来越普及，云集成存储通常是指将数据分层和/或隐藏在基于云端的存储技术。
  • 网络设备集成
    • 网络规划与设计内容包括拓扑规划、设备安装部署设计、网络规划等。其中，网络规划通常又包括 WAN 规划、LAN 规划、IP 地址规划、路由规划、无线规划、网管规划、服务规划和安全规划等。网络设备通常包括核心交换机、汇聚交换机、接入交换机、路由器、中继器、集线器、网关、网桥等。
  • 安全设备集成
    • 数据中心是组织信息环境最重要的部位之一，是信息化的神经中枢，数据中心的设计、集成实施和建设应具备满足业务需求和安全管理要求的安全性，同时还要保持充足的带宽和系统可靠性。
    • 安全设备集成工作主要为围绕网络安全建设规划方案，对防火墙系统、网络入侵防御系统、网络入侵检测系统、病毒过滤网关、漏洞扫描、主机监控与审计、网络安全审计、数据库审计、日志审计系统、Web 应用防护、网页防篡改、安全管理平台、堡垒机以及 VPN 系统等安全系统和设备进行集成实施安装部署和测试工作。

7.3 软件集成

7.3.1 基础软件集成

1. 操作系统

1) 分类与功能
根据运行的环境，操作系统可以分为桌面操作系统、服务器操作系统、手机操作系统、嵌入式操作系统等。
从功能角度分析，分别有批处理操作系统、实时操作系统、分时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统等。
目前我国自主研发的操作系统主要有中标麒麟、银河麒麟、深度 Deepin、华为鸿蒙等。

操作系统的分类：

  • 批处理操作系统：是最早的操作系统类型之一，它的主要功能是批量执行一系列事先编写好的作业。用户将作业提交给操作系统，系统按顺序执行并输出结果。
  • 实时操作系统：主要应用于对时间敏感的系统，如航空航天、工业自动化等领域，可分为硬实时系统和软实时系统。
  • 分时操作系统：是为多用户和多任务而设计的操作系统，它可以同时为多个用户提供服务，每个用户的任务在时间上交替执行，给用户一种同时独占计算机的感觉。
  • 网络操作系统：是为网络环境而设计的操作系统，它提供了一组管理网络资源和服务的功能，使得多个计算机可以协同工作、共享资源。
  • 分布式操作系统：是一种多台计算机协同工作的操作系统，它将计算和存储任务分布到多台计算机上，以提高整个系统的性能和可靠性。

操作系统功能主要包括以下几个方面：

  1. 进程管理：其工作主要是进程调度，在单用户单任务的情况下，处理器仅为一个用户的一个任务所独占，进程管理的工作十分简单。但在多道程序或多用户的情况下，组织多个作业或任务时，就要解决处理器的调度、分配和回收等问题。
  2. 存储管理：分为存储分配、存储共享、存储保护、存储扩张等功能。
  3. 设备管理：具有设备分配、设备传输控制、设备独立性等功能。
  4. 文件管理：具有文件存储空间管理、目录管理、文件操作管理、文件保护等功能。
  5. 作业管理：负责处理用户提交的任何要求。

2) 网络操作系统
网络操作系统是一种可代替一般操作系统的软件程序，是网络环境的心脏和灵魂，是向网络计算机提供服务的特殊操作系统。
网络操作系统的主要任务是调度和管理网络资源，为网络用户提供统一、透明使用网络资源的手段。
网络资源主要包括网络服务器、工作站、打印机、网桥、路由器、交换机、网关、共享软件和应用软件等。

网络操作系统的基本功能：

  • 数据共享：数据是网络最主要的资源，数据共享是网络操作系统最核心的功能。
  • 设备共享：网络用户共享比较昂贵的设备，例如激光打印机、大屏幕显示器、绘图仪、大容量磁盘等。
  • 文件管理：管理网络用户读/写服务器文件，并对访问操作权限进行协调和控制。
  • 名字服务：网络用户注册管理，通常由域名服务器完成。
  • 网络安全：防止非法用户对网络资源的操作、窃取、修改和破坏。
  • 网络管理：包括网络运行管理和网络性能监控等。
  • 系统容错：防止主机系统因故障而影响网络的正常运行，通常采用 UPS 电源监控保护、双机热备份、磁盘镜像和热插拔等技术措施。
  • 网络互联：将不同的网络互联在一起，实现彼此间的通信与资源共享。
  • 应用软件：支持电子邮件、数据库、文件服务等各种网络应用。

3) 分布式操作系统
分布式操作系统是为分布计算系统配置的操作系统。由于分布式操作系统的资源分布于系统的不同计算机上，操作系统对用户的资源需求不能像一般操作系统那样采用等待有资源时直接分配的简单做法，而是要在系统的各台计算机上搜索，找到所需资源后才可进行分配。
分布式操作系统的通信功能类似于网络操作系统。分布式操作系统不像网络分布得很广，且分布式操作系统还要支持并行处理，因此它提供的通信机制和网络操作系统提供的有所不同，它要求通信速度更高、稳定性更强。分布式操作系统的结构也不同于其他操作系统，它分布于系统的各台计算机上，能并行地处理用户的各种需求，有较强的容错能力。

4) 虚拟化与安全
操作系统虚拟化作为容器的核心技术。操作系统虚拟化技术允许多个应用在共享同一主机操作系统内核的环境下隔离运行，主机操作系统为应用提供一个个隔离的运行环境，即容器实例。
操作系统虚拟化技术架构可以分为容器实例层、容器管理层和内核资源层。
操作系统虚拟化与传统虚拟化最本质的不同在于，传统虚拟化需要安装客户机操作系统才能执行应用程序，而操作系统虚拟化通过共享的宿主机操作系统来取代客户机操作系统。

做好操作系统安全加固和优化服务是实现信息系统安全的关键环节。

2. 数据库

数据库管理系统是数据库系统的核心组成部分，主要完成对数据库的操作与管理功能，实现数据库对象的创建，以及数据库存储数据的查询、添加、修改与删除操作和数据库的用户管理、权限管理等。
分布式数据库技术是指把在地理意义上分散的各个数据库节点，但在计算机系统逻辑上又是属于同一个系统的数据结合起来的一种数据库技术。

3. 中间件

中间件是基础软件的一大类，属于可复用软件的范畴。顾名思义，中间件处于操作系统软件与用户的应用软件的中间，即中间件在操作系统、网络和数据库之上，应用软件的下层，它总的作用是为处于自己上层的应用软件提供运行与开发的环境，帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件。

1) 中间件的功能
中间件是独立的系统级软件，连接操作系统层和应用程序层，将不同操作系统提供的应用接口标准化，协议统一化，屏蔽具体操作的细节。通常来看，中间件一般提供通信支持、应用支持、公共服务等功能。

  • 通信支持：中间件为其所支持的应用软件提供平台化的运行环境，该环境屏蔽底层通信之间的接口差异，实现互操作，所以通信支持是中间件最基本的功能。
  • 应用支持：中间件的目的是服务上层应用，提供应用层不同服务之间的互操作机制。
  • 公共服务：公共服务是对应用软件中的共性功能或约束的提取。将这些共性的功能或者约束分类实现，并支持复用，作为公共服务提供给应用程序使用。通过提供标准、统一的公共服务，可减少上层应用的开发工作量，缩短应用的开发时间，并有助于提高应用软件的开发效率和质量。

2) 中间件的分类
中间件产品通常分为事务式中间件、过程式中间件、面向消息的中间件、面向对象中间件、交易中间件、Web 应用服务器等。

  • 事务式中间件：又称为事务处理管理程序，是当前应用最广泛的中间件之一，其主要功能是提供联机事务处理所需要的通信、并发访问控制、事务控制、资源管理、安全管理、负载平衡、故障恢复和其他必要的服务。
  • 过程式中间件：又称为远程过程调用中间件。过程式中间件一般从逻辑上分为两部分：客户机和服务器。过程式中间件有较好的异构支持能力，简单易用。
  • 面向消息的中间件：简称为消息中间件，它是一类以消息为载体进行通信的中间件，利用高效可靠的消息机制，来实现不同应用间大量的数据交换。按其通信模型的不同，消息中间件的通信模型有两类：消息队列和消息传递。
  • 面向对象中间件：又称为分布对象中间件，是分布式计算技术和面向对象技术发展的结合，简称为对象中间件。给应用层提供各种不同形式的通信服务，通过这些服务，上层应用对事务处理、分布式数据访问、对象管理等处理更简单易行。
  • 交易中间件：是一种专门针对联机交易处理系统而设计的软件。可以大大减少开发一个联机交易处理系统所需的编程工作量。
  • Web 应用服务器：是 Web 服务器和应用服务器相结合的产物。是软件的基础设施，提供多种通信机制、事务处理能力以及应用的开发管理功能。
4. 办公软件

当前办公软件的集成工作主要涉及流式软件和版式软件。
对流式文档进行处理的软件就是流式软件，其特长在于所见即所得地编辑文档。金山的 WPS Office 软件就是典型的流式软件，所保存的文档就是流式文件。流式文件在不同的软硬件环境中，显示效果是会发生变化的，比如，同一个 Word 文档，在不同版本的 Office 软件中或者不同分辨率的计算机上，显示效果都是有所不同的，也就是 “跑版” 现象。

对版式文档进行处理的软件就是版式软件，其特长在于原封不动地显示、打印、分享原文件内容，不做任何改动与编辑。针对版式软件，当前业界有两种版式标准：一种是国际版本 PDF；另一种是国家标准 OFD，一般应用于政务领域公文、文件等业务中。所以，版式文档非常适合做高度严肃、版面高度精确的文档的载体，如电子公文、电子证照、电子凭据等。与流式文件相比，版式文档不会 “跑版”，在任何设备上显示和打印效果是高度精确一致的。

7.3.2 应用软件集成

应用软件集成就是指，根据软件需求，把现有软件构件重新组合，以较低的成本、较高的效率实现目的要求的技术和集成方法。
应用软件系统集成和整合的常见方式有软件系统间以接口方式相互调用、软件系统功能完全融合在一个系统中、软件系统之间使用单点登录等，被产业界公认的解决应用集成的最佳方式是 SOA。
应用软件系统集成的功能通常包括界面集成、功能集成、接口集成以及系统对应的数据集成等。

软件构件标准：公共对象请求代理结构 (CORBA) 、COM、DCOM 与 COM+、.NET、 J2EE 应用架构等标准。

  • (1) CORBA：CORBA 是 OMG (对象管理组织) 进行标准化分布式对象计算的基础。
  • (2) COM：COM 技术要达到的基本目标是：即使对象是由不同的开发人员用不同的编程语言实现的，在开发软件系统时，仍能够有效地利用已经存在于其他已有软件系统中的对象。COM 具备了软件集成所需要的许多特征，包括面向对象、客户机/服务器、语言无关性、进程透明性和可重复性。
  • (3) DCOM 与 COM+：DCOM 作为 COM 的扩展，不仅继承了 COM 优点，而且针对分布环境还提供了一些新的特性，如位置透明性、网络安全性、跨平台调用等。
  • (4) .NET：.NET 开发框架在通用语言运行环境基础上，给开发人员提供了完善的基础类库、数据库访问技术及网络开发技术，开发者可以使用多种语言快速构建网络应用。
  • (5) J2EE：J2EE 的体系结构可以分为客户端层、服务器端组件层、EJB 层和信息系统层。在 J2EE 规范中，J2EE 平台包括一整套的服务、应用编程接口和协议，可用于开发一般的多层应用和基于 Web 的多层应用，是 J2EE 的核心和基础。它还提供了 EJB、Java Servlets API、JSP 和 XML 技术的全面支持等。

7.3.3 其他软件集成

其他软件集成，通常包括针对外部设备驱动的集成适配和优化、安全软件的集成部署和管理、信息系统监控软件的集成部署和管理，以及运维软件的集成部署和管理等。

7.4 业务应用集成

如果一个系统支持位于同一层次上的各种构件之间的信息交换，那么称该系统支持互操作性。
从开放系统的观点来看，互操作性指的是能在对等层次上进行有效的信息交换。如果一个开放系统提供在系统各构件之间交换信息的机制，也称该系统支持互操作性。
如果一个子系统 (构件或部分) 可以从一个环境移植到另一个环境，称它是可移植的。因此，可移植性是由系统及其所处环境两方面的特征决定的。
集成关心的是个体和系统的所有硬件与软件之间各种人/机界面的一致性。

应用集成或组织应用集成 (EAI) 是指将独立的软件应用连接起来，实现协同工作。
对应用集成的技术要求大致有：

  1. 具有应用间的互操作性：系统间信息的有意义交换。
  2. 具有分布式环境中应用的可移植性：迁移的潜力。
  3. 具有系统中应用分布的透明性：分布的透明性屏蔽了由系统的分布所带来的复杂性。它使应用编程者不必关心系统是分布的还是集中的，从而可以集中精力设计具体的应用系统，这就大大减少了应用集成编程的复杂性。

1. 业务应用集成的优势

业务应用集成可以给组织带来重要优势，主要包括共享信息、提高敏捷性和效率、简化软件使用、降低 IT 投资和成本、优化业务流程。

2. 业务应用集成的发展历程

20 世纪 80 年代，集成是数据层面的，而非业务应用层面，主要依靠数据集成工具和技术集成数据库。 进入 21 世纪，业务应用集成技术迅速发展，让组织能够实现这种新的混合集成，支持云应用和本地应用之间的通信和协同。

3. 业务应用集成的工作原理

业务应用集成不同于数据集成，数据集成是共享数据，并不存储数据；而业务应用集成是在功能层面将多个业务应用直接连接起来，帮助打造动态且具有高度适应性的应用和服务。由于业务应用集成重点关注的是工作流层面的应用连接，因此需要的数据存储空间和计算时间并不多。

业务应用集成可以帮助协调连接各种业务应用的组件，包括应用编程接口 (API)、事件驱动型操作、数据映射。

  1. 应用编程接口 (API)：API 是定义不同软件交互方式的程序和规则，可以支持应用之间相互通信。API 利用特定的数据结构，帮助开发人员快速访问其他应用的功能。
  2. 事件驱动型操作：当触发器 (即事件) 启动一个程序或一组操作时，系统就会执行事件驱动型操作。例如：在订单提交后，进行计费并向客户开具发票；管理从 ERP 系统到 CRM 系统的 “业务机会到订单” 工作流。
  3. 数据映射：将数据从一个系统映射到另一个系统，可以定义数据的交换方式，从而简化后续的数据导出、分组或分析工作。例如，用户在一个应用中填写联系信息表，那么这些信息将被映射到相邻应用的相应字段。