高校大規模集中式網課的保障研究

湯陽

摘要：新冠肺炎疫情爆發以來，全國高校進入“停課不停學”的狀態，線上教學成為常態。進入后疫情時代，學生集中返校，網課存在兩大特點，即規模化和集中化。其中，規?；傅氖蔷W絡接入密集分布，人數眾多；集中化指的是上課地點集中，用網時段集中。要解決好網課的問題，就要針對這兩大特點做好充分預案。本文就當前網課特點進行分析，以期為未來大規模集中式網課的開展提供相關保障策略。

關鍵詞：網課；大規模；集中化；預案

中圖分類號：TN8文獻標識碼：A文章編號：1673-7164（2020）48-0020-04

新冠肺炎疫情暴發以來，全國高校教師集中開展線上教學活動，由于此前主要開展居家教學，基本未出現大規模集中式網絡授課的情況。而隨著疫情逐漸平復，全國各地大學生陸續返校，網絡授課方式變成了校內的大規模集中授課。規模與地點的變化使如何順利開展大規模集中式網絡授課成為全國高校普遍較為關心的問題。

本階段的網課開展是一項系統性工作，需要學校多部門協調配合實施。對于信息化管理部門來講，要對網絡基礎設施的穩定與可靠運行承擔更多的責任。學生返校后的網課存在兩大特點，一是規模化，二是集中化。其中，規?；傅氖蔷W絡接入密集分布，人數眾多；集中化指的是上課地點集中，用網時段集中[1]。

一、高校學生返校后網課開展面臨的挑戰

返校前，學生分散在全國各地，人員的分散的網課形式在一定程度上緩解了網絡壓力。而在返校后，校園成為高校網課開展的主要場所，而校園網絡成為網課最為基礎的載體。網絡性能及承載能力將對網課能否正常進行產生重大影響。宿舍規?；c集中化的網課形式，對網絡提出了更高、更為嚴苛的要求。主要表現在兩個方面，一是網絡帶寬，包括出口帶寬及骨干鏈路帶寬；二是核心設備性能，主要包括數據轉發性能與業務處理性能。為此，許多高校均投入了大量人力與物力，為學生返校后的網課做準備。

二、高校保障大規模集中式網課開展的策略

聽課地點與聽課時間的改變為高校網課的開展帶來全新挑戰。中國礦業大學作為全國較早開展大規模集中化網課的高校，對這種新的網課形式進行了研究與探索，并在實踐中對項目成果進行了檢驗。本文分析了該校保障網課開展的各項策略，以期為其他高校提供參考。

（一）設計網絡帶寬和配置網絡設備

針對網課的特點，學校以“集中拓展網絡承載性能，多種形式疏散網絡壓力”為目標，制定了“以校園一體化網絡為主，宿舍室分4G網絡為輔”的網絡保障方案。學校一體化網絡有移動、電信和聯通三個出口，每個出口10G，合計30G。這個配置在平常完全夠用，但是在大規模集中網課的模式下，出口帶寬顯然存在不足。為更好地從硬件層面保障網課進行，針對一體化網絡，學校采取了“基本架構確保穩定、多路業務風險分擔”的策略，穩步推進，協同實施網絡保障工作。中國礦業大學一體化網絡架構，如圖1所示：

（二）對接運營商，提供多路解決方案

除配置保障以外，與運營商協商解決方案也尤為重要。學校與三家運營商合作鏈路，經出口交換設備、出口防火墻、流控、核心交換機，分別連接至業務路由。因此，在業務路由與核心交換機之間形成了“三路上行、三路下行”的組網方式，簡稱“三進三出”[2]。為充分貫徹“基本架構確保穩定、多路業務風險分擔”的策略，信息化管理部門通過協商與調度，分兩個步驟對一體化網絡實施了升級擴容工作。

第一步，在保持原有網絡架構不變的情況下，將三個出口的單鏈路萬兆升級為雙路萬兆。校園出口交換與運營商設備之間做鏈路聚合（Port Channel），現實20G互聯互通。同時，校園骨干網絡鏈路同比例擴容。在核心交換與業務路由之間，由原來的“三進三出”變為了“六進六出”的互聯方式，實現了業務處理與出口帶寬的翻倍增長。

由于從網課任務的提出到實施，時間緊，任務重，該步驟主要目的是在確?，F有網絡架構穩定性的前提下穩中求進，實施出口鏈路帶寬擴容。完工后的網絡架構，如圖2所示：

第二步，與運營商協作，敷設網課期間臨時保障鏈路。其中，20G鏈路由學?，F有ME60-X3 BRAS終結業務，提供32個C類地址段IP分配；40G鏈路由運營商機房設備ZXR10 M6000 BRAS終結業務，提供40個C類地址段IP分配。兩臺新BRAS分別與一體化網絡認證系統做對接，實現統一的認證管理[3]。多路業務風險分擔的網絡架構，如圖3所示。

該步驟在保持網絡主體架構不變的情況下，通過增配業務路由，在實現多出口鏈路擴容的同時，也實現了多業務處理。雖然對外呈現的是出口鏈路的增加和帶寬的增長，但背后所蘊含的多路業務風險分擔的意義則更為深遠。升級擴容后的業務流，如圖4所示。

其中“CUMT_Stu”為學生運營商套餐業務，“WangKe-A”和“WangKe-B”為新增網課備用SSID，分別由ME60-X3和ZXR10 M6000 BRAS提供業務路由服務。在進行網絡升級擴容的同時，學校協調移動、電信和聯通運營商，在學生返校前集中對宿舍區的室分4G網絡做了升級擴容，實現了預期的規劃目標。

在做好網絡升級擴容工作的基礎上，還有幾個問題需要解決。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；三是對于大規模集中式網課，需要做好怎樣的應急預案。這三方面的問題與網絡管理密切相關，對這些問題的認識和理解，將會在網絡規劃與后期運維過程中發揮重要作用。

網課期間，出口鏈路要保障多少帶寬，這一問題應是各高校最為關注的一個核心要素。在現網環境中，學生宿舍網絡實際入流量要遠遠大于出流量，為了更加合理地評估出口帶寬，在此只計算各出口的入流量。經統計，各出口入流量如下，“CUMT_Stu”：移動5.6G，聯通8.1G，電信1.5G；“WangKe-A”：1.7G；“WangKe-B”：1G。實際入流量，合計17.9G。這一時刻聯通的入流量最高，為8.1G，聯通出口的總帶寬為20G，實際帶寬占比為8.1/20≈40%?？梢娒考页隹阪溌酚?0G提升至20G，規劃得當，配置合理。用戶統計為，11時的在線終端數為：24058，平均每個終端所占用的帶寬為：17.9G*1000/24058≈0.75M?？紤]到帶寬冗余性，在評估實際流量時可以按照每個終端1～1.5M來進行計算。同時需要兼顧兩個因素，一個是保證帶寬的冗余，另一個是每家運營商的用戶占比。

（三）充分發揮網絡直播軟件的作用

關于網課平臺的帶寬保障，這是高校普遍較為關心的另一個問題。網課直播平臺由于受課程形式、授課內容等影響較大，所以很難給出恒定數值。對網課直播平臺的帶寬評估，更嚴謹的做法是提供一個流速區間。以“騰訊會議”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變化的情況下，平均流速可以達到二百多KB/S[4]。

學校對MOOC、騰訊會議、騰訊課堂、超星學習通、雨課堂等主流直播教學平臺進行了評估測算，同時綜合考慮學校出口帶寬冗余，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，用戶體驗良好。為了盡量避免網課期間單一業務訪問出現“扎堆”現象，學校對師生接入網絡進行了合理引導。

首先，重點推薦具備穩定主體架構的“CUMT_Stu”網絡，即學生常用的運營商套餐。連接“CUMT_Stu”后，學生可以選擇具體運營商，“中國移動”“中國電信”“中國聯通”，三家出口帶寬均為20G。其次，引導學生使用備用鏈路，“WangKe-A”和“WangKe-B”?！癢angKe-A”和“WangKe-B”與“CUMT_Stu”最多共享3個終端，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慣，“WangKe-A”和“WangKe-B”與“CUMT_Stu”的認證界面保持一致。再次，在一體化網絡之外，學生還可以選擇使用手機4G網絡進行在線學習。

網課期間，學校注意培養學生樹立“錯峰出行”的思維意識。宿舍內多人上網，應自主協調接入方式，避免同一網絡過度集中。如果所連接的網絡出現卡頓現象，應快速切換至其他網絡，以免影響課程進度。

移動、電信和聯通三大運營商為學生宿舍網絡提供了充足的帶寬保障，中國教育和科研計算機網（CERNET）則為學校教學辦公網提供了特殊時期服務保障。CERNET將學校教育網出口帶寬由1G臨時提升至2G，并根據帶寬實際增長情況提供持續性擴容。

除了網絡帶寬應急保障，為了讓師生能夠便捷使用在線教育和科研學術資源，學校還申請加入CARSI（中國教育科研計算機網統一認證與資源共享基礎設施）服務。借助CARSI平臺，師生采用本校統一身份賬號，可隨時隨地訪問國內外相關在線資源以開展科研學術活動。

此外，學校還進行網絡升級擴容，合理帶寬保障，網絡壓力疏散，業務風險分擔，同時加強規范與引導，學校一體化網絡在線上網課期間運行穩定，確保了大規模集中式網課的順利進行。根據教務部做的調查問卷以及線上反饋，全校師生對網絡的滿意度較高，反響良好。

參考文獻：

[1]胡欽太，鄭凱，林南暉.教育信息化的發展轉型：從“數字校園”到“智慧校園”[J].中國電化教育，2014（01）：45-49.

[2]蔣東興，付小龍，袁芳，等.高校智慧校園技術參考模型設計[J].中國電化教育，2016（09）：108-114.

[3]劉冬鄰.基于云計算的智慧校園雙活數據中心架構設計[J].西南師范大學學報（自然科學版），2017（05）：41-46.

[4]徐青山，張建華，楊立華.高校智慧校園建設的頂層設計及實踐應用：以“智慧北航”為例[J].現代教育技術，2016（12）：112-118.

[5]王娟，孫妮.國內高校智慧校園研究進展與前沿熱點述評[J].揚州大學學報（高教研究版），2018，22（05）：37-44.

[6]楊萍，姚宇翔，史貝貝，等.智慧校園建設研究綜述[J].現代教育技術，2019，29（01）：19-25.

（薦稿人：侯效禮，中國礦業大學網絡與信息中心副主任，副教授）

（責任編輯：楊婷）