基于校園網流量日志的學生上網行為分析

朱曉飛，馮江寧

(1.洛陽師范學院信息化中心，河南洛陽 471934；2.國網濟源供電公司，河南濟源 459000)

0 引言

隨著智慧校園建設的推進，校園網成為學校教學、科研、管理等工作必不可少的工具和載體。為了建立與新冠疫情等突發狀況相適應的教育教學機制，全國學校紛紛將傳統的線下授課模式轉變成線上線下融合的混合教育模式，這對學校信息化和智能化提出了挑戰。線上授課的弊端是學生缺乏代入感，教師缺乏對學生有效且及時的監督，師生互動性差等，由此造成學生學習效率低下的問題；另一方面，學生長時間處在封閉或者半封閉的環境，加之現實生活中社交娛樂的方式變少，更容易滋生負面情緒，沉迷于網絡。通過網絡流量分析學生上網行為有助于輔助學校教育管理者做決策。

學生上網行為分析主要通過校園網流量數據采集[1]、流量數據識別[2]、流量檢測分析[3]等技術，著重分析可以為學校教育管理決策提供依據的流量數據，如分析校園網資源利用情況，即各類網絡應用流量占用校園網總流量的比例，可以輔助學校信息管理部門判斷校園網流量資源利用是否合理，甚至可以攔截管控異常流量等。如分析學生經常訪問的網站，尤其是不健康的網站，結合上網時長和上網時段等特性，能夠預判這些學生存在的問題，對他們進行預警。

洛陽市某學校在宿舍、圖書館、教學樓等校園室內場所同時部署了有線和無線兩套網絡系統，學生可以自主選擇接入網絡的方式。本文主要采集了封閉管理環境下，學生一周的上網行為日志數據，分析學生使用校園網的情況。

1 校園網數據挖掘和識別

本文主要以洛陽市某學校校園網出口/認證路由器上2022 年11 月7 日00:00 到2022 年11 月13 日24:00（一周）的出入流量數據為數據源，采用基于機器學習和深層包檢測技術(DPI)[4]對捕獲的流量進行分類識別。對于應用層協議是HTTP 或HTTPS 的數據包，再基于域名字段完成對學生網頁瀏覽行為的識別。

2 學生上網行為分析

學生上網行為分析[5]是指通過校園網出口設備采集到的網絡流量數據，分析流量信息中的有效信息包括：在線用戶數量、上網終端類別、網絡服務類別、訪問網站類型、用戶流量統計等，對其結果進行匯總和分析，了解學校校園網的使用情況和學生的上網行為。

2.1 在線用戶數量

洛陽市某學校研究期間（一周）在線用戶數量統計結果如圖1所示。由圖1可知，每天的10點到22點是用戶數量高峰期，峰值都在1 000人左右；每天凌晨3 點到5 點是用戶數量低谷期，均在550 人左右，而總用戶數在20 000 余人。高峰期網絡核心設備CPU 使用率為7%左右，加之高峰期上網人數只有總人數的1/20 左右，表明校園網運行良好，能滿足學校封閉環境下學生上網需求。

圖1 洛陽市某學校研究期間（一周）校園網在線用戶數量

2.2 網絡終端分類

洛陽市某學校為每個學生分配不同的上網賬號，學生賬號可同時允許3個終端登錄，超過數量限制，后面接入的設備會自動搶占前面設備的資源。研究期間（一周）用戶終端使用情況如表1所示。80%左右的學生擁有2個以上終端設備，表明學生上網的形式越來越多種多樣；移動終端的數量是PC 終端數量的兩倍多，表明學生對移動終端，如智能手機的依賴性也越來越高。

表1 洛陽市某學校研究期間（一周）校園網用戶終端使用情況表

2.3 網絡服務類型

將網絡服務類型分為：下載工具、影音娛樂、HTTP 應用、軟件更新、網絡存儲、網絡會議、微信、生活服務、其他。其中：下載工具包含迅雷、STUN、風翼、網易云音樂等；影音娛樂包含騰訊視頻、優酷土豆、今日頭條/抖音、嗶哩嗶哩等；HTTP 應用包含大流量Web 訪問、網頁音頻、網頁文檔下載、HTTP 文件上傳等；軟件更新包含Microsoft 更新、IOS update 更新、360 安全衛士更新、QQ 電腦管家更新等；網絡存儲包含百度網盤、阿里云、OneDrive、騰訊云、google 網盤等；網絡會議包含騰訊會議、飛書、ZOOM、好視通等；生活服務包含小紅書、百度、汽車/二手車之家、奇虎360、百度地圖等；其他包含學習教育（超星讀書、中國大學MOOC、學習強國等）、QQ、網絡電話、購物支付、即時通信等。

如表2 和圖2 所示，學生使用的下載工具類流量共3.1T，其中下載工具TOP1 是迅雷，流量占比為58.02%；學生使用的娛樂影音類流量共3.03T，其中視頻影音工具TOP1是騰訊視頻，流量占比為16.25%；學生使用的HTTP 應用類流量共1.28T；學生使用軟件更新類流量共1.18T，其中軟件更新TOP1 是Microsoft 更新，流量占比是61.16%；學生使用網絡存儲類流量共0.48T，其中網絡存儲TOP1是百度網盤，流量占比是45.15%；學生使用網絡會議類流量共0.39T，其中網絡會議TOP1 是騰訊會議，流量占比是96.80%；學生使用和微信相關的流量共0.34T；學生使用生活服務類流量共0.31T，其中生活服務TOP1 是小紅書，流量占比是23.53%；學生使用學習教育、QQ等其他類網絡服務的流量共3.60T。

將最感興趣的服務類型娛樂影音進行分析，結果如圖3 所示。圖3 表明學生使用校園網流量刷視頻的高峰期一般在上午9 點到晚上11 點之間，并且研究期間（一周）娛樂影音相關峰值流量的上行速率為7.86Mbps，下行速率為116.57Mbps，總速率為124.42Mbps。

表2 洛陽市某學校研究期間（一周）校園網不同網絡服務流量表

圖2 洛陽市某學校研究期間（一周）校園網娛樂影音前十名服務統計圖

圖3 洛陽市某學校研究期間（一周）校園網娛樂影音相關流量傳輸速率趨勢圖

2.4 訪問網站(URL)類型

研究期間（一周）不同類型網站訪問次數如表3所示。URL類型包括：IT相關、搜索引擎、新聞門戶、教學、視頻、網上購物、交友聊天、游戲、音樂、旅游、論壇、體育、人才招聘、情色、賭博其他網站等。

表3 洛陽市某學校研究期間（一周）校園網不同類型網站訪問次數表

我們比較關注學生對游戲類、情色類、網貸類、賭博類網站的訪問情況。下面以游戲類網站訪問為例。

游戲類網站訪問次數趨勢圖如圖4、圖5 所示。由圖4 可以看出，游戲類URL 的訪問量集中在9 點到22 點之間。游戲類URL 總訪問次數為3 656 644 次，訪問人數為1 220 人，平均每人訪問次數約為292 次/人，把訪問次數從高到低依次排序，得到中位數為12次/人。大部分學生的生活習慣較好，不沉迷于游戲，且打游戲的時間集中在白天。

由圖5可知，沉迷游戲的學生出現了晚上“活躍”、白天“沉寂”的現象，長此以往很有可能影響健康。學校教育管理者要著重關注這些學生的身體健康，鼓勵他們多參加戶外活動等。對于經常訪問情色網站的學生，要重點關注他們的兩性健康；對于沉迷于賭博的學生，要引導他們樹立正確的價值觀；對經常訪問網貸相關網站的學生，要切實了解他們生活中的困難，樹立正常的消費觀，增強防騙意識。

2.5 用戶流量統計

研究期間（一周）校園網的用戶流量統計圖如圖6所示。由圖6 可知，20 000 多個用戶,共使用流量18.69T，其中上行流量3.62T，下行流量15.07T。將所有用戶一周使用的流量由多到少進行排序，發現排名前25的用戶，他們一周使用的流量之和占總流量的比重超出了30%。我們可以認為這些學生沉迷于網絡，建議這些學生多參加體育鍛煉。

圖4 洛陽市某學校研究期間（一周）校園網游戲類網站訪問次數趨勢圖

圖5 洛陽市某學校研究期間（一周）校園網游戲網站訪問次數TOP1的學生訪問趨勢圖

圖6 洛陽市某學校研究期間（一周）校園網用戶流量統計圖

3 結論

隨著智慧校園的發展，越來越多的學校把教學、管理、科研等工作搬到了線上，校園網帶寬壓力增大，同時，如何利用校園網流量識別技術分析學生的上網習慣，對于引導學生善于利用網絡資源，合理安排上網時間，養成道德自律的良好習慣非常重要[6]。本文主要從在線用戶數量、上網終端類別、網絡服務類別、訪問網站類別、用戶流量統計等屬性分析洛陽市某學校校園網主干網絡壓力，對提前評估在線教學帶寬需求，做好網絡保障預案，獲得穩定網絡服務，顯得至關重要，并通過分析學生經常使用的網絡服務類型和經常訪問的網站類型，對有不良上網習慣的學生進行預警，為學校教育管理者特殊時期精準管理學生、保障學生身心健康提供思路。