高校大规模集中式网课的保障研究

汤阳

摘要：新冠肺炎疫情爆发以来，全国高校进入“停课不停学”的状态，线上教学成为常态。进入后疫情时代，学生集中返校，网课存在两大特点，即规模化和集中化。其中，规模化指的是网络接入密集分布，人数众多；集中化指的是上课地点集中，用网时段集中。要解决好网课的问题，就要针对这两大特点做好充分预案。本文就当前网课特点进行分析，以期为未来大规模集中式网课的开展提供相关保障策略。

关键词：网课；大规模；集中化；预案

中图分类号：TN8文献标识码：A文章编号：1673-7164（2020）48-0020-04

新冠肺炎疫情暴发以来，全国高校教师集中开展线上教学活动，由于此前主要开展居家教学，基本未出现大规模集中式网络授课的情况。而随着疫情逐渐平复，全国各地大学生陆续返校，网络授课方式变成了校内的大规模集中授课。规模与地点的变化使如何顺利开展大规模集中式网络授课成为全国高校普遍较为关心的问题。

本阶段的网课开展是一项系统性工作，需要学校多部门协调配合实施。对于信息化管理部门来讲，要对网络基础设施的稳定与可靠运行承担更多的责任。学生返校后的网课存在两大特点，一是规模化，二是集中化。其中，规模化指的是网络接入密集分布，人数众多；集中化指的是上课地点集中，用网时段集中[1]。

一、高校学生返校后网课开展面临的挑战

返校前，学生分散在全国各地，人员的分散的网课形式在一定程度上缓解了网络压力。而在返校后，校园成为高校网课开展的主要场所，而校園网络成为网课最为基础的载体。网络性能及承载能力将对网课能否正常进行产生重大影响。宿舍规模化与集中化的网课形式，对网络提出了更高、更为严苛的要求。主要表现在两个方面，一是网络带宽，包括出口带宽及骨干链路带宽；二是核心设备性能，主要包括数据转发性能与业务处理性能。为此，许多高校均投入了大量人力与物力，为学生返校后的网课做准备。

二、高校保障大规模集中式网课开展的策略

听课地点与听课时间的改变为高校网课的开展带来全新挑战。中国矿业大学作为全国较早开展大规模集中化网课的高校，对这种新的网课形式进行了研究与探索，并在实践中对项目成果进行了检验。本文分析了该校保障网课开展的各项策略，以期为其他高校提供参考。

（一）设计网络带宽和配置网络设备

针对网课的特点，学校以“集中拓展网络承载性能，多种形式疏散网络压力”为目标，制定了“以校园一体化网络为主，宿舍室分4G网络为辅”的网络保障方案。学校一体化网络有移动、电信和联通三个出口，每个出口10G，合计30G。这个配置在平常完全够用，但是在大规模集中网课的模式下，出口带宽显然存在不足。为更好地从硬件层面保障网课进行，针对一体化网络，学校采取了“基本架构确保稳定、多路业务风险分担”的策略，稳步推进，协同实施网络保障工作。中国矿业大学一体化网络架构，如图1所示：

（二）对接运营商，提供多路解决方案

除配置保障以外，与运营商协商解决方案也尤为重要。学校与三家运营商合作链路，经出口交换设备、出口防火墙、流控、核心交换机，分别连接至业务路由。因此，在业务路由与核心交换机之间形成了“三路上行、三路下行”的组网方式，简称“三进三出”[2]。为充分贯彻“基本架构确保稳定、多路业务风险分担”的策略，信息化管理部门通过协商与调度，分两个步骤对一体化网络实施了升级扩容工作。

第一步，在保持原有网络架构不变的情况下，将三个出口的单链路万兆升级为双路万兆。校园出口交换与运营商设备之间做链路聚合（Port Channel），现实20G互联互通。同时，校园骨干网络链路同比例扩容。在核心交换与业务路由之间，由原来的“三进三出”变为了“六进六出”的互联方式，实现了业务处理与出口带宽的翻倍增长。

由于从网课任务的提出到实施，时间紧，任务重，该步骤主要目的是在确保现有网络架构稳定性的前提下稳中求进，实施出口链路带宽扩容。完工后的网络架构，如图2所示：

第二步，与运营商协作，敷设网课期间临时保障链路。其中，20G链路由学校现有ME60-X3 BRAS终结业务，提供32个C类地址段IP分配；40G链路由运营商机房设备ZXR10 M6000 BRAS终结业务，提供40个C类地址段IP分配。两台新BRAS分别与一体化网络认证系统做对接，实现统一的认证管理[3]。多路业务风险分担的网络架构，如图3所示。

该步骤在保持网络主体架构不变的情况下，通过增配业务路由，在实现多出口链路扩容的同时，也实现了多业务处理。虽然对外呈现的是出口链路的增加和带宽的增长，但背后所蕴含的多路业务风险分担的意义则更为深远。升级扩容后的业务流，如图4所示。

其中“CUMT_Stu”为学生运营商套餐业务，“WangKe-A”和“WangKe-B”为新增网课备用SSID，分别由ME60-X3和ZXR10 M6000 BRAS提供业务路由服务。在进行网络升级扩容的同时，学校协调移动、电信和联通运营商，在学生返校前集中对宿舍区的室分4G网络做了升级扩容，实现了预期的规划目标。

在做好网络升级扩容工作的基础上，还有几个问题需要解决。一是出口链路需要保障多少带宽；二是如何为用户做带宽保障；三是对于大规模集中式网课，需要做好怎样的应急预案。这三方面的问题与网络管理密切相关，对这些问题的认识和理解，将会在网络规划与后期运维过程中发挥重要作用。

网课期间，出口链路要保障多少带宽，这一问题应是各高校最为关注的一个核心要素。在现网环境中，学生宿舍网络实际入流量要远远大于出流量，为了更加合理地评估出口带宽，在此只计算各出口的入流量。经统计，各出口入流量如下，“CUMT_Stu”：移动5.6G，联通8.1G，电信1.5G；“WangKe-A”：1.7G；“WangKe-B”：1G。实际入流量，合计17.9G。这一时刻联通的入流量最高，为8.1G，联通出口的总带宽为20G，实际带宽占比为8.1/20≈40%。可见每家出口链路由10G提升至20G，规划得当，配置合理。用户统计为，11时的在线终端数为：24058，平均每个终端所占用的带宽为：17.9G*1000/24058≈0.75M。考虑到带宽冗余性，在评估实际流量时可以按照每个终端1～1.5M来进行计算。同时需要兼顾两个因素，一个是保证带宽的冗余，另一个是每家运营商的用户占比。

（三）充分发挥网络直播软件的作用

关于网课平台的带宽保障，这是高校普遍较为关心的另一个问题。网课直播平台由于受课程形式、授课内容等影响较大，所以很难给出恒定数值。对网课直播平台的带宽评估，更严谨的做法是提供一个流速区间。以“腾讯会议”为例，在PPT画面静止或彩笔涂抹的情况下，平均流速在几十KB/S；在翻页或者画面连续变化的情况下，平均流速可以达到二百多KB/S[4]。

学校对MOOC、腾讯会议、腾讯课堂、超星学习通、雨课堂等主流直播教学平台进行了评估测算，同时综合考虑学校出口带宽冗余，为用户提供了5M的带宽保障。这样的带宽保障是比较充裕的，用户体验良好。为了尽量避免网课期间单一业务访问出现“扎堆”现象，学校对师生接入网络进行了合理引导。

首先，重点推荐具备稳定主体架构的“CUMT_Stu”网络，即学生常用的运营商套餐。连接“CUMT_Stu”后，学生可以选择具体运营商，“中国移动”“中国电信”“中国联通”，三家出口带宽均为20G。其次，引导学生使用备用链路，“WangKe-A”和“WangKe-B”。“WangKe-A”和“WangKe-B”與“CUMT_Stu”最多共享3个终端，其中“WangKe-A”出口带宽20G，“WangKe-B”出口带宽40G。为了不改变用户使用习惯，“WangKe-A”和“WangKe-B”与“CUMT_Stu”的认证界面保持一致。再次，在一体化网络之外，学生还可以选择使用手机4G网络进行在线学习。

网课期间，学校注意培养学生树立“错峰出行”的思维意识。宿舍内多人上网，应自主协调接入方式，避免同一网络过度集中。如果所连接的网络出现卡顿现象，应快速切换至其他网络，以免影响课程进度。

移动、电信和联通三大运营商为学生宿舍网络提供了充足的带宽保障，中国教育和科研计算机网（CERNET）则为学校教学办公网提供了特殊时期服务保障。CERNET将学校教育网出口带宽由1G临时提升至2G，并根据带宽实际增长情况提供持续性扩容。

除了网络带宽应急保障，为了让师生能够便捷使用在线教育和科研学术资源，学校还申请加入CARSI（中国教育科研计算机网统一认证与资源共享基础设施）服务。借助CARSI平台，师生采用本校统一身份账号，可随时随地访问国内外相关在线资源以开展科研学术活动。

此外，学校还进行网络升级扩容，合理带宽保障，网络压力疏散，业务风险分担，同时加强规范与引导，学校一体化网络在线上网课期间运行稳定，确保了大规模集中式网课的顺利进行。根据教务部做的调查问卷以及线上反馈，全校师生对网络的满意度较高，反响良好。

参考文献：

[1]胡钦太，郑凯，林南晖.教育信息化的发展转型：从“数字校园”到“智慧校园”[J].中国电化教育，2014（01）：45-49.

[2]蒋东兴，付小龙，袁芳，等.高校智慧校园技术参考模型设计[J].中国电化教育，2016（09）：108-114.

[3]刘冬邻.基于云计算的智慧校园双活数据中心架构设计[J].西南师范大学学报（自然科学版），2017（05）：41-46.

[4]徐青山，张建华，杨立华.高校智慧校园建设的顶层设计及实践应用：以“智慧北航”为例[J].现代教育技术，2016（12）：112-118.

[5]王娟，孙妮.国内高校智慧校园研究进展与前沿热点述评[J].扬州大学学报（高教研究版），2018，22（05）：37-44.

[6]杨萍，姚宇翔，史贝贝，等.智慧校园建设研究综述[J].现代教育技术，2019，29（01）：19-25.

（荐稿人：侯效礼，中国矿业大学网络与信息中心副主任，副教授）

（责任编辑：杨婷）