システム構成図の書き方：効果的な設計と可視化のために
はじめに
こんにちわ。
今回は、システム開発において重要な「システム構成図」についての説明です。
（挿絵は会社で担当しているシステムの Architecture Diagram on AWS です。こういうのをもっと書いていきましょうという趣旨でございます）
システム構成図とはなんだろう
システム構成図は、システムの全体像や各コンポーネントの関係性を視覚的に表現したものを意味し、目的によっていくつかの書き方があります。これを活用することで、開発チームやプロジェクトに参加しているステークホルダーがシステムの全体構造を容易に理解し、コミュニケーションを円滑に行うことができます。
システム構成図のメリット
- 全体像の把握：複雑なシステムの構造と影響範囲を一目で理解できます。
- コミュニケーションの促進：技術者と非技術者の間の認識のギャップを埋めます。
- 問題点の特定：システムの弱点や改善点を視覚的に発見しやすくなります。
- 設計の最適化：効率的なシステム設計を促進します。
システム構成図の主な種類
- ネットワーク構成図
- アーキテクチャ図
- インフラストラクチャ構成図
- データフロー図
- コンポーネント図
それぞれの図解について、詳細を見ていきましょう。
1. ネットワーク構成図
ネットワーク上の機器やその接続関係を表現します。サーバー、ルーター、スイッチなどのハードウェアコンポーネントとその接続が主な要素となります。
2. アーキテクチャ図
システムのソフトウェア構造を表現します。モジュール、サービス、データベースなどのソフトウェアコンポーネントとその関係性を示します。
3. インフラストラクチャ構成図
システムの物理的および仮想的なインフラストラクチャを表現します。サーバー、ストレージ、ネットワーク機器、クラウドサービスなどが含まれます。
4. データフロー図
システム内でのデータの流れを表現します。データの入力元、処理過程、出力先などを示します。
5. コンポーネント図
システムを構成する主要なコンポーネントとその相互作用を表現します。各コンポーネントの役割や依存関係を示します。
上記の図解の１つ１つは、システムの異なる側面を表現するため、状況や目的に応じて適切な図解を選択することが重要です。
次の部分では、これらの図解をどのように作成するか、具体的な方法について解説します。
システム構成図の作成方法
各種システム構成図を効果的に作成するためのポイントと手順を説明します。
1. ネットワーク構成図の作成方法
1. 使用するツール：
- Visio, draw.io, Lucidchartなどの図形作成ツール
2. 主な要素：
- サーバー、ルーター、スイッチ、ファイアウォール、クライアントPCなど
3. 作成手順：
a. ネットワークの境界を定義する（インターネット、DMZ、内部ネットワークなど）
b. 主要なネットワーク機器を配置する
c. 機器間の接続を線で表現する
d. IPアドレスやサブネットマスクなどの情報を追加する
e. 凡例を作成し、使用したアイコンや線の意味を説明する
4. ポイント：
- 論理的な配置を心がけ、見やすさを重視する
- セキュリティゾーンを色分けするなど、視覚的な工夫を行う
2. アーキテクチャ図の作成方法
1. 使用するツール：
- UML図作成ツール（PlantUML, Enterprise Architect など）
- 汎用図形作成ツール
2. 主な要素：
- アプリケーションモジュール、サービス、データベース、外部APIなど
3. 作成手順：
a. システムの主要コンポーネントを特定する
b. コンポーネント間の関係性を定義する
c. 各コンポーネントの役割や機能を簡潔に記述する
d. データの流れや依存関係を矢印で表現する
e. 必要に応じて、レイヤー構造を表現する
4. ポイント：
- 抽象度を適切に保ち、詳細すぎず、かつ曖昧すぎないようにする
- 将来の拡張性を考慮した設計を心がける
- クラウドサービスを使用する場合は、提供されているアイコンセットを活用する
5. 参考サイト：
AWS Google Cloud Azure
3. インフラストラクチャ構成図の作成方法
1. 使用するツール：
- クラウド事業者提供のアーキテクチャ図ツール（AWS Architecture Icons, Azure Architecture Iconsなど）
- 汎用図形作成ツール
2. 主な要素：
- 物理サーバー、仮想マシン、ストレージ、ロードバランサー、クラウドサービスなど
3. 作成手順：
a. 物理的な環境（データセンター、クラウドリージョンなど）を定義する
b. 主要なインフラコンポーネントを配置する
c. ネットワーク接続やデータの流れを表現する
d. スケーラビリティやフェイルオーバーの仕組みを示す
e. セキュリティ対策（ファイアウォール、VPNなど）を表現する
4. ポイント：
- クラウドサービスを使用する場合は、提供されているアイコンセットを活用する
- 可用性や冗長性を考慮した設計を表現する
4. データフロー図の作成方法
1. 使用するツール：
- フローチャート作成ツール（Lucidchart, draw.ioなど）
- UML図作成ツール
2. 主な要素：
- プロセス、データストア、外部エンティティ、データフロー
3. 作成手順：
a. システムの境界を定義する
b. 外部エンティティ（データの入力元や出力先）を特定する
c. 主要なプロセスを配置する
d. データストアを配置する
e. データの流れを矢印で表現する
f. 各要素に適切な名前やラベルを付ける
4. ポイント：
- データの変換や処理を明確に示す
- 複雑なシステムの場合は、階層的なDFDを作成する
5. コンポーネント図の作成方法
1. 使用するツール：
- UML図作成ツール
- 汎用図形作成ツール
2. 主な要素：
- コンポーネント、インターフェース、依存関係
3. 作成手順：
a. システムの主要コンポーネントを特定する
b. 各コンポーネントを矩形で表現する
c. コンポーネント間のインターフェースを定義する
d. 依存関係を矢印で表現する
e. 必要に応じて、コンポーネントのグループ化や階層化を行う
4. ポイント：
- コンポーネントの粒度を適切に保つ
- 再利用可能なコンポーネントを明確にする
以上が、各種システム構成図の作成方法です。
実際の作成にあたっては、対象システムの特性や目的に応じて、これらの方法を適切に組み合わせたり、カスタマイズしたりすることが重要です。また、チーム内で統一された表記方法を使用することで、より効果的なコミュニケーションが可能になります。
それでは、システム構成図の効果的な活用方法とベストプラクティス、そしてよくある落とし穴について解説していきます。
システム構成図の効果的な活用方法とベストプラクティス
1. 目的に応じた適切な図解の選択
システム構成図を作成する際は、その目的と対象者を明確に意識することが重要です。プロジェクトの各段階や、図解を見る人の役割によって、最適な図解のタイプや詳細度が異なります。
-
プロジェクト初期段階：
- 全体像を把握するための高レベルなアーキテクチャ図を使用します。
- 主要なコンポーネントとその関係性に焦点を当てます。
-
詳細設計段階：
- より詳細なコンポーネント図やデータフロー図を活用します。
- 具体的な実装方法や技術的な詳細を含めます。
-
経営陣向け：
- ビジネス目標との関連性を示すハイレベルな図解を用意します。
- コスト、リソース、主要な機能に焦点を当てます。
-
開発者向け：
- 詳細なコンポーネント図やクラス図を提供します。
- APIやインターフェース、データ構造などの技術的詳細を含めます。
-
運用チーム向け：
- インフラストラクチャ図やネットワーク構成図を重視します。
- 監視ポイントやスケーリング方法などの運用に関する情報を含めます。
適切な図解を選択することで、各ステークホルダーに必要な情報を効果的に伝達し、プロジェクトの成功につながります。
2. 段階的な詳細化
システム構成図の作成は、大まかな全体像から始めて徐々に詳細を追加していく「トップダウンアプローチ」が効果的です。
-
最初のステップ：
- システムの主要なコンポーネントのみを含む高レベルの図を作成します。
- この段階では、細かい実装の詳細は省略し、全体の構造に焦点を当てます。
-
次のステップ：
- 各主要コンポーネントについて、より詳細な図を作成します。
- サブコンポーネント、主要な機能、データフローなどを追加します。
-
さらなる詳細化：
- 必要に応じて、個々のモジュールやクラスレベルの図を作成します。
- 具体的なAPIやデータ構造、アルゴリズムなどを記述します。
このアプローチにより、以下のメリットが得られます：
- システムの全体像を失うことなく、詳細を理解できます。
- 複雑なシステムを段階的に理解し、説明することができます。
- 異なる抽象度のドキュメントを用意することで、様々なステークホルダーのニーズに対応できます。
3. 一貫性のある表記法の使用
統一された表記法やアイコンセットを使用することは、チーム内でのコミュニケーションを円滑にし、図解の解釈に関する混乱を防ぐ上で非常に重要です。
-
標準化されたノーテーション：
- UML（Unified Modeling Language）などの業界標準の表記法を採用します。
- チーム独自の表記法を使用する場合は、明確に定義し、ドキュメント化します。
-
一貫したアイコンセット：
- クラウドプロバイダーが提供する公式アイコンセット（AWS Architecture Icons, Azure Iconsなど）を活用します。
- 自社開発のコンポーネントには、統一されたデザインのアイコンを作成します。
-
色の使用：
- 色に意味を持たせる場合は、その定義を明確にし、一貫して使用します。
- 例：赤色は重要なセキュリティコンポーネント、青色はデータストアなど。
-
線や矢印の意味：
- データフロー、制御フロー、依存関係など、線や矢印の種類ごとに明確な定義を設けます。
-
命名規則：
- コンポーネントやモジュールの命名に一貫性を持たせます。
- 略語や専門用語の使用ルールを定めます。
-
レイアウトの一貫性：
- 同種の図解では、類似のレイアウトや構造を維持します。
- 例：入力を左側、処理を中央、出力を右側に配置するなど。
これらの一貫性を保つことで、以下のメリットが得られます：
- 図解の理解と解釈が容易になります。
- チーム間でのコミュニケーションが円滑になります。
- 新しいメンバーの学習曲線が緩やかになります。
- プロフェッショナルで統一感のあるドキュメンテーションが実現します。
4. 定期的な更新
システム構成図は、システムの現状を正確に反映している場合にのみ価値があります。そのため、定期的な更新が不可欠です。
-
更新のタイミング：
- 大きな機能追加や変更がある度に更新します。
- 定期的（例：四半期ごと）にレビューと更新を行います。
- CI/CDパイプラインと連携し、自動的に更新する仕組みを検討します。
-
更新プロセス：
- 変更管理プロセスと連携し、システム変更時に図解の更新も必須とします。
- 更新担当者や承認フローを明確にします。
- 更新履歴を記録し、変更点を明確にします。
-
古い版の管理：
- 更新時は古い版を適切にアーカイブします。
- 必要に応じて古い版を参照できるようにしますが、最新版との混同を避けるための明確な識別を行います。
-
通知とコミュニケーション：
- 図解が更新されたことを関係者に通知します。
- 重要な変更点については、説明会やレビューセッションを開催します。
定期的な更新により、以下のメリットが得られます：
- 常に最新のシステム状態を反映した正確な情報が提供されます。
- システムの進化や変更履歴を追跡できます。
- 古い情報による誤解や混乱を防ぎます。
- コンプライアンスや監査の要件を満たすことができます。
5. バージョン管理の実施
システム構成図のバージョン管理は、システムの進化を追跡し、過去の決定事項を理解する上で非常に重要です。
-
バージョン管理システムの利用：
- Git などのバージョン管理システムを使用して図解ファイルを管理します。
- 図解作成ツールが提供するバージョン管理機能がある場合は、それも活用します。
-
バージョニング規則：
- セマンティックバージョニング（例：v1.2.3）などの明確なバージョン付け規則を採用します。
- メジャーバージョン：大きな構造変更
- マイナーバージョン：コンポーネントの追加や変更
- パッチバージョン：小さな修正や詳細の更新
-
変更履歴の記録：
- 各バージョンの変更内容を明確に記録します。
- 変更理由、影響範囲、関連するプロジェクトやチケット番号なども記録します。
-
ブランチ戦略：
- 長期的な開発や大きな変更には、専用のブランチを作成します。
- マスターブランチ（または主要ブランチ）は常に最新の承認済み版を反映させます。
-
タグ付け：
- 重要なマイルストーンや、リリースポイントでタグ付けを行います。
- これにより、特定の時点のシステム状態を容易に参照できます。
-
レビューとマージプロセス：
- 図解の変更に対しても、コードレビューと同様のプロセスを適用します。
- 変更をマージする前に、適切な権限を持つ人物による承認を必須とします。
バージョン管理を適切に行うことで、以下のメリットが得られます：
- システムの進化の過程を明確に追跡できます。
- 過去の設計決定の理由を理解し、将来の意思決定に活かせます。
- 複数の開発ブランチや将来の計画を並行して管理できます。
- 問題が発生した際に、以前の安定版に容易にロールバックできます。
よくある落とし穴と対策
1. 過度に複雑な図解
- 課題：一つの図に多くの情報を詰め込みすぎて、理解が困難になる。
- 対策：必要に応じて複数の図に分割し、各図の目的を明確にする。
2. 抽象度の不一致
- 課題：同じ図の中で抽象度が異なる要素が混在し、全体の一貫性が失われる。
- 対策：図の目的に応じて適切な抽象度を設定し、一貫性を保つ。
3. 更新の遅れ
- 課題：システムの変更が図解に反映されず、古い情報が残ってしまう。
- 対策：定期的な更新スケジュールを設定し、変更管理プロセスと連携させる。
4. 標準化されていない表記
- 課題：個人やチームごとに異なる表記法を使用し、混乱を招く。
- 対策：組織全体で標準化された表記法を定義し、徹底する。
5. コンテキストの欠如
- 課題：図解だけでは背景や目的が伝わらず、誤解を招く。
- 対策：図解に加えて、目的や背景を説明する文書を添付する。
6. スケーラビリティの考慮不足
- 課題：将来の拡張性を考慮せずに設計し、後々問題が発生する。
- 対策：スケーラビリティを考慮した設計を行い、図解にも反映させる。
7. 非機能要件の軽視
- 課題：パフォーマンスやセキュリティなどの非機能要件が図解に反映されていない。
- 対策：非機能要件も図解に明示的に組み込む。
8. ステークホルダーの視点の欠如
- 課題：技術者の視点のみで作成され、他のステークホルダーのニーズを満たせていない。
- 対策：多様なステークホルダーの視点を考慮し、必要に応じて複数の図解を用意する。
9. 過度な簡略化
- 課題：簡潔さを追求するあまり、重要な詳細が省略されてしまう。
- 対策：重要な情報は省略せず、必要に応じて補足説明を加える。
10. ツールへの過度の依存
- 課題：ツールの制約に縛られ、本来表現したい内容が歪められる。
- 対策：ツールの特性を理解しつつ、必要に応じて手動での調整や複数ツールの併用を検討する。
これらのベストプラクティスと落とし穴への対策を意識することで、より効果的なシステム構成図を作成し、活用することができます。システム構成図は、単なる図面ではなく、チームのコミュニケーションツールであり、設計の指針となる重要な資産です。常に改善を心がけ、プロジェクトやチームのニーズに合わせて進化させていくことが大切です。
さいごに
最後に、システム構成図の作成は反復的なプロセスであることを忘れないでください。
初回の作成で完璧を目指すのではなく、フィードバックを受けながら継続的に改善していくことが、より良い設計と理解につながります。
Discussion