利用網(wǎng)絡(luò)緩存系統(tǒng)提升中小學(xué)寬帶使用效率的策略研究

謝穎

摘 要：隨著國家“三通兩平臺(tái)”建設(shè)的快速推進(jìn)，廣西梧州市93.6%以上的中小學(xué)已經(jīng)連上了互聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)終端不斷增多，慕課、優(yōu)課、微課等應(yīng)用需求強(qiáng)烈，資金不足的學(xué)校出口帶寬成為最大瓶頸。本文通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)緩存系統(tǒng)的研究，提出適合中小學(xué)的應(yīng)用策略，有助于實(shí)現(xiàn)提升出口網(wǎng)絡(luò)使用效率，降低資金壓力的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：免費(fèi)；緩存；出口帶寬；效率

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-8454（2017）15-0065-03

一、前言

中小學(xué)校園網(wǎng)絡(luò)是教育信息化建設(shè)的基礎(chǔ)和重要組成部分，它為學(xué)校的教育教學(xué)、日常辦公等方面提供了強(qiáng)有力的支持。隨著國家三通兩平臺(tái)建設(shè)的快速推進(jìn)以及信息化應(yīng)用在廣大中小學(xué)的深入開展，擁有穩(wěn)定高效的校園寬帶出口顯得尤為關(guān)鍵?！稄V西教育信息化建設(shè)三年行動(dòng)計(jì)劃（2015-2017年）》對(duì)我區(qū)“寬帶網(wǎng)絡(luò)校校通”的建設(shè)明確了“到2017年，全區(qū)基本實(shí)現(xiàn)各級(jí)各類學(xué)校寬帶網(wǎng)絡(luò)接入，網(wǎng)絡(luò)條件下的基本教學(xué)環(huán)境建設(shè)基本滿足教學(xué)應(yīng)用需求，有條件的農(nóng)村學(xué)校班均出口帶寬不小于2M，城鎮(zhèn)學(xué)校班均出口帶寬不小于4M” 的目標(biāo)，以4個(gè)平行班的城市六年制小學(xué)為例，出口帶寬需求接近100M，同規(guī)模的農(nóng)村小學(xué)接近50M。本地電信運(yùn)營商百兆帶寬的月租價(jià)格高昂，對(duì)于大多數(shù)中小學(xué)來說是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

二、梧州市中小學(xué)校園寬帶出口現(xiàn)狀及困境

我國各地電信寬帶資源的分布并不均衡，如作為全國首批國家教育資源公共服務(wù)平臺(tái)規(guī)模化應(yīng)用試點(diǎn)市的浙江省東陽市早在2013年就已完成城域網(wǎng)改造，實(shí)現(xiàn)主干萬兆、千兆到校，互聯(lián)網(wǎng)總出口為3條2G的光纖鏈路寬帶（涵蓋電信、聯(lián)通和移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)），接入點(diǎn)為155個(gè)；廣東省肇慶的教學(xué)點(diǎn)能達(dá)到百兆出口；就拿廣西區(qū)內(nèi)來看，防城港東興市（縣級(jí)市）部分中小學(xué)已實(shí)現(xiàn)了兩百兆出口，教學(xué)點(diǎn)能達(dá)百兆出口。反觀梧州市的情況，各縣（市、區(qū)）的大部分中小學(xué)普遍僅達(dá)到4-12MB寬帶，雖然市直中學(xué)的帶寬已提高到50-100兆左右，但與先進(jìn)地區(qū)相比，差異依然巨大。不少師生對(duì)于校園網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)速提出了抱怨，一方面是由于部分學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)管理水平不高造成的，另一方面也真實(shí)地反映出學(xué)校的出口帶寬提升速度難以跟上教育教學(xué)需求增長速度的尷尬局面。

傳統(tǒng)的解決方案主要有以下兩種[1]：一是通過對(duì)出口路由做流量控制，優(yōu)先保證Web頁瀏覽、教育視頻直播類等重要業(yè)務(wù)；二是增加寬帶經(jīng)費(fèi)預(yù)算，提高出口速率。面對(duì)日益增長的在線視頻、軟件下載以及移動(dòng)端視頻、應(yīng)用商店等應(yīng)用需求，這些措施或是在一定程度上影響了用戶體驗(yàn)，或是導(dǎo)致每月須更多投入，且無法從根本上解決問題。

出口帶寬不足的問題不僅僅只有中小學(xué)“獨(dú)享”，小至網(wǎng)吧、大到高校甚至是電信寬帶運(yùn)營商這類網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用密集型行業(yè)都遇到過類似難題。通過實(shí)踐證明，為內(nèi)網(wǎng)架設(shè)網(wǎng)絡(luò)緩存設(shè)備（系統(tǒng)）已經(jīng)成為了解決上述問題的重要手段，如2012年在海南師范大學(xué)、華中科技大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)等高校測試使用的銳捷網(wǎng)絡(luò)的RG-PowerCache內(nèi)容加速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了“外網(wǎng)資源內(nèi)網(wǎng)化”[2][3]，可以針對(duì)HTTP下載、流媒體、P2P等資源進(jìn)行熱點(diǎn)緩存，提高用戶訪問速度，并可實(shí)現(xiàn)20%-30%出口帶寬節(jié)省。網(wǎng)絡(luò)巨頭H3C等也推出了類似的專業(yè)級(jí)設(shè)備。但是，動(dòng)輒數(shù)萬甚至十萬元以上的昂貴設(shè)備只適用于對(duì)設(shè)備資金不敏感的大、中型企事業(yè)單位，對(duì)于廣大中小學(xué)來說，實(shí)在是遙不可及。

三、解決方案簡介

2014年發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層緩存加速系統(tǒng)iXcache在實(shí)現(xiàn)類似銳捷RG-PowerCache主要功能的前提下，提供了完全免費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)版，還能輕松部署在普通的PC硬件設(shè)備上，這對(duì)于資金、技術(shù)能力均嚴(yán)重不足的廣大中小學(xué)來說無疑是個(gè)福音。

iXcache緩存是基于北京派網(wǎng)公司PanaOS操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上研發(fā)出來，通過底層優(yōu)化，使iXcache在穩(wěn)定性、高性能上得到了保障。iXcache可緩存的資源類型豐富，目前支持對(duì)Web視頻、移動(dòng)視頻、網(wǎng)絡(luò)硬盤、Web音樂、移動(dòng)音樂、應(yīng)用商店、軟件下載、網(wǎng)絡(luò)電視以及其他等十大類資源的緩存，另外還可以自定義下載內(nèi)容。iXcache支持交換機(jī)鏡像和Panabit牽引兩種部署模式，部署簡便，配合智能應(yīng)用網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品Panabit牽引部署，不僅使得iXcache單機(jī)部署和分布式部署在PPPOE以及非PPPOE網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下皆能應(yīng)付自如，且能夠在大流量網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下依舊保持穩(wěn)定和高性能的輸出。iXcache配置簡單，各項(xiàng)資源的分時(shí)段輸入輸出的歷史數(shù)據(jù)都通過圖形化界面加以展示，直觀簡潔。

四、軟件部署建議

1.版本選擇

iXcache目前有兩個(gè)版本：標(biāo)準(zhǔn)版和專業(yè)版，主要區(qū)別有以下幾方面：

從使用需求看，大部分中小學(xué)的同時(shí)聯(lián)網(wǎng)的終端數(shù)量畢竟有限，沒有強(qiáng)烈的分布式部署/群集部署/集中監(jiān)控等需求，一塊千兆網(wǎng)卡輸出也能勝任，免費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)版功能完全能滿足學(xué)校的使用需求；擁有教育城域網(wǎng)以及多出口的大型教育機(jī)構(gòu)可以考慮使用專業(yè)版獲取更高的使用效益。

2.硬件配置

iXcache對(duì)于系統(tǒng)硬件配置并沒有苛刻要求，七八年前的主流辦公PC配置也能正常運(yùn)行，如果計(jì)劃長期使用，建議用比較新的、穩(wěn)定的設(shè)備。

iXCache最低硬件配置要求如下：

3.組網(wǎng)模式的選擇

根據(jù)學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施設(shè)備的使用情況，iXcache可以與Panabit智能應(yīng)用網(wǎng)關(guān)聯(lián)動(dòng)組成牽引模式，也可以利用中心交換機(jī)的端口鏡像功能，使用iXcache的鏡像模式來單獨(dú)部署。相對(duì)來說，牽引模式效率更高，加速效果更明顯，應(yīng)該作為日常使用的首選項(xiàng)。對(duì)于只想嘗試一下的用戶，可以使用iXcache的鏡像模式，通過旁路監(jiān)聽為內(nèi)網(wǎng)用戶提供透明的加速服務(wù)。

4.簡單測試提速效果

要簡單檢驗(yàn)系統(tǒng)是否正常使用，可以通過360安全衛(wèi)士的寬帶測速工具進(jìn)行測試，第一次的結(jié)果是正常的帶寬測速，第二次開始就能體會(huì)內(nèi)網(wǎng)物理網(wǎng)絡(luò)極限的加速的效果。通常Web視頻、移動(dòng)視頻、網(wǎng)盤共享加速等效果非常明顯。

5.自定義緩存資源項(xiàng)目的簡易方法

自定義緩存是讓iXcache適合不同行業(yè)的先決條件，軟件說明書上只介紹了軟件內(nèi)策略號(hào)、文件類型、域名、所屬資源等一些常規(guī)參數(shù)的意義和用法。由于互聯(lián)網(wǎng)上的資源提供商都會(huì)對(duì)資源地址進(jìn)行重定向，設(shè)定下載域名通常不會(huì)像說明書上簡單。以“網(wǎng)易公開課”為例，按說明書上要求是在域名里面填入“open.163.com”，文件類型輸入“flv”，你會(huì)發(fā)現(xiàn)無論怎樣點(diǎn)擊里面的課程都無法緩存，原因在于視頻真實(shí)地址并非在此網(wǎng)址下。一般來說，需要用Wireshark等網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包嗅探軟件進(jìn)行抓包分析地址來源，這對(duì)于一般學(xué)校的管理員來說難度較大。

其實(shí)用簡單的方法就能獲取準(zhǔn)確的視頻地址：用遨游之類的瀏覽器隨便打開一個(gè)課程，鼠標(biāo)移動(dòng)到播放窗口，此時(shí)右上方將出現(xiàn)一個(gè)視頻窗口工具條，點(diǎn)“下載”—“保存”，在彈出的對(duì)話框中就能找到該視頻課程的真正的網(wǎng)址，比如：http：//mov.bn.netease.com/open-movie/nos/flv/2014/05/26/S9S8T3ENQ_sd.flv，我們只需要將 “mov.bn.netease.com”填寫到域名內(nèi)，將“flv”作為文件格式就能成功緩存用戶觀看過的該網(wǎng)址下的資源了。如圖1所示。

五、提升使用效果的策略

1.內(nèi)網(wǎng)主干網(wǎng)絡(luò)需要及時(shí)升級(jí)，確保滿足流暢體驗(yàn)的需要

很多學(xué)校的內(nèi)網(wǎng)設(shè)備存在超年限服役的情況，無論是技術(shù)參數(shù)還是可靠性都已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于時(shí)代，應(yīng)該考慮加以改進(jìn)或替換。校園網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)網(wǎng)應(yīng)至少做到千兆主干、百兆到桌面，使資源能夠平均分布到各客戶端上，上網(wǎng)體驗(yàn)盡量保持一致。

2.在公共服務(wù)終端的收藏夾內(nèi)放置iXcache正式支持資源列表Web頁面，優(yōu)先安裝iXcache支持的客戶端版本

將常用的客戶端或者資源Web頁面提供給師生，集中這類應(yīng)用的使用焦點(diǎn)能更好的發(fā)揮iXcache的緩存加速功能，同時(shí)避免了客戶端版本不同導(dǎo)致的兼容性問題。比如，iXcache支持百度云管家4.X的無限制加速傳輸效果，但百度云管家5.X的客戶端目前鎖定了下載速率，暫時(shí)無法突破瓶頸，應(yīng)該盡量安裝經(jīng)過測試的版本。

3.終端數(shù)量直接影響輸出命中率的高低

正所謂“方以類聚，物以群分”，人的數(shù)量多了，具有相似喜好的人群就會(huì)越多，另外，主流的應(yīng)用需求占大多數(shù)，冷門的需求較少。同樣的，iXcache的用戶數(shù)越多，出現(xiàn)相同資源或主流資源請(qǐng)求的機(jī)會(huì)也就越大，資源緩存的價(jià)值也就隨之提高。經(jīng)過全國各類用戶對(duì)該軟件的反饋結(jié)果來看，客戶端的多少與輸出的命中率有著正比關(guān)系，客戶端數(shù)量在四、五百個(gè)以上使用單位更能獲得充分發(fā)揮iXcache的性能。由此可見，iXcache更適合在教育城域網(wǎng)內(nèi)或者廣泛開展移動(dòng)終端探究性自主學(xué)習(xí)的學(xué)校部署。

4.結(jié)合傳統(tǒng)的管控手段，杜絕濫用資源

學(xué)校使用了iXcache并不等于寬帶資源就不再稀缺了。傳統(tǒng)的管控手段依然是保證學(xué)校網(wǎng)絡(luò)暢通的必要手段，應(yīng)該盡量使用帶有流量控制和上網(wǎng)行為管理的設(shè)備（比如與iXcache配套使用的、同樣免費(fèi)的Panabit智能應(yīng)用網(wǎng)關(guān)）按需配置策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)網(wǎng)IP地址段的出口帶寬進(jìn)行合理分配，對(duì)P2P類協(xié)議的上下行帶寬進(jìn)行有效控制，確保有限的寬帶資源用在刀刃上。

5.彌補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)版的部分功能缺失

iXcache專業(yè)版有一個(gè)很重要的功能叫“下載觸發(fā)值”，它定義了一個(gè)資源要進(jìn)入iXcache緩存前，需要被內(nèi)網(wǎng)用戶訪問過的次數(shù)，它可以理解為多人點(diǎn)擊的內(nèi)容將成為熱門資源加以收錄，點(diǎn)擊量少的將忽略。“下載觸發(fā)值”能有效減少冷門資源進(jìn)入緩存的機(jī)會(huì)，同時(shí)也能大幅減少iXcache 對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的額外占用。在標(biāo)準(zhǔn)版內(nèi)觸發(fā)數(shù)為灰色不可選狀態(tài)，一般通過增大硬盤容量來提升資源下載量，提升客戶端命中率，但無法做到減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的額外占用。

另外，大容量機(jī)械硬盤的小文件隨機(jī)讀取速率不高，如資源文件太小會(huì)導(dǎo)致加速效果并不明顯，還不如通過外網(wǎng)直接下載的快捷，這時(shí)可以根據(jù)加速要求設(shè)定需要加入緩存的最小文件的大小。

六、結(jié)束語

隨著梧州市初步建成“云教育”資源公共服務(wù)平臺(tái)，各類資源建設(shè)正在加速，對(duì)各類公有云平臺(tái)的多媒體資源的使用頻率也在不斷提升。各校除了要重視校園網(wǎng)絡(luò)出口的建設(shè)與管理，還有必要根據(jù)實(shí)際情況在進(jìn)行必要的技術(shù)升級(jí)，以提升其使用效率，為師生帶來更好的體驗(yàn)，創(chuàng)造優(yōu)越的基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境，提升教育信息化整體水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱強(qiáng).談中小學(xué)校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)出口的建設(shè)與管理[J].中小學(xué)電教（下），2013（9）：3-4.

[2]劉小云.論P(yáng)owerCache內(nèi)容加速系統(tǒng)在高校中的應(yīng)用[J].信息通信，2016（1）：177-178.

[3]閆龍，方洋. Cache打破網(wǎng)絡(luò)速度與成本瓶頸[J].中國教育網(wǎng)絡(luò)，2012（2）：102-105.

（編輯：王曉明）