高校大規(guī)模集中式網(wǎng)課的保障研究

湯陽

摘要：新冠肺炎疫情爆發(fā)以來，全國高校進(jìn)入“停課不停學(xué)”的狀態(tài)，線上教學(xué)成為常態(tài)。進(jìn)入后疫情時(shí)代，學(xué)生集中返校，網(wǎng)課存在兩大特點(diǎn)，即規(guī)?；图谢?。其中，規(guī)?；傅氖蔷W(wǎng)絡(luò)接入密集分布，人數(shù)眾多；集中化指的是上課地點(diǎn)集中，用網(wǎng)時(shí)段集中。要解決好網(wǎng)課的問題，就要針對這兩大特點(diǎn)做好充分預(yù)案。本文就當(dāng)前網(wǎng)課特點(diǎn)進(jìn)行分析，以期為未來大規(guī)模集中式網(wǎng)課的開展提供相關(guān)保障策略。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)課；大規(guī)模；集中化；預(yù)案

中圖分類號(hào)：TN8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-7164（2020）48-0020-04

新冠肺炎疫情暴發(fā)以來，全國高校教師集中開展線上教學(xué)活動(dòng)，由于此前主要開展居家教學(xué)，基本未出現(xiàn)大規(guī)模集中式網(wǎng)絡(luò)授課的情況。而隨著疫情逐漸平復(fù)，全國各地大學(xué)生陸續(xù)返校，網(wǎng)絡(luò)授課方式變成了校內(nèi)的大規(guī)模集中授課。規(guī)模與地點(diǎn)的變化使如何順利開展大規(guī)模集中式網(wǎng)絡(luò)授課成為全國高校普遍較為關(guān)心的問題。

本階段的網(wǎng)課開展是一項(xiàng)系統(tǒng)性工作，需要學(xué)校多部門協(xié)調(diào)配合實(shí)施。對于信息化管理部門來講，要對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定與可靠運(yùn)行承擔(dān)更多的責(zé)任。學(xué)生返校后的網(wǎng)課存在兩大特點(diǎn)，一是規(guī)?；?，二是集中化。其中，規(guī)?；傅氖蔷W(wǎng)絡(luò)接入密集分布，人數(shù)眾多；集中化指的是上課地點(diǎn)集中，用網(wǎng)時(shí)段集中[1]。

一、高校學(xué)生返校后網(wǎng)課開展面臨的挑戰(zhàn)

返校前，學(xué)生分散在全國各地，人員的分散的網(wǎng)課形式在一定程度上緩解了網(wǎng)絡(luò)壓力。而在返校后，校園成為高校網(wǎng)課開展的主要場所，而校園網(wǎng)絡(luò)成為網(wǎng)課最為基礎(chǔ)的載體。網(wǎng)絡(luò)性能及承載能力將對網(wǎng)課能否正常進(jìn)行產(chǎn)生重大影響。宿舍規(guī)?；c集中化的網(wǎng)課形式，對網(wǎng)絡(luò)提出了更高、更為嚴(yán)苛的要求。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是網(wǎng)絡(luò)帶寬，包括出口帶寬及骨干鏈路帶寬；二是核心設(shè)備性能，主要包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)性能與業(yè)務(wù)處理性能。為此，許多高校均投入了大量人力與物力，為學(xué)生返校后的網(wǎng)課做準(zhǔn)備。

二、高校保障大規(guī)模集中式網(wǎng)課開展的策略

聽課地點(diǎn)與聽課時(shí)間的改變?yōu)楦咝＞W(wǎng)課的開展帶來全新挑戰(zhàn)。中國礦業(yè)大學(xué)作為全國較早開展大規(guī)模集中化網(wǎng)課的高校，對這種新的網(wǎng)課形式進(jìn)行了研究與探索，并在實(shí)踐中對項(xiàng)目成果進(jìn)行了檢驗(yàn)。本文分析了該校保障網(wǎng)課開展的各項(xiàng)策略，以期為其他高校提供參考。

（一）設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

針對網(wǎng)課的特點(diǎn)，學(xué)校以“集中拓展網(wǎng)絡(luò)承載性能，多種形式疏散網(wǎng)絡(luò)壓力”為目標(biāo)，制定了“以校園一體化網(wǎng)絡(luò)為主，宿舍室分4G網(wǎng)絡(luò)為輔”的網(wǎng)絡(luò)保障方案。學(xué)校一體化網(wǎng)絡(luò)有移動(dòng)、電信和聯(lián)通三個(gè)出口，每個(gè)出口10G，合計(jì)30G。這個(gè)配置在平常完全夠用，但是在大規(guī)模集中網(wǎng)課的模式下，出口帶寬顯然存在不足。為更好地從硬件層面保障網(wǎng)課進(jìn)行，針對一體化網(wǎng)絡(luò)，學(xué)校采取了“基本架構(gòu)確保穩(wěn)定、多路業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)”的策略，穩(wěn)步推進(jìn)，協(xié)同實(shí)施網(wǎng)絡(luò)保障工作。中國礦業(yè)大學(xué)一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖1所示：

（二）對接運(yùn)營商，提供多路解決方案

除配置保障以外，與運(yùn)營商協(xié)商解決方案也尤為重要。學(xué)校與三家運(yùn)營商合作鏈路，經(jīng)出口交換設(shè)備、出口防火墻、流控、核心交換機(jī)，分別連接至業(yè)務(wù)路由。因此，在業(yè)務(wù)路由與核心交換機(jī)之間形成了“三路上行、三路下行”的組網(wǎng)方式，簡稱“三進(jìn)三出”[2]。為充分貫徹“基本架構(gòu)確保穩(wěn)定、多路業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)”的策略，信息化管理部門通過協(xié)商與調(diào)度，分兩個(gè)步驟對一體化網(wǎng)絡(luò)實(shí)施了升級擴(kuò)容工作。

第一步，在保持原有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不變的情況下，將三個(gè)出口的單鏈路萬兆升級為雙路萬兆。校園出口交換與運(yùn)營商設(shè)備之間做鏈路聚合（Port Channel），現(xiàn)實(shí)20G互聯(lián)互通。同時(shí)，校園骨干網(wǎng)絡(luò)鏈路同比例擴(kuò)容。在核心交換與業(yè)務(wù)路由之間，由原來的“三進(jìn)三出”變?yōu)榱恕傲M(jìn)六出”的互聯(lián)方式，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)處理與出口帶寬的翻倍增長。

由于從網(wǎng)課任務(wù)的提出到實(shí)施，時(shí)間緊，任務(wù)重，該步驟主要目的是在確?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)穩(wěn)定性的前提下穩(wěn)中求進(jìn)，實(shí)施出口鏈路帶寬擴(kuò)容。完工后的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖2所示：

第二步，與運(yùn)營商協(xié)作，敷設(shè)網(wǎng)課期間臨時(shí)保障鏈路。其中，20G鏈路由學(xué)校現(xiàn)有ME60-X3 BRAS終結(jié)業(yè)務(wù)，提供32個(gè)C類地址段IP分配；40G鏈路由運(yùn)營商機(jī)房設(shè)備ZXR10 M6000 BRAS終結(jié)業(yè)務(wù)，提供40個(gè)C類地址段IP分配。兩臺(tái)新BRAS分別與一體化網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證系統(tǒng)做對接，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的認(rèn)證管理[3]。多路業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖3所示。

該步驟在保持網(wǎng)絡(luò)主體架構(gòu)不變的情況下，通過增配業(yè)務(wù)路由，在實(shí)現(xiàn)多出口鏈路擴(kuò)容的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了多業(yè)務(wù)處理。雖然對外呈現(xiàn)的是出口鏈路的增加和帶寬的增長，但背后所蘊(yùn)含的多路業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)的意義則更為深遠(yuǎn)。升級擴(kuò)容后的業(yè)務(wù)流，如圖4所示。

其中“CUMT_Stu”為學(xué)生運(yùn)營商套餐業(yè)務(wù)，“WangKe-A”和“WangKe-B”為新增網(wǎng)課備用SSID，分別由ME60-X3和ZXR10 M6000 BRAS提供業(yè)務(wù)路由服務(wù)。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)升級擴(kuò)容的同時(shí)，學(xué)校協(xié)調(diào)移動(dòng)、電信和聯(lián)通運(yùn)營商，在學(xué)生返校前集中對宿舍區(qū)的室分4G網(wǎng)絡(luò)做了升級擴(kuò)容，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的規(guī)劃目標(biāo)。

在做好網(wǎng)絡(luò)升級擴(kuò)容工作的基礎(chǔ)上，還有幾個(gè)問題需要解決。一是出口鏈路需要保障多少帶寬；二是如何為用戶做帶寬保障；三是對于大規(guī)模集中式網(wǎng)課，需要做好怎樣的應(yīng)急預(yù)案。這三方面的問題與網(wǎng)絡(luò)管理密切相關(guān)，對這些問題的認(rèn)識(shí)和理解，將會(huì)在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與后期運(yùn)維過程中發(fā)揮重要作用。

網(wǎng)課期間，出口鏈路要保障多少帶寬，這一問題應(yīng)是各高校最為關(guān)注的一個(gè)核心要素。在現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境中，學(xué)生宿舍網(wǎng)絡(luò)實(shí)際入流量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于出流量，為了更加合理地評估出口帶寬，在此只計(jì)算各出口的入流量。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，各出口入流量如下，“CUMT_Stu”：移動(dòng)5.6G，聯(lián)通8.1G，電信1.5G；“WangKe-A”：1.7G；“WangKe-B”：1G。實(shí)際入流量，合計(jì)17.9G。這一時(shí)刻聯(lián)通的入流量最高，為8.1G，聯(lián)通出口的總帶寬為20G，實(shí)際帶寬占比為8.1/20≈40%?？梢娒考页隹阪溌酚?0G提升至20G，規(guī)劃得當(dāng)，配置合理。用戶統(tǒng)計(jì)為，11時(shí)的在線終端數(shù)為：24058，平均每個(gè)終端所占用的帶寬為：17.9G*1000/24058≈0.75M?？紤]到帶寬冗余性，在評估實(shí)際流量時(shí)可以按照每個(gè)終端1～1.5M來進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)需要兼顧兩個(gè)因素，一個(gè)是保證帶寬的冗余，另一個(gè)是每家運(yùn)營商的用戶占比。

（三）充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)直播軟件的作用

關(guān)于網(wǎng)課平臺(tái)的帶寬保障，這是高校普遍較為關(guān)心的另一個(gè)問題。網(wǎng)課直播平臺(tái)由于受課程形式、授課內(nèi)容等影響較大，所以很難給出恒定數(shù)值。對網(wǎng)課直播平臺(tái)的帶寬評估，更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖龇ㄊ翘峁┮粋€(gè)流速區(qū)間。以“騰訊會(huì)議”為例，在PPT畫面靜止或彩筆涂抹的情況下，平均流速在幾十KB/S；在翻頁或者畫面連續(xù)變化的情況下，平均流速可以達(dá)到二百多KB/S[4]。

學(xué)校對MOOC、騰訊會(huì)議、騰訊課堂、超星學(xué)習(xí)通、雨課堂等主流直播教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行了評估測算，同時(shí)綜合考慮學(xué)校出口帶寬冗余，為用戶提供了5M的帶寬保障。這樣的帶寬保障是比較充裕的，用戶體驗(yàn)良好。為了盡量避免網(wǎng)課期間單一業(yè)務(wù)訪問出現(xiàn)“扎堆”現(xiàn)象，學(xué)校對師生接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了合理引導(dǎo)。

首先，重點(diǎn)推薦具備穩(wěn)定主體架構(gòu)的“CUMT_Stu”網(wǎng)絡(luò)，即學(xué)生常用的運(yùn)營商套餐。連接“CUMT_Stu”后，學(xué)生可以選擇具體運(yùn)營商，“中國移動(dòng)”“中國電信”“中國聯(lián)通”，三家出口帶寬均為20G。其次，引導(dǎo)學(xué)生使用備用鏈路，“WangKe-A”和“WangKe-B”。“WangKe-A”和“WangKe-B”與“CUMT_Stu”最多共享3個(gè)終端，其中“WangKe-A”出口帶寬20G，“WangKe-B”出口帶寬40G。為了不改變用戶使用習(xí)慣，“WangKe-A”和“WangKe-B”與“CUMT_Stu”的認(rèn)證界面保持一致。再次，在一體化網(wǎng)絡(luò)之外，學(xué)生還可以選擇使用手機(jī)4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線學(xué)習(xí)。

網(wǎng)課期間，學(xué)校注意培養(yǎng)學(xué)生樹立“錯(cuò)峰出行”的思維意識(shí)。宿舍內(nèi)多人上網(wǎng)，應(yīng)自主協(xié)調(diào)接入方式，避免同一網(wǎng)絡(luò)過度集中。如果所連接的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象，應(yīng)快速切換至其他網(wǎng)絡(luò)，以免影響課程進(jìn)度。

移動(dòng)、電信和聯(lián)通三大運(yùn)營商為學(xué)生宿舍網(wǎng)絡(luò)提供了充足的帶寬保障，中國教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)（CERNET）則為學(xué)校教學(xué)辦公網(wǎng)提供了特殊時(shí)期服務(wù)保障。CERNET將學(xué)校教育網(wǎng)出口帶寬由1G臨時(shí)提升至2G，并根據(jù)帶寬實(shí)際增長情況提供持續(xù)性擴(kuò)容。

除了網(wǎng)絡(luò)帶寬應(yīng)急保障，為了讓師生能夠便捷使用在線教育和科研學(xué)術(shù)資源，學(xué)校還申請加入CARSI（中國教育科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)統(tǒng)一認(rèn)證與資源共享基礎(chǔ)設(shè)施）服務(wù)。借助CARSI平臺(tái)，師生采用本校統(tǒng)一身份賬號(hào)，可隨時(shí)隨地訪問國內(nèi)外相關(guān)在線資源以開展科研學(xué)術(shù)活動(dòng)。

此外，學(xué)校還進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)升級擴(kuò)容，合理帶寬保障，網(wǎng)絡(luò)壓力疏散，業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)，同時(shí)加強(qiáng)規(guī)范與引導(dǎo)，學(xué)校一體化網(wǎng)絡(luò)在線上網(wǎng)課期間運(yùn)行穩(wěn)定，確保了大規(guī)模集中式網(wǎng)課的順利進(jìn)行。根據(jù)教務(wù)部做的調(diào)查問卷以及線上反饋，全校師生對網(wǎng)絡(luò)的滿意度較高，反響良好。

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（薦稿人：侯效禮，中國礦業(yè)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與信息中心副主任，副教授）

（責(zé)任編輯：楊婷）