2.1 信息技术及其发展

一句话讲明白

这一节是整本书的"技术底座"：计算机怎么造（软硬件）、机器怎么连（网络）、数据怎么存（存储与数据库）、怎么守住不被偷（信息安全）。四块内容全是选择题的常客。

生活类比

把一台电脑想成一家餐厅：硬件是厨房设备和传菜电梯，软件是菜谱和服务流程，网络是外卖平台和电话线，数据库是后厨冷库和台账，信息安全则是门锁、监控和验钞机。少了任何一样，这家餐厅都开不下去。

正经定义

信息技术是研究如何获取、处理、传输和使用信息的技术，是在信息科学基本原理和方法下的一切信息产生、传输、发送、接收等应用技术的总称。按表现形态分为硬技术（物化技术）与软技术（非物化技术）。

拆解与流程

一、计算机软硬件

• 硬件 5 大部件：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。控制器是"中枢神经"，运算器（ALU）做算术与逻辑运算，它接受控制器的指挥。
• 存储单位：1 Byte = 8 bit，1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB。内存分 RAM（读写）与 ROM（只读）。
• 软件 3 类：
• 系统软件：控制和协调计算机及外部设备，支持应用软件开发运行，无需用户干预。
• 应用软件：满足用户不同领域应用需求的程序集合。
• 中间件：处于操作系统（平台）与应用程序之间的通用服务，有标准的程序接口和协议；底层硬件和系统软件更新换代时，只需升级中间件并保持对外接口定义不变，应用软件几乎无需修改。没装任何软件的机器叫"裸机"。

二、计算机网络

1）网络分类（按作用范围）

按使用者分：公用网（公众网）与专用网（军队、铁路、银行等）。

2）网络互连设备（年年考）

交换层次记忆：二层 MAC、三层 IP、四层端口。

3）网络协议三要素：语义（要做什么）、语法（要怎么做）、时序（做的顺序）。

4）OSI 七层模型（必背，从下往上）

物理层 → 数据链路层 → 网络层 → 传输层 → 会话层 → 表示层 → 应用层。

5）IEEE 802.3 以太网家族

6）TCP/IP 应用层常见协议

小贴士：IPv6 是下一代互联网协议，采用 128 位地址彻底解决 IPv4 地址枯竭问题，《"十四五"国家信息化规划》明确要求全面推进 IPv6 商用部署。

7）TCP vs UDP：TCP 可靠、面向连接、全双工，适合数据量小、可靠性要求高的场合；UDP 不可靠、无连接，检测功能弱，适合数据量大、要求速度快的场合。

8）SDN 软件定义网络：核心是控制面与数据面分离。架构由下到上（由南到北）为数据平面、控制平面、应用平面。南向接口 CDPI（主流协议 OpenFlow，交换机维护流表 Flow Table 按流转发），北向接口 NBI（非统一标准，可定制），东西向接口负责多控制器通信（负载均衡与扩展）。

9）5G：ITU 定义了 5G 的八大指标。三大应用场景——eMBB 增强移动宽带、uRLLC 超高可靠低时延通信、mMTC 海量机器类通信；对应的三种网络切片——增强移动宽带、低时延高可靠、大连接物联网。关键技术：OFDMA、MIMO、LDPC、Polar 码、大规模天线、短帧快速反馈、网络切片、边缘计算。

三、存储和数据库

• 存储分类：按服务器类型分封闭系统（大型机）与开放系统；开放系统存储分内置存储与外挂存储，外挂存储再分为 DAS（直连式，也称 SAS（服务器附加存储），直接连到服务器、不自带存储操作系统）与 FAS（网络化存储），FAS 再分 NAS（网络接入存储，基于 LAN、按 TCP/IP 通信、以文件 I/O 方式传输）与 SAN（存储区域网络，通过光纤交换机等连接的高速专用子网，由接口、连接设备、通信控制协议三组件构成，分 FC SAN 与 IP SAN）。
• 存储虚拟化：把多个网络的存储资源整合为一个抽象的逻辑视图，是"云存储"的核心技术之一。绿色存储：在容量、性能与能耗三者之间求平衡。
• 三种数据结构模型：层次模型（树结构，只能处理一对多；查询子女必须通过双亲）、网状模型（图结构，可多对多，存取效率高但数据独立性差、结构复杂）——二者统称格式化数据模型；关系模型（二维表，结构单一清晰、概念简单，但存取路径对用户透明，查询效率往往不如格式化模型）。
• 数据库类型：关系型数据库遵循事务 ACID（原子性、一致性、隔离性、持久性）；非关系型数据库（NoSQL） 是分布式的、不保证遵循 ACID，无固定表结构、通常无连接操作，分 键值数据库、列存储数据库、面向文档数据库、图形数据库 四类。记住对比：关系型易于理解维护但高并发读写性能不足、表结构固定难扩展；NoSQL 高并发、易扩展、弱结构化，但事务支持较弱、无完整约束。
• 数据仓库：面向主题的、集成的、非易失的、随时间变化的数据集合，用于支持管理决策。相关概念：ETL（抽取/转换/加载）、元数据（关于数据的数据）、粒度（细化程度越高，粒度级越小）、分割、数据集市（部门级小型数据仓库）、ODS（操作数据存储）。OLAP 三种实现：ROLAP（基于关系数据库）、MOLAP（基于多维数据库）、HOLAP（混合，基本数据放 RDBMS、聚合数据放多维数据库）。

四、信息安全

• CIA 三元组（安全目标）：保密性 Confidentiality（信息不被泄露给未授权者，手段：加密、访问控制、信息隐写）、完整性 Integrity（数据不被改变；要阻止未授权主体的修改、阻止授权主体的未授权修改、并能验证）、可用性 Availability（需要时授权实体可访问使用）。
• 信息系统安全四层次：设备安全（稳定性、可靠性、可用性）、数据安全（秘密性、完整性、可用性，隐蔽性高）、内容安全（政治健康、符合法律法规、符合道德规范）、行为安全（秘密性、完整性、可控性，是一种动态安全）。
• 加密与认证：
• 对称加密（典型 DES）：加解密用同一把密钥，简单快捷、密钥较短。
• 非对称加密（典型 RSA）：公开密钥 Ke 加密、私有密钥 Kd 解密；RSA 既可用于加密又可用于数字签名。
• Hash 函数：把任意长报文映射为定长 Hash 码（报文摘要），改一位就变，用于报文认证与数字签名。
• 数字签名三要求：签名者事后不能抵赖、他人不能伪造、争执时可由公正仲裁者验证。
• 认证 vs 数字签名：加密保保密性（防被动攻击如窃听），认证保真实性与完整性（防主动攻击如冒充、篡改）；认证用双方共享的保密数据且不准许第三者验证，数字签名允许第三者验证。
• 网络安全技术：防火墙（包过滤、应用网关、代理服务）、IDS 入侵检测（被动，只发告警）与 IPS 入侵防护（主动，直接拦截）、VPN（隧道技术：PPTP、L2TP、IPSec）、安全扫描（漏洞/端口/弱口令）、蜜罐 Honeypot（主动防御，诱捕攻击者）、Web 威胁防护（Web 访问控制、SSO 单点登录、网页防篡改四技术：时间轮询、核心内嵌、事件触发、文件过滤驱动、Web 内容安全）、下一代防火墙 NGFW（在传统防火墙基础上新增 IPS 与基于第 7 层应用识别的可视化）、UEBA 用户和实体行为分析（三层架构：数据获取层、算法分析层、场景应用层，重点管内部威胁）、网络安全态势感知（四大关键技术：海量多元异构数据汇聚融合、面向多类型的网络安全威胁评估、态势评估与决策支撑、态势可视化）。
• 常见威胁举例：网络监听、口令攻击、DoS/DDoS、漏洞攻击、僵尸网络 Botnet、网络钓鱼、网络欺骗（ARP/DNS/IP/Web/E-mail）、网站威胁（SQL 注入、跨站攻击、旁注攻击）、APT 高级持续性威胁；操作系统面临的威胁：病毒、逻辑炸弹、特洛伊木马、后门、隐蔽通道。

五、信息技术的发展趋势

计算机技术向智能化、系统化、微型化、云端化融合创新；硬件向超高速、超小型、并行处理、智能化发展；"软件定义一切"成为潮流；安全理念由传统计算机安全过渡到以可信计算为核心，并朝着标准化和集成化方向发展。这些最终催生了物联网、云计算、大数据、区块链、人工智能、虚拟现实等新一代信息技术。

考试怎么考

• 题型：选择题，本章最核心技术页，分值高。
• 必背：OSI 7 层及其代表协议；中继器/集线器=物理层、网桥/二层交换机=数据链路层、路由器=网络层、网关=高层；IEEE 802.3/3u/3z 对应 10/100/1000 Mb/s；TFTP、DHCP 基于 UDP，FTP、HTTP、SMTP、Telnet 基于 TCP；TCP/UDP 适用场合；SQL 的 ACID；NoSQL 4 类；DAS/NAS/SAN 辨析；CIA 三要素；信息系统安全 4 层次；对称=DES、非对称=RSA。
• 常见问法：
• "以下协议中，不属于应用层的是" / "基于 UDP 的是" → TFTP、DHCP（此外 SNMP 也是基于 UDP 的常见答案）。
• "根据 MAC 地址进行帧转发的设备工作在 OSI 的哪一层" → 数据链路层。
• "采用树结构描述实体之间联系的数据模型是" → 层次模型。
• "IDS 与 IPS 的主要区别" → IDS 被动检测告警，IPS 主动拦截。
• "数据仓库的特点不包括" → 四个关键词：面向主题、集成、非易失、随时间变化。

易混辨析

一秒记忆

OSI 七层倒背法（自顶向下）："应、表、会、传、网、数、物" → 谐音 "硬（应）表（表）会（会）传（传）网（网）数（数）物（物）"，再配一句大白话："快递 APP（应用层）→ 打包格式化（表示层）→ 打通电话约定寄件（会话层）→ 保证包裹不丢（传输层）→ 查地址找路线（网络层）→ 装车成帧（数据链路层）→ 公路本身（物理层）"。

其余速记："中继放大、网桥认 MAC、路由认 IP、网关管到顶层"；"对称 DES 一把钥匙，非对称 RSA 公私钥两把"；"CIA：保密看不着、完整改不了、可用停不了"。

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