第二章 信息技术发展

目录

一、信息技术及其发展

1.计算机硬件

2.计算机软件

3.通信基础

4.网络基础

5.网络设备

6.网络标准协议

7.软件定义网络

8.第五代移动通信技术（5G）

二、存储和数据库

1.存储技术

2.数据结构模式是数据库系统的核心。常见的数据结构模式有三种：层次模型、网状模型和关系模型。层次模型和网状模型又统称为格式化数据模型。

3.数据存储方式

4.数据仓库

5.信息安全基础

6.加密与解密

7.信息系统安全

8.网络安全防御技术

9.Web防护技术

10.下一代防火墙

11.用户和实体行为分析（UEBA）

12.网络安全态势感知

三、新一代信息技术及应用

1.物联网

2.云计算

3.大数据

4.区块链技术

5.人工智能

6.虚拟现实（VR）

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一、信息技术及其发展

• 信息技术是研究如何获取信息、处理信息、传输信息和使用信息的技术。信息技术是在信息科学的基本原理和方法下的关于一切信息的产生、信息的传输、信息的发送、信息的接收等应用技术的总称。

1.计算机硬件

• 控制器：控制器是整个计算机的中枢神经，其功能是对程序规定的控制信息进行解释并根据其要求进行控制，调度程序、数据和地址，协调计算机各部分的工作及内存与外设的访问等。
• 运算器：计算机运行时，运算器的操作和操作种类由控制器决定，运算器接受控制器的命令而进行动作，即运算器所进行的全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的。
• 存储器：存储器分为：计算机内部的存储器（简称内存）和计算机外部的存储器（简称外存）。计算机存储容量以字节为单位，它们是：字节B（1Byte = 8bit）、千字节KB（1KB = 1024B）、兆字节MB（1MB = 1024KB）、吉字节GB（1GB = 1024KB）、太字节TB（1TB = 1024GB）。
• 输入设备：常见的输入设备有键盘、鼠标、麦克风、摄像头、扫描仪、扫码枪、手写板、触摸屏等。
• 输出设备：计算机常用的输出设备有显示器、打印机、激光印字机和绘图仪等。

2.计算机软件

• 系统软件：系统软件是指控制和协调计算机及外部设备，支持应用软件开发和运行的系统，是无需用户干预的各种程序的集合，主要功能是调度、监控和维护计算机系统；负责管理计算机系统中各种独立的硬件，使得它们可以协调工作。
• 应用软件：应用软件是用户可以使用的各种程序设计语言以及用各种程序设计语言编制的应用程序的集合，分为应用软件包和用户程序。
• 中间件：中间件是处于操作系统和应用程序之间的软件。

3.通信基础

• 通信系统和模型：一个通信系统包括三大部分：源系统（发送端或发送方）、传输系统（传输网络）和目的系统（接收端或接收方）。
• 现代通信的关键技术：数字通信技术、信息传输技术、通信网络技术等。

4.网络基础

按照作用范围划分	说明
个人局域网（PAN） （无线个人局域网）	是指在个人工作的地方把属于个人的电子设备（如便携式电脑等）用无线技术连接起来的自组网络，其作用范围通常在10m左右。
局域网（LAN）	局域网通常指用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连（速率通常在10Mb/s以上），其地理范围通常在1km左右。通常覆盖一个校园、一个单位、一栋建筑物等。
城域网（MAN）	范围可跨越几个街区甚至整个城市，其作用距离约为5~50km。
广域网（WAN）	广域网的作用范围通常为几十公里到几千公里，可跨越一个国家或一个州进行长距离传输数据。
按网络的使用者分	说明
公用网（公众网）	指电信公司出资建造的面向大众提供服务的大型网络。
专用网	指某个部门为满足单位的特殊业务工作所建造的网络，这种网络不向本单位以外的人提供服务。

5.网络设备

• 信息在网络中的传输主要有以太网技术和网络交换技术。网络交换是指通过一定的设备（如交换机等）将不同的信号或者信号形式转换为对方可识别的信号类型，从而达到通信目的的一种交换形式，常见的有数据交换、线路交换、报文交换和分组交换。
• 在计算机网络中，按照交换层次的不同

分层	内容
物理层交换	如电话网
链路层交换	二层交换，对MAC地址进行变更
网络层交换	三层交换，对IP地址进行变更
传输层交换	四层交换，对端口进行变更，比较少见
应用层交换	可以理解为Web网关等

6.网络标准协议

• OSI

层级	含义	常见协议	设备
物理层	电缆连线连接器；产生并检测电压以便发送和接收携带数据的信号。	具有标准由RS232、V.35、RJ-45、FDDI	中继器、集线器
数据链路层	将网络层接收到的数据分割成特定可被物理层传输的帧。	IEEE802.3/.2、HDLC、PPP、ATM	二层交换器、网桥
网络层	将网络地址翻译成对应的物理地址（网卡地址），并决定如何将数据从发送方路由到接收方。路由器就在工作在网络层。	IP、ICMP、IGMP、IPX、ARP等	路由器、三层交换器
传输层	负责确保数据可靠、顺序、无错地从A点传输到B点。	TCP、UDP、SPX	网关、多层交换器
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。	RPC、SQ1、NFS	网关、多层交换器
表示层	应用程序和网络之间的翻译官；管理数据的解密加密、数据转换、格式化和文件压缩。	JPEG、GIF、MPEG、ASCII、DES	网关、多层交换器
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。	HTTP、FTP、SMTP、Telnet	网关、多层交换器

• IEEE802协议组

IEEE802标准(局域网技术)
标准	网络技术类型	标准	网络技术类型
IEEE802.1	协议概述	IEEE802.6	城域网协议
IEEE802.2	逻辑链路控制层协议	IEEE802.7	FDDI宽带技术协议
IEEE802.3	以太网的载波监听多路访问/冲入检测协议	IEEE802.8	光线技术协议
IEEE802.4	令牌总线协议	IEEE802.9	局域网上的语音/数据集成规范
IEEE802.5	令牌环协议	IEEE802.10	局域网安全互操作标准
		IEEE802.11	无线局域网标准协议

• TCP/IP（TCP/IP是Internet的核心）

英文	中文	解析	建立
FTP	文件传输协议	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。	建立在TCP之上
HTTP	超文本传输协议	用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。	建立在TCP之上
SMTP	简单邮件传输协议	是一种提供可靠且有效的电子邮件传输的协议。	建立在TCP之上
Telnet	远程登录协议	基本功能是允许用户登录进入远程计算机系统。	建立在TCP之上
DHCP	动态主机配置协议	实现自动分配IP地址的；DHCP分配的IP地址可分为三种方式，分别是固定、动态和自动分配。	建立在UDP之上
TFTP	简单文件传输协议	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。	建立在UDP之上
DNS	域名系统	当用户在应用程序中输入DNS名称时，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。	建立在DUP之上
SNMP	简单网络管理协议	为了解决Internet上路由器管理问题而提出来的。	建立在UDP之上

• TCP和UDP

英文	中文	解析
TCP	传输控制协议	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	用户数据报文协议	UDP是一种不可靠的、无法连接的协议，它可以保证应用程序进程间的通信，与TCP相对应的UDP是一种无连接的协议，它的错误检测功能要弱的多。
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，对可靠性要求不是很高，但要求速度快的场合。

7.软件定义网络

• 软件定义网络是一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式，它可通过软件编程的形式定义和控制网络，即通过将网络设备的控制面与数据面分离开来，从而实现了数据流量的灵活控制，使网络变得更加智能，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。
• 在控制层，包括具有逻辑中心化和可编辑的控制器，可掌握全局网络信息，方便运营商和科研人员管理配置网络和部署性协议等。
• 在数据层，包括亚交换机（与传统的二层交换机不同，专指用于转发数据的设备），仅提供简单的数据转发功能，可以快速处理匹配的数据包，适应流量日益增长的需求。两层之间采用开放的统一接口（如OpenFlow）等进行交互。
• SDN的整体架构由下到上（由南到北）分为数据平面、控制平面和应用平面。

1. 数据平面由交换机等网络通用硬件组成，各个网络设备之间通过不同形式形成的SDN数据通路连接。
2. 控制平面包含了逻辑上为中心的SDN控制器，掌握着全局网络信息，负责各种转发规则的控制。
3. 应用平面包含着各种基于SDN的网络应用，用户无需关心底层细节就可以编程、部署新应用。

• SDN中的接口具有开放性，以控制器为逻辑中心，南向接口负责与数据平面进行通信，北向接口负责与应用平面进行通信，东西向接口负责多控制器之间的通信。最主流的南向接口CDPI采用的是OpenFlow协议。OpenFlow最基本的特点是基于流的概念来匹配转发规则，每一个交换机都维护一个流表，依据流表中的转发规则进行转发，而流表的建立、维护和下发都是由控制器完成的。

8.第五代移动通信技术（5G）

• 5G是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代移动通信技术。为了支持低时延、高可靠，5G采用短帧、快速反馈、多层/多站数据重发等技术。

4G与5G主要指标对标
指标名称	流量密度/ (Tb/s · km2)	连接数据密度/ (万 · km_2)	时延/ms	移动性/ (km · h_1)	能效/倍	用户体验速率/ b · s_1	频道效率/倍	峰值率/ Gb · s_1
4G	0.1	10	空口10	350	1	10M	1	10
5G	10	100	空口1	500	100	0.1~1G	3	20

• 5G的三大类应用场景，即增强移动宽带（eMBB）、超高可靠低时延通信（uRLLC）和海量机器类通信（mMTC）。

1. 增强移动宽带主要面向移动互联网流量爆炸式增长，为移动互联网用户提供更加极致的应用体验；
2. 超高可靠低时延通信主要面向工业控制、远程医疗、自动驾驶等对时延和可靠性具有极高要求的垂直行业应用需求；
3. 海量机器类通信主要面向智慧城市、智能家居、环境监测等以传感和数据采集为目标的应用需求。

二、存储和数据库

1.存储技术

• 存储分类

英文	中文	说明
DAS	直连式存储 （服务器附加存储）	直接连接在各种服务器或客户端扩展接口下的数据存储设备，它依赖于服务器，其本身是硬件的堆叠，不带有任何存储操作系统。存储设备是通过电缆（通常是SCSI接口电缆）直接到服务器的，I/O（输入输出）请求直接发送到存储设备。
NAS	网络接入存储 （网络直接存储设备或网络磁盘阵列）	一种专业的网络文件存储及文件备份设备，它是基于LAN（局域网）的，按照TCP/IP协议进行通信，以文件的I/O（输入输出）方式进行数据传输。
SAN	存储区域网络	SAN是一种通过光纤集线器、光纤路由器、光纤交换机等连接设备将磁盘阵列、磁带等存储设备与相关服务器连接起来的高速专用子网。SAN由三个基本的组件构成：接口（如SCSI、光纤通道、ESCON等）、连接设备（交换设备、网关、路由器、集线器等）和通信控制协议（如IP和SCSI等）。 SAN主要包含FC SAN和IP SAN两种 FC SAN的网络介质为光纤通道； IP SAN使用标准的以太网。

• DAS、NAS、SAN等存储模式之间的技术与应用对比如表所示。
• 常用存储模式的技术与应用对比

存储系统架构	DAS	NAS	SAN
安装难易度	不一定	简单	困难
数据传输协议	SCSI/FC/ATA	TCP/IP	FC
传输对象	数据块	文件	数据块
使用标准文件共享协议	否	是（NFC/CIFS ...）	否
异种操作系统文件共享	否	是	需要转换设备
集中式管理	不一定	是	需要管理工具
管理难易度	不一定	以网络为基础，容易	不一定，但通常很难
提高服务器效率	否	是	是
容灾忍受度	低	高	高，专有方案
适合对象	中小组织服务器 捆绑磁盘（JBOD）	中小组织 SOHO族 组织部门	大型组织 数据中心
应用环境	局域网 文件共享程度低 独立操作平台 服务器数量少	局域网 文件共享程度高 异质格式存储需求高	光纤通道储域网 网络环境复杂 文档共享程度高 异质操作系统平台 服务器数量多
业务模式	一般服务器	Web服务器 多媒体资料存储 文件资料共享	大型资料库 数据库等
档案格式复杂度	低	中	高
容量扩充能力	低	中	高

• 存储虚拟化：是“云存储”的核心技术之一，它把来自一个或多个网络的存储资源整合起来，向用户提供一个抽象的逻辑视图。用户可以通过这个视图中的统一逻辑接口来访问被整合的存储资源。用户在访问数据库时并不知道真实的物理位置。他带给人们直接的好处是提高了存储利用率，降低了存储成本，简化了大型、复杂、异构的存储环境的管理工作。
• 绿色存储技术：是指从节能环保的角度出发，用来设计生产能效更佳的存储产品，降低数据存储设备的功耗，提高存储设备每瓦性能的技术。绿色存储技术的核心是设计运行温度更低的处理器和更有效率的系统，生产更低能耗的存储系统或组件，降低产品所产生的电子碳化合物，其最终目的是提高所有网络存储设备的能源效率，用最少的存储容量来满足业务需求，从而消耗最低的能源。以绿色理念为指导的存储系统最终是存储容量、性能、能耗三者的平衡。

2.数据结构模式是数据库系统的核心。常见的数据结构模式有三种：层次模型、网状模型和关系模型。层次模型和网状模型又统称为格式化数据模型。

• 层次模型：它用“树”结构表示实体集之间的关联，其中实体集（用矩形框表示）为结点，而树中各结点之间的连线表示它们之间的关联。在层次模型中，每个结点表示一个记录类型，记录类型之间的联系用结点之间的连线（有向边）表示，这种联系是父子之间的一对多的联系。

层次模型的特点
优点	层次模型的数据结构比较简单清晰； 层次数据库查询效率高，性能优于关系模型，不低于网状模型； 层次模型提供了良好的完整性支持。
缺点	现实世界中很多联系是非层次性的，不适用层次模型表示节点之间的多对多联系； 如果一个节点具有多个双亲节点等，用层次模型表示这类联系就很笨拙，只能通过引入冗余数据或创建非自然的数据结构来解决； 对数据插入和删除操作的限制比较多，因此应用程序的编写比较复杂； 查询子女节点必须通过双亲节点； 由于结构严密，层次命令趋于程序化。

• 网状模型：现实世界中事物之间的联系更多是非层次关系的，一个事物和另外的几个都有联系。这种用有向图结构表示实体类型及实体间联系的数据结构模型称为网状模型。网状模型突破了层次模型不能表示非树状结构的限制，两个或两个以上的节点都可以有多个双亲节点，将有向树变成了有向图。

网状模型的特点
优点	能够更为直接的描述现实客观世界，可表示实体间的多种复杂联系； 具有良好的性能，存取效率较高。
缺点	结构比较复杂，用户不容易使用； 数据独立性差，由于实体间的联系本质上是通过存取路径表示的，因此应用程序在访问数据库时要指定存取路径。

• 关系模型：是在关系结构的数据库中用二维表格的形式表示实体以及实体之间的联系的模型。关系模型中无论是实体还是实体间的联系均由单一的结构类型关系来表示。关系模型的基本原理是信息原理，其所有信息都表示为关系中的数据值。

关系模型的特点
优点	数据结构单一。关系模型中，不管是实体还是实体之间的联系，都用关系来表示，而关系都对应一张二维数据表，数据结构简单、清晰。 关系规范化，并建立在严格的理论基础上。 概念简单，操作方便。
缺点	确定存取路径对用户透明，查询效率往往不如格式化数据模型。 为提高性能，必须对用户查询请求进行优化，增加了开发数据库管理系统的难度。

总结：

层次模型：一对多、父子关系、简单但死板

网状模型：多对多、复杂链路、灵活但难用

关系模型：二维表格存数据、易懂但查询较慢

3.数据存储方式

1.关系型数据库（SQL）

• 关系型数据库：关系型数据库采系统采用关系模型作为数据的组织方式。关系型数据库是在一个给定的应用领域中，所有实体及实体之间联系的集合。关系型数据库支持事务的ACID原则：原子性、一致性、隔离性、持久性。
• 关系数据库主要特征

1. 表中的行、列次序并不重要；
2. 行表中的每一行又称为一条记录列；
3. 表中的每一列，称为属性字段field域；
4. 主键PK：用于唯一确定一条记录的字段外键FK域；
5. 领域：属性的取值范围，如，性别只能是“男”和“女”两个值。

2.非关系型数据库（Not Only SQL，NoSQL）

• 非关系型数据库：非关系型数据库是分布式的、非关系型的、不保证遵循ACID原则的数据存储系统。NoSQL数据存储不需要固定的表结构，通常也不存在连接操作。在大数据存取上具备关系型数据库无法比拟的性能优势。
• 非关系型数据库的主要特征

1. 非结构化的存储；
2. 基于多维关系模型；
3. 具有特定的使用场景。

• 常见的非关系数据库

1. 键值数据库：类似传统语言中使用的哈希表。可以通过key来添加、查询或者删除数据库，因为使用key主键访问，会获得很高的性能及扩展性。Key/Value模式对于信息系统来说，其优势在于简单、易部署、高并发。
2. 列存储数据库：将数据存储在列族中，一个列族存储经常被一起查询，比如人们经常会查询某个人的姓名和年龄，而不是薪资。这种情况下姓名和年龄会被放到一个列族中，薪资会被放到另一个列族中。这种数据库通常用来应对分布式存储海量数据。
3. 面向文档数据库：文档型数据库可以看作是键值数据库的升级版，允许之间嵌套键值，而且文档型数据库比键值数据库的查询效率更高。面向文档数据库会将数据以文档形式存储。
4. 图形数据库：允许人们将数据以图的方式存储。实体会作为顶点，而实体之间的关系则会作为边。比如有三个实体：Steve Jobs、Apple和Next，则会有两个Founded by的边将Apple和Next连接到Steve Jobs。

3.关系型数据库和非关系型数据库的优缺点

数据库类型	特点类型	描述
关系型数据库	优点	容易理解：二维表结构是非常贴近逻辑世界的一个概念，关系模型相对网状、层次等其他模型来说更容易理解。 使用方便：通用的SQL语言使得操作关系型数据库非常方便。 易于维护：丰富的完整性（实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性）大大减低了数据冗余和数据不一致的概率。
	缺点	数据读写必须经过SQL解析，大量数据、高并发下读写性能不足（对于传统关系型数据库来说，硬盘I/O是一个很大的瓶颈）。 具有固定的表结构，因此扩展困难。 多表的关联查询导致性能欠佳。
非关系型数据库	优点	高并发：大数据下读写能力较强（基于键值对的，可以想象成表中主键和值的对应关系，且不需要经过SQL层的解析，所以性能非常高）。 基于基本支持分布式：易于扩展，可伸缩（因为基于键值对，数据之间没有耦合性，所以非常容易水平扩展） 简单：弱结构化存储。
	缺点	事务支持较弱。 通用性差。 无完整约束，复杂业务场景支持较差。

4.数据仓库

• 清洗/转换/加载（ETL）：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。
• 数据仓库是一个面向主题的、集成的、相对稳定的、反映历史变化的数据集合，用于支持管理决策。数据仓库是对多个异构数据源（包括历史数据）的有效集成，集成后按主题重组，且存放在数据仓库中的数据一般不再修改。
• 下图是数据仓库系统结构

• 数据源：是数据仓库的基础，是整个系统的数据源泉。
• 数据的存储与管理：是整个数据仓库系统的核心。数据仓库的真正关键是数据的存储和管理。
• 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。其具体实现可以分为：ROLAP、MOLAP、和HOLAP。ROLAP基本数据和聚合数据均存放在RDBMS之中；MOLAP基本数据和聚合数据均存放于多维数据库中；HOLAP基本数据存放于RDBMS之中，聚合数据存放于多维数据库中。
• 前端工具：主要包括各种查询工具、报表工具、分析工具、数据挖掘工具以及各种基于数据仓库和数据集市的应用开发工具。

5.信息安全基础

• 信息（数据）安全属性三要素（CIA）

1. 保密性：信息不被泄露给未授权的个人、实体和过程，或不被其使用的特征。
2. 完整性：保护资产的正确和完整的特性。
3. 可用性：需要时，授权实体可访问和使用的特性。

• 信息系统安全可以划分为以下四个层次：设备安全、数据安全、内容安全、行为安全

1. 设备安全：信息系统设备的安全是信息系统安全的首要问题。
   1. 设备的稳定性：设备在一定时间内不出现故障的概率。
   2. 设备的可用性：设备随时可以正常使用的概率。
   3. 设备的可靠性：设备能在一定时间内正常执行任务的概率。
2. 数据安全（静态安全）：其安全属性包括秘密性、完整性和可用性。
3. 内容安全：内容安全是信息安全在政治、法律、道德层次上的要求。广义的内容安全还包括信息内容保密、知识产权保护、信息隐藏和隐私保护等诸多方面。
4. 行为安全（动态安全）：行为的秘密性；行为的完整性；行为的可控性。

6.加密与解密

• 加密技术包括两个元素：算法和密钥。
• 密钥加密的技术分为两类

密钥加密技术
分类	典型代表	说明
对称密钥 （保密，私人）	数据加密标准 （DES）算法	对称加密采用了对称密码编码技术，它的特点是文件加密和解密使用相同的密钥。技嘉秘密钥也可以用作解密密钥，这种方法在密码学中叫作对称加密算法对称加密算法，使用起来简单快捷，密钥较短，且破译困难。
非对称密钥	公开公钥加密算法 （RAS）算法	公开密钥的基本思想是将传统密码的密钥K一分为二，分为加密密钥Ke和解密密钥Kd，用加密密钥Ke可以控制加密，用解密密钥Kd控制解密，这样即使是将Ke公开也不会暴露Kd，也不会损害密码的安全。

• 对称加密的加密密钥和解密密钥相同，而非对称加密的加密密钥和解密密钥不同，加密密钥可以公开，而解秘密钥需要保密。
• Hash函数：Hash函数将任意长的报文M映射为定长的Hash玛，也称为报文摘要，它是所有报文位的函数，具有错误检测能力：即改变报文的任何一位或多位，都会导致Hash玛的改变。
• 数字签名：利用RAS密码可以同时实现数字签名和数据加密。
• 完善的数字签名体系应满足：

1. 签名者事后不能抵赖自己的签名；
2. 任何其他人不能伪造签名；
3. 如果当事的双方关于签名的真伪发生争执，能够在公正的仲裁者面前通过验证签名来确认其真伪。

• 认证：认证又称鉴别或确认，它是证实某事是否名副其实或是否有效的一个过程。

认证与加密的区别
认证（鉴别或确认）	用以确保报文发送者和接收者的真实性以及报文的完整性，阻止对手的主动攻击，如冒充、篡改、重播等。认证系统常用的参数有口令、标识符、密钥、信物、智能卡、指纹、视网文等。
加密	用以确保数据的保密性，阻止对手的被动攻击，如截取、窃听等。
认证与数字签名的区别
相同点：认证和数字签名技术都是确保数据真实性的措施。
认证（鉴别或确认）	基于共享密钥的身份验证	双方认证，不准第三者认证	不一定具备
数字签名	验证签名的数据是公开的	双方和第三者都可认证	发送方不能抵赖，接收方不能伪造和具有在公证人前解决纠纷的能力

7.信息系统安全

• 计算机设备安全：除完整性、机密性和可用性外，计算机设备安全还要包括：

计算机设备安全	说明
抗否认性	是指能保障用户无法在事后否认曾经对信息进行的生成、签发、接收等行为的特性。一般通过数字签名来提供抗否认服务。
可审计性	利用审计方法，可以对计算机信息系统的工作过程进行详细的审计跟踪，同时保存审计记录和审计日志，从中可以发现问题。
可靠性	指计算机在规定的条件下和给定的时间内完成预定功能的概率。

• 网络安全

网络安全	具体内容
常见网络问题	信息泄露、信息污染、信息不易受控。 信息泄密、信息破坏、信息侵权和信息渗透。 网站遭受恶意攻击而导致损坏和瘫痪。
常见网络威胁	网络监听。 口令攻击。 拒绝服务（DoS）攻击及分布式拒绝服务（DDoS）攻击。 漏洞攻击。例如利用Web安全漏洞和OpenSSl安全漏洞实施攻击。 僵尸网络。 网络钓鱼。 网络欺骗。网络欺骗主要有ARP欺骗、DNS欺骗、IP欺骗。Web欺骗、E-mail欺骗等。 网站安全威胁。网站安全威胁主要有SQL注入攻击、跨站攻击、旁注攻击等。 高级持续性威胁（APT）。

• 操作系统安全：面临的安全威胁主要有：

1. 计算机病毒。
2. 逻辑炸弹。
3. 特洛伊木马。软件中含有一个察觉不出的或者无害的程序段，当它被执行时会破坏用户的安全。
4. 后门：指的是嵌在操作系统中的一段非法代码，渗透者可以利用这段代码侵入系统。安装后门的目的就是为了渗透。
5. 隐蔽通道：可定义为系统中不受安全策略控制的、违反安全策略、非公开的信息泄露路径。

• 数据库系统安全：数据库系统是存储、管理、使用和维护数据的平台。数据库安全主要指数据库管理系统安全，其安全问题可以认为是用于存储而非传输的数据的安全问题。
• 应用系统安全：当前大部分应用系统的数据管理、业务处理逻辑、结果展示控制、并发处理等都是由服务器端完成的，而服务器端的应用大部分是基于Web的，因此围绕Web的安全管理是应用系统安全最重要的内容之一。

8.网络安全防御技术

技术	解释
防火墙	防火墙是建立在内外网络边界上的过滤机制，内部网络被认为是安全和可信赖的，而外部网络被认为是不安全和不可信赖的。 防火墙可以监控进出网络的流量，仅让安全、核准的信息进入，同时抵御企业内部发起的安全威胁。 防火墙的主要实现技术有：数据包过滤、应用网关和代理服务等。
入侵检测与防护	入侵检测系统（IDS）：被动的，注重的是网络安全状况的监管，通过监视网络或系统资源，寻找违反安全策略的行为或攻击迹象，并发出报警； 入侵防护系统（IPS）：主动的，注重对入侵行为的控制。
VPN （虚拟专用网络）	依靠ISP（Internet服务提供商）和其他NSP，在公用网络中建立专用的、安全的数据通信通道的技术。VPN的连接不是采用物理的传输介质，而是使用称之为“隧道”的技术作为传输介质，这个隧道是建立在公共网络或专用网络基础之上的。
安全扫描	入侵检测的一种，用来发现漏洞。
网络蜜罐技术	主动防御技术；是入侵检测技术的一个重要发展方向，也是一个“诱捕”攻击者的陷阱。

9.Web防护技术

Web威胁防护技术	说明
Web访问控制技术	是Web站点安全防范和保护的主要策略，它的主要任务是保证网络资源不被非法访问者访问。
单点登录技术（SSO）	为应用系统提供集中统一的身份认证，实现“一点登录、多点访问”。
网页防篡改技术	包括时间轮询技术、核心内嵌技术（密码水印技术）、事件触发技术、文件过滤驱动技术等。
Web内容安全	可以细分为电子邮件过滤、网页过滤、反间谍软件三大技术。

10.下一代防火墙

• 下一代防火墙（NGFW）是一种可以全面应对应用层威胁的高性能防火墙。通过深入洞察网络流量中的用户、应用和内容，并借助全新的高性能单路径异构并行处理引擎，NGFW能够为组织提供有效的应用层一体化安全防护，帮助组织安全地开展业务并简化组织的网络安全架构。
• NGFW在传统防火墙数据包过滤、网络地址转换（NAT）、协议状态检查以及VPN功能的基础上，新增加如下功能：

1. 入侵防御系统（IPS）。NGFW的DPI功能中包含IPS。
2. 基于应用识别的可视化。NGFW根据数据包的去向，阻止或允许数据包。它们通过分析第7层（应用程序层）的流量来做到这一点。传统的防火墙只能分析到第3层和第4层的流量.
3. 智能防火墙。

11.用户和实体行为分析（UEBA）

• 提供了用户画像及基于各种分析方法的异常检测，结合基本分析方法（利用签名的规则模糊匹配、简单统计、阈值等）和高级分析方法（监督和无监督的机器学习等），用打包分析来评估用户和其他实体（主机、应用程序、网络、数据库等），发现与用户或实体标准画像或行为异常的活动所相关的潜在事件。
• UEBA以用户和实体为对象，利用大数据，结合规则以及机器学习模型，并通过定义此类基线，对用户和实体行为进行分析和异常检测，尽可能快速地感知内部用户和实体的可疑或非法行为。
• 从架构上来看，UEBA系统通常包括数据获取层、算法分析层和应用场景应用。

12.网络安全态势感知

• 网络安全态势感知是在大规模网络环境中，对能够引起网络态势发生变化的安全要素进行获取、理解、显示，并据此预测未来的网络安全发展趋势，它是一种基于环境的、动态的、整体的洞悉安全风险的能力。安全态势感知的前提是安全大数据，其在安全大数据的基础上进行数据整合、特征提取等，然后应用一系列态势评估算法生成网络的整体态势状况，应用态势预测算法预测态势的发展状况，并使用网数据可视化技术，将态势状况和预测情况展示给安全人员，方便安全人员直观便携地了解网络当前状态及预期的风险。
• 网络安全态势感知的关键技术：海量多元异构数据的汇聚融合技术、面向多类型的网络安全威胁评估技术、网络安全态势评估与决策支撑技术、网络安全态势可视化等。

三、新一代信息技术及应用

1.物联网

• 物联网是指通过信息传感设备，按约定的协议将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络。
• 物联网架构可以分为三层：感知层、网络层和应用层。

技术	解释
感知层	由各种传感器构成，包括温度传感器，二维码标签、RFID标签和读写器，摄像头，GPS等感知终端。感知层是物联网识别物体、采集信息的来源。
网络层	由各种网络，包括互联网、广电网、网络管理系统和云计算平台等组成，是整个物联网的中枢，负责传递和处理感知层获取的信息。
应用层	是物联网和用户的接口，它与行业需求结合以实现物联网的智能应用。

• 物联网关键技术

物联网关键技术	解释
传感器技术	它是实现自动检测和自动控制的首要环节，也是物联网获取物理世界信息的基本手段。 射频识别技术（RFID）是物联网中使用的一种传感器技术。RFID可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立线或光学接触。
传感网	微机电系统（MEMS）是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通信接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。 MEMS赋予了普通物体新的“生命”，它们有了属于自己的数据传输通路、存储功能、操作系统和专门的应用程序，从而形成了一个庞大的传感网。
应用系统框架	物联网应用系统框架是一种以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用与服务。它将使对象实现智能化的控制，涉及5个重要的技术部分：机器、传感器硬件、通信网络、中间件和应用。该框架基于云计算平台和智能网络，可以依据传感器网络获取的数据进行决策，改变对象的行为控制和反馈。

2.云计算

• 云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式将网络上配置为共享的软件资源、计算资源存储资源和信息资源，按需求提供给网上的终端设备和终端用户。
• 按照云计算服务提供的资源层次

层次	解释
Iaas 基础设施即服务	提供计算机能力、存储空间等基础设施方面的服务（单纯出租资源，盈利能力有限）。
Paas 平台即服务	提供虚拟的操作系统、数据库管理系统、WEB应用等平台化的服务。
Saas 软件即服务	提供应用软件、组件、工作流等虚拟软件的服务，SaaS一般采用Web技术、SOA架构。

• 云计算的关键技术

技术	解释
虚拟化技术	虚拟化技术与多任务以及超线程技术是完全不同的。 多任务是指在一个操作系统中多个程序同时并行运行； 虚拟化技术，则可以同时运行多个操作系统，而且每一个操作系统中都有多个程序运行，每一个操作系统都运行在一个虚拟的CPU或者虚拟主机上； 超线程技术只是单CPU模拟双CPU来平衡程序运行性能，这两个模拟出来的CPU是不能分离的，只能协同工作。 容器技术是一种全新意义上的虚拟化技术，属于操作系统虚拟化的范畴，也就是由操作系统提供虚拟化的支持。
云存储技术	云存储技术是基于传统媒体系统发展而来的一种全新信息存储管理方式，该方式整合应了用计算机系统的软硬件优势，可较为快速、高效地对海量数据进行在线处理，通过多种云技术平台的应用，实现了数据深度挖掘和安全管理。
多租户和访问控制管理	云计算环境下访问控制的研究是伴随着云计算的发展而开始的，访问控制管理是云计算应用的核心问题之一。 云计算访问控制的研究主要集中在云计算访问控制模型、基于ABE密码体制的云计算访问控制、云中多租户及虚拟化访问控制研究。 常见的有基于任务的访问控制模型、基于属性模型的云计算访问控制、基于UCON模型的云计算访问控制、基于BLP模型的云计算访问控制等。 基于ABE密码机制的云计算访问控制包括4个参与方：数据提供者、可信第三方授权中心、云存储服务器和用户。 云中多租户及虚拟化访问控制是云计算的典型特征。
云安全技术	在云安全技术的核心方面，主要包括以下几个方面： 云计算安全性； 保障云基础设施的安全性； 云安全技术服务。

3.大数据

• 大数据从数据源到最终价值实现一般需要经过数据准备、数据存储与管理、数据分析和计算、数据治理和知识展现等过程，涉及数据模型、处理模型、计算理论以及与其相关的分布计算、分布存储平台技术、数据清洗和挖掘技术、流量计算和增量处理技术、数据质量控制等方面的研究。
• 大数据主要特征

1. 数据海量
2. 数据类型多样
3. 数据价值密度低
4. 数据处理速度快

• 大数据技术架构主要包含大数据获取技术、分布式数据处理技术和大数据管理技术，以及大数据应用和服务技术。

大数据技术	主要内容
大数据获取技术	数据采集技术 数据整合技术 数据清洗技术。
分布式数据处理技术	主流的分布式计算系统有Hadoop、Spark和Storm。 Hadoop常用于离线的复杂的大数据处理； Spark常用于离线的快速的大数据处理； Storm常用于在线的实时的大数据处理。
大数据管理技术	大数据存储技术 采用MPP架构的新型数据库集群，通过列存储、粗粒度索引等多项大数据处理技术和高效的分布式计算模式，实现大数据存储。 围绕Hadoop衍生出相关的大数据技术，应对传统关系型数据库较难处理的数据和场景，通过扩展和封装Hadoop来实现对大数据存储、分析的支撑。 基于集成的服务器、存储设备、操作系统、数据库管理系统，实现具有良好的稳定性、扩展性的大数据一体机。 大数据协同技术：多数据中心的协同管理技术是大数据研究的另一个重要方向。 大数据安全隐私技术。
大数据应用和服务技术	分析应用技术：主要是面向业务的分析应用。 可视化技术。

4.区块链技术

• 区块链概念可以理解为以非对称加密算法为基础，以改进的默克尔数为数据结构，使用共识机制、点对点网络、智能合约等技术结合而成的一种分布式存储数据库技术。
• 区块链分为公有链、联盟链、私有链和混合链四大类。
• 区块链的典型特征

特征	说明
多中心化	链上数据的验证、核算、存储、维护和传输等过程均依赖分布式系统结构，运用纯数学方法代替中心化组织机构在多个分布式节点之间构建信任关系，从而建立可信的分布式系统。
多方维护	激励机制可确保分布式系统中所有节点均可参与数据区块的验证过程，并通过共识机制选择特定节点将新产生的区块加入到区块链中。
时序数据	区块链运用带有时间戳信息的链式结构来存储数据信息，为数据信息添加时间维度的属性，从而使可实现数据信息的可追溯性。
智能合约	区块链技术能为用户提供灵活可变的脚本代码，以支持其创建新型的智能合约。
不可篡改	在区块链系统中，因为相邻区块间后序区块可对前序区块进行验证，若篡改某一区块的数据信息，则需递归修改该区块及其所有后续区块的数据信息，然而每一次哈希的重新计算代价是巨大的，且须在有限时间内完成，因此可保障链上数据的不可篡改性。
开放共识	在区块链网络中，每台物理设备均可作为该网络中的一个节点，任意节点可自由加入且拥有一份完整的数据库拷贝。
安全可信	数据安全可通过基于非对称加密技术对链上数据进行加密来实现，分布式系统中各节点通过区块链共识算法所形成的算力来抵御外部攻击、保障链上数据不被篡改和伪造，从而具有较高的保密性、可信性和安全性。

• 区块链的关键技术

关键技术	说明
分布式账本	分布式账本的核心思想是：交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成，而且每一个节点保从一个唯一、真实账本的副本，它们可以参与监督交易合法性，同时也可以共同为其作证；账本里的任何改动都会在所有的副本中被反映出来，反应时间会在几分钟甚至几秒内，记账节点足够多，理论上除非所有的节点被破坏，所有整个分布式账本系统是非常稳健的，从而保证了账目数据的安全性。
加密算法	区块链系统中的加密算法一般分为 散列（哈希）算法：典型的散列算法有MD5、SHA和SM3，目前区块链主要使用SHA256算法。 非对称加密算法：常用的非对称加密算法包括RSA、E1Gamal、D-H、ECC（椭圆曲线加密算法）等。
共识机制	共识机制的思想是：在没有中心点总体协调的情况下，当某个记账节点提议区块数据增加或减少，并把该提议广播给所有的参与节点，所有节点要根据一定的规则和机制，对这一提倡是否能够达成一致进行计算和处理。 目前，常用的共识机制主要有PoW、PoS、DPoS、Paxos、PBFT等。 共识机制分析可基于：合规监管、性能效率、资源消耗、容错性。

5.人工智能

• 从当前的人工智能技术进行分析可知，其在技术研究方面主要聚焦在热点技术、共性技术和新兴技术三个方面。
• 人工智能关键技术

关键技术	说明
机器学习	机器学习是一种自动将模型与数据匹配，并通过训练模型对数据进行“学习”的技术。机器学习的主要研究主要聚焦在机器学习算法及应用、强化学习算法、近似及优化算法和规划问题等方面。 神经网络是机器学习的一种形式。 深度学习是通过多等级的特征和变量来预测结果的神经网络模型，得益于当前计算机架构更快的处理速度，这类模型有能力应对成千上万个特征。 强化学习是机器学习的另一种方式，指机器学习系统制定了目标而且迈向目标的每一步都会得到某种形式的奖励。
自然语言处理（NLP）	是计算机科学领域与人工智能领域中的一个重要方向。它研究能实现人与计算机之间用自然语言进行有效通信的各种理论和方法。自然语言处理并不是一般的研究自然语言，而是与研究能有效地使用自然语言通信的计算机系统，特别是其中的软件系统。 自然语言处理主要应用机器翻译、舆情监测、自动摘要、观点提取、文本分类、问题回答、文本语义比对、语音识别、中文OCR等方面。
专家系统	专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。 当前人工智能的专家系统研究已经进入到第四个阶段，主要研究大型多专家协作系统、多种知识表示、综合知识库、自组织解题机制、多学科协同解题与并行推理、专家系统工具与环境、人工神经网络知识获取及学习机制等。

6.虚拟现实（VR）

• 虚拟现实是一种可以创立和体验虚拟世界的计算机系统，通过虚拟现实系统所建立的信息空间，已不再是单纯的数字信息空间，而是一个包容多种信息的多维化的信息空间人类的感性认识和理性认识能力都能在这个多维化的信息空间中得到充分的发挥。
• 虚拟现实技术的主要特征包括沉浸性、交互性、多感知性、构想性（也称想象性）和自主性。
• 虚拟现实的关键技术

1. 人机互换技术
2. 传感器技术
3. 动态环境建模技术
4. 系统集成技术