1、信息技术的发展与应用,中国工程院院士 清华大学信息学院教授 孙 家 广2000年8月24日,1. 概述IT是研究生物、人类和计算机如何获取、识别、转换、存储、传递、再生以及控制掌握各种信息的规律及其应用的科学技术。信息、生物和新材料将是下世纪产业革命的热点。,一、信息技术（IT）的发展,信息是依存、依附、依赖于物质的一种文化知识表达形式。信息业不能取代工农商业，只是倍增工农商业。IT技术主要包括微电子、计算机及软件、网络通信、光电子、人工智能和信息的获取与应用技术；其中微电子是细胞、通信网络是神经、计算机是大脑、软件是灵魂。,2. 应用驱动 IT的产生 第二次世界大战对通信和火炮控制的需求促使
2、了通信理论和第一台计算机的诞生。 1946年美国研制出第一台电子管计算机； 1947年美国三位科学家发明第一只半导体晶体管；,1948年美国应用数学家申农发表了“通信的数学理论”，奠定了现代信息论的理论基础； 1948年美国科学家维纳出版了“控制论”一书，将事物的运动看成不确定的随机过程，采用统计和时序列方法处理信息和控制问题。,3. 信息的形式定义 信息是系统内部建立联系的特殊形式，是系统确定程度（特殊程度、知识或有序程度，与外界联系程度）的标记。维纳和申农都给出了一致的数学描述：（比特/信息）,H为每个消息的平均信息量，k为波尔兹曼常数，Pi为各事件出现的概率，比特是以2为底的对数时信息的
3、单位；H反映了物质运动状态和变化程度，是物质的基本属性之一。,4. 微电子 0.18m技术已于1999年投入大规模生产，如：P600； 0.13m技术估计2000年投产； DRAM产品已达4GB，正向16GB突破； CPU产品已达600MH，正向1GH进展；,0.1m技术估计2006年投产； 0.05m技术估计2012年投产； ASIC专用芯片应用到多个领域； 集成电路已发展为集成系统。 5. 光电子密集波分复用技术（DWDM）在同 一根光纤内传输多路不同波长的光信号；,掺铒光纤放大器技术（EDFA）可将光信号直接放大，具有输出功率高、噪声小、增益带宽等优点；已投入应用，若干光纤网可工作在2.
4、5Gbps和10Gbps带宽，已有80Gbps的演示设备；全光实时交换系统将逐步实用。,6. 计算机,客户机：网络计算机、智能网络浏览器、联网的PDA、算通机、电话/手 机、电视等； 服务器：高性能、可扩展、高可靠；2001年30亿次浮点运算/秒；2004年100万亿次浮点运算/秒；用DVD做存储器1MB/1美分； 120mn光盘容量达18GB；,7. 软件,8. 网络通信计算机网、电信网和电视网三网合一， 并向宽带化、综合化、分组化、和个性化 发展；未来的通信信息网络结构将由干线 网/本地网结构模式转变为干线网/接入网， 接入网的变革是关键。超高速网、网络互连、用户接入、无 线通信和网络集成
5、技术飞速发展；,基于TCP/IP协议因特网，是一种IP网，带宽每半年翻一番；我国电话普及12%，发达国家60-80%；因特网用户300万/1999年，全球1亿用户 /1999年；2001年有8080Gbps的DWDM系统上市， 单根光纤传输速率达6.4Tbps；美国骨干网带宽1.2Tbps/1996年，21Tbps/1999年，99Tbps/2001年，100Mbps/1Gbps到家庭；,以波分复用技术为主线的全光通信将 在未来的核心网中发挥重要作用。如果采 用具有100个波分的DWDM技术，每个波 长传送10 Gbit/s的信息，则每根光纤的 1550 nm波长窗口可传送1 Tbit/s的信
6、息 量，也就是每一对光纤可传送1200万路 电话，可供近2500万人同时交换信息， 传送10万路以上的电视节目。,除了有线通信网络向宽带化发展外， 无线移动通信的宽带化发展方向也引人 瞩目。宽带WCDMA将是移动通信中非 常有发展前途的通信手段。,二、信息技术的应用,1.信息技术时代的远程教育 (1) 网络教育的必要性与必然性,国家教育的振兴与发展，要靠教育体制、教育方法的改革，要靠教学内容、教学手段的更新 将信息时代的高科技手段充分地应用于教育教学当中，将信息技术与学习过程有机融合，形成交互式网络教育，构建终身学习体系。,满足国家政治、经济发展对教育、对人才的需求 网络教育将加速我国的教育模
7、式从工业时代向信息时代转化的步伐，以此缩短我们与世界上教育发达国家之间的差距。,(2) 网络教育的教育体制,以计算机网络技术、通讯技术、多媒体技术等高新技术为主要手段 不受时间、空间和地域的限制，自由宽松的学习方式 丰富的教育资源可以通过网络实现共享 真正意义上的自主学习和终身教育,(3) 网络教育体系结构,卫星电视教育网、INTERNT、 Cernet、网络支撑平台 远程教学支持平台 远程教育教学资源库 远程教育信息资源管理,(4) 现代远程教育资源体系结构图,远程教学支持平台,授课系统,资源编辑 制作系统,学习系统,师生交流系统,辅导答疑、教学管理 虚拟试验、教学评价 搜索引擎、作业批阅
8、题库管理、考试评价,媒体素材库（知识点的文本、图形/像、音频、动画等多媒体形式表示）,授课系统,授课系统,授课系统,网 络 课 程,现代远程教育教学资源库,CERNET、卫星电视教育网、Internet网络支撑平台,学 生,管理员,教 师,现代远程教育 信息资源管理,传输管理 用户管理 网络管理 系统评价,资源库管理,(5) 远程教育组成部分,现代远程教育是以互联网为依托，将远程课程教学与培训、教育服务和教育信息交流等进行充分集成的完整体系。这一新型网络教育体系由下列部分构成: 网络教学系统 网络课件开发及管理系统 网络教学管理系统 网络教学信息资源管理系统,网络教学系统,网络教学系统是提供远
9、程教学服务的系统软件，它将网络课程与学校的远程教学服务进行了有机的集成。包括：信息交流系统，如：聊天室、Email、 新闻组等多媒体课程学习系统辅导答疑系统作业评阅系统远程考试系统虚拟实验系统,远程教育支撑平台结构,网络课程开发及管理系统,网络课件开发是一种全新的备课模式，通过网络课件设计工具，并在与相应资源库的支持下，可完成多媒体课件快速生成、可移植、可交互的要求。网络课件开发工具多媒体网络课程资源网络课件开发模板库,网络教学管理系统,远程教学管理系统 课程学习管理系统 多媒体授课学习系统 多媒体作业系统 答疑、考试管理系统 成绩管理系统 学习进度管理系统,远程教务管理系统 学生学习档案管理
10、系统 教师档案管理系统 行政公文管理系统 信息查询系统 计费管理系统 数据统计与分析系统,网络教学信息资源管理系统用来对网络教学资源进行分类管理，构建成统一的教学资源库，为各类网络课件的制作和教学提供强大的信息支持。 学科题库 学科案例库 学科媒体素材库 学科课件库 学科文档资料库,网络教学信息资源管理系统,网络教育资源管理系统结构图,（6）现代网络教育平台案例,清华同方网络教育平台(EduSP)清华同方网络教育平台是一个网上虚拟大学园区系统，它以Web形式提供交互式的教育手段，包括学历教育、职业技术培训、教育信息交流与服务等方面的内容，开发并共享风格多样、内容丰富的网上教育资源，同时能够容纳
11、多个子教学网站进行多种形式的网络教学。,成为以网络技术为基础的教育服务提供商(EASP) 提供通用的系统平台 教育资源建设与共享的集散地 教育信息发布与交流的园地 面向学校、学生提供教学及教学管理全面服务的虚拟校园,清华同方网络教育平台拓扑图,清华同方教育网站网络系统图,清华同方网络平台服务对象,清华同方网络平台已经或即将承运的用户 清华网络学堂 /清华大学继续教育学院 中国大学生网 /中国教育部学生司 中国培训网 /中国国家人事部 中国远程教育网 /中国教育部高教司 中国职业技术培训网 /中国国家劳动部,2. 电子政务政府利用信息技术引导经济、管理 经济、调控经济、服务民众，实现管 理区域、
12、行业、企业、单位等职能。 (1) 目的 政府各部门实现信息化，提高行政、服务和管理效率，促进机构精简、办公简化（无纸办公）；,实现政务公开化，提高政府管理透明度，接受公民监督，由被动服务变为主动服务，企业和公民可以不受地点、时间限制，了解政府方针政策，接受政府管理； 以政府信息化推动和加速全社会的信息化（国民经济信息化）； 适应数字经济，数字地球的发展。,(2) 作用 监督信息化 资料信息化 沟通信息化 办公信息化 市场信息化,(3) 实施 用成熟/先进技术，采用光纤并通过路由器的网络互联技术建网并与ChinaNet连接；运行TCP/IP协议，用统一的网络公用软件； 统一技术规范、标准和方案，
13、统一设备选型，统一组织实施； 以标准化为基础，实现系统的开放性、可扩展性、与异种机、异构网和异构系统的互联能力；,避免出现“瓶颈”，重要路由有备份，重点设备有冗余，保证24小时/全天运行； 建立网络安全体系； 建立完善管理的规章制度。,(4) 电子政务参考方案 OA：办公管理（Office Administration），不是办公自动化（Automation）。 目标：沟通（Communication）、协调（Coordination）、控制（Control），统称3C。,框架：,服 务 器：AS400/工作站/PC Server。 客 户 机：PC/NC/。 网 络：InterNet/Int
14、raNet。 数 据 库：Oracle 8i /SQL Server（海量存储、数据挖掘、数据交流）。 知 识 库：支持办公管理的信息资源（方针、政策、法规、关系等）。 功能构件：独立的支持办公应用的可组装的程序模块。,中 间 件：特定功能的基础程序模块。 个人工具：电子邮件，电子传真，电子文件柜，名片夹，日程管理，综合查询等。 公共信息：公告板，热点话题，问题与建议，办事指南，大事记，时刻表，政策法规，司、处信息，组织机构，电子刊物，证券信息，常见问题等。,系统导引：身份确认，密码管理，功能引导，提示信息，图、声、文联机帮助。 办公行文：发文、收文，内部信息和公文 查询，具体拟稿、核稿，网络
15、 会议，领导签发，文书编排， 发文追踪，收文处理、收文追 踪。,档案管理：档案录入，文档分类，分类组 卷，档案拆卷，档案流销，档 案借阅，档案统计，档案查询 等。 行政管理：考勤，日工作安排，日志查询， 周工作安排、查询，月工作安 排、查询，任务指派，工作督 办，值班管理，项目管理等。,总务管理：劳保用户管理，办公用户管理， 低值易耗器材管理，车辆管 理，设备管理等。 信息管理：信息速查，热线站点录入、浏 览，寻呼，信息库维护等。 职工档案：现职工信息，单位信息，调离 人员信息，离退休人员信息等。,信访管理：投拆录入，督办管理，批文管理，历史记录管理等。 外事管理：外宾人员，议事，结论，中方人
16、员等。 决策支持：决策模型，决策方案，结果等。 系统维护：数据字典，用户资料，帮助文档等。,3. 数字地球与数字城市 数字地球：建立以遥感（RS）、地理信 息系统（GIS）和全球定位系 统（GPS）为基础的全球网 络环境，从而实现用数字化手 段统一处理地球问题。,（1）数字城市信息平台的定义以InterNet/IntraNet网络计算为基础，以IC卡为接口，以城市信息与数据仓库为依托，以管理软件为核心，以标准和安全为保证，以服务市民、管理城市为目的，具有层次性、动态性、关联性和整体性的集成化信息应用系统。,数字城市信息平台框图,（2） 数字城市信息平台的组成 设施：硬件、软件和服务 人员：领导
17、、技术员和用户IC卡： 非加密存储卡 逻辑加密存储卡 CPU卡：接触式、非接触式、双界面式,网络计算环境 InterNet/有线电视网/卫星网 铁路、电力线扩充的网 数字处理中心（信息中心）：服务器、交换机、路由器、网关等 操作系统：Unix（Linux，Win NT） 面向对象的网络数据库管理系统Oracle 8i，DB2等,数字（电子）证书授权及认证（CA）和密钥管理（KE）中心 网上支付与结算中心 电子政务中心 标准、政策及法规制定及宣贯中心 数字城市信息服务中心 其他,（3）数字城市信息平台的典型应用 网上购物：坐在家中的屏幕前，货比n家，看彩照，读资料，比价格，要求厂商把货送到家中来
18、。 交通：公交车/地铁/轮渡等收费，驾驶执照，通行证，公路过桥收费，铁 路通用卡，停车收费，货道管理。 金融：电子钱包，信用卡，储蓄卡，工资卡。,医疗：健康保障卡，急救医疗卡，病历卡，门诊卡，住院患者卡，其他。 商业：商品供、存及配送，信用卡，购物卡，会员卡，商品券，优惠卡， 其他。 通信：公用电话，移动电话，网络安全控管，邮政储蓄。,公安：身份证卡，战场急救，指令下达，物资调度管理，现场遥控，特殊人，物实时跟踪。 教育：教材卡，游戏卡，门禁，学生证，成绩管理，借书卡，饭卡，校园内购物。 旅游：贵宾，出租（汽车、相机等），游乐（歌、舞厅、俱乐部、旅馆等），电子导游。,身份识别：身份证，工作证，
19、城市卡，公司卡，流动人口管理，考勤，门禁，会员证等。 农业：农产品的网上销售及采购 医保、社保等保险管理、园区管理、 企业间管理、企业与个人间管理 其他：仓储管理，机场管理，监狱管理，股票管理，人事档案等,(1) 市政管理(2) 医保、社保等保险管理(3) 园区管理(4) 企业间管理 (B2B)(5) 企业与个人间管理(B2C),归纳为五方面：,服务市民、管理城市 货币电子化：使市民可以方便的仅凭借一张IC卡，完成各种各样的管理与消费。如去商店购物，乘车，交电费，水费，IC/IP卡电话等。,（4） 数字城市信息平台的目标,服务个人化：“以人为本”实现“个性化服务”，如：可以根据市民的以往的用药
20、情况，提醒医生病人的敏感药品；商店对自己的老主顾打折；门禁系统，身份鉴别等。利用IC卡还可以实现个人的动态定位。,扩充简单化：在此平台上可方便地插入各种应用系统（基于Corba软总线标准），满足不同时期、不同用户在不同情况下的需求。 管理现代化：必将给整个城市的现代化水平带来一个飞跃，使管理更加简单、科学、准确、及时。,（5）数字城市信息平台的建设,统筹规划、分步实施；统一标准、统一要求； 统一发卡、一卡多用；简单实用、安全可靠； 技术先进、经济合理；多方参与、利益兼顾； 先试点、后推广,三、信息安全,1. 信息不安全的来源 (1) 人类对信息系统的认识和能力局限， 所造成的系统不完善导致系统
21、的脆弱性； (2) 现实社会斗争、竞争和犯罪导致对信息系统脆弱性的发掘和利用。,2. 信息安全的基本要求信息安全以信息系统的可靠性为 前提，但比可靠性的要求更进一步。 可靠性（reliability）：一般是指要求 系统能够不停机的全天侯运行（non stop system）。要求运用容错和多 机备份技术。另外，还要精心考虑机 房设计（防火、防水、防盗、防静电、 防电磁干扰）等。,安全性（security）：除了对规章 制度、人事管理、环境和物理设施有安 全要求外，主要是针对运行系统中的信 息而言。它涉及信息的如下方面： (1) 保密性（confidentiality）：保证信 息不泄露给未经
22、授权的人。 (2)完整性（integrity）：防止信息被未经授权地篡改，保证真实的信息从真实的信源无失真地到达真实的信宿。,(3) 可用性（availability）：保证信息及信息系统确实为授权使用者所有，防止由于计算机病毒或其他人为因素造成的系统拒绝服务或为敌手可用却对授权者拒用。 (4)可控性（controllability）：对信息及信息系统实施安全监控管理。 (5)不可否认性（non-repudiation）：保证行为人不能否认自己的行为。,3. 信息安全体系 (1) 环境安全环境安全是整个系统安全的基础， 要把信息系统的危险减至最低限度， 需要选择适当的设施位置，要充分考 虑水灾
23、、地震、电磁干扰与辐射以及 其他等人为威胁，保证净化电源等等。,(2) 物理安全物理安全也是整个系统安全的基础设置之一，物理安全涉及信息系统中微机和主机、LAN服务器等资源的房间，必须进行严格的管理，对这些部门的访问要严格控制，并经过授权和进行监控。,(3) 网络安全根信息与第二层信息系统要离线操作，与其他部分隔离开来，不与Internet 连接。系统将整个网络划分为四个区：公共区、DM区、操作区和安全区。并层层加以防火墙和实时监控。,(4) 主机安全主机系统主要有信息系统服务器、目录服务器、Web服务器等，它们均采用生产机与备份机双机共享磁盘阵列的高可用性解决方案。同时用Cluster软件控
24、制故障的自动检测和恢复。 (5) 产品安全在信息系统产品方面要保证其安全性能。,(6) 操作安全规则由信息系统的安全小组制定相应的规则，规定信息系统签发证书，审核证书操作应遵循的安全操作规范。 (7) 人员管理安全对信息系统中心的安全造成直接威胁的一般为内部人员，内部人员的操作不当或信息失密将给系统的安全造成极大的危害。对信息系统中心的人员管理必须采取适当措施。,(8) 安全策略 管理安全策略管理的安全是安全策略中非常重要的环节，在建设信息系统的过程及营运中，都必须建立严格的管理规程，这是安全的保证。,数据安全策略信息系统的数据包括很多方面，其中最重要的是信息系统的私钥信息的安全，它涉及到整个
25、信息系统的安全性；其次是用户数据，包括证书及个人资料，除存档保管外，还对存取权限加以限定，确保用户的私有信息不能被第三方非法获取。,系统安全策略系统安全策略要保证系统正常运行，防止其他因素造成对系统的破坏；系统的安全还应包括制定安全可靠的认证证书操作说明（CPS：Certification Practice Statement），每个信息系统都要有自己的CPS，以确保整个系统的安全。,4. 网络系统的安全措施 (1) 建立非军事化区（DMZ）结构根据安全需求，把网络划分成三部分：外网（CERNET）、DMZ区（对外服务器子网）、内网（不对外的服务器子网、开发子网）。,(2) 设置防火墙通过设置防火墙，隔离不同的网段，并且对整个网站的入口防火墙，采用相应的负载平衡软件保证防火墙系统的高可用性和可靠性。防火墙设置分为两级：入口防火墙和内部防火墙，入口防火墙设置成负载平衡，内部防火墙保护重要的数据库服务器和开发子网，入口防火墙和内部防火墙之间构成一个非军事化区。,（3）使用安全检测工具包括定时的系统漏洞检测（操作系统和应用系统平台）和对进出网站的数据进行实时入侵检测。 （4） WEB页面自动恢复工具在WEB服务器受攻击后，能够及时、迅速恢复原来的WEB页面，保证对外的正常服务。WEB页面自动恢复功能可以通过实时入侵检测工具完成。,
