CDN在軍事職業(yè)教育中的應(yīng)用研究

匡羅貝 康紅宴 姚煊道

[摘? ? ? ? ? ?要]? 《軍事職業(yè)教育改革實(shí)施方案》明確軍事職業(yè)教育要積極運(yùn)用“網(wǎng)絡(luò)+教育”的理念方法，建立“需求牽引、平臺(tái)統(tǒng)一、資源共享、立足崗位、自主學(xué)習(xí)”的軍事職業(yè)教育運(yùn)行模式，統(tǒng)建共用服務(wù)平臺(tái)，共建共享教育資源?！熬W(wǎng)絡(luò)教學(xué)+MOOC”是開(kāi)展全員全時(shí)全域軍事職業(yè)教育的重要途徑，為確保MOOC在線學(xué)習(xí)質(zhì)量，依托CDN（Content Delivery Network，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）實(shí)現(xiàn)在線學(xué)習(xí)資源加速訪問(wèn)是保證學(xué)習(xí)質(zhì)量的必要手段。闡述CDN在軍事職業(yè)教育中的重要作用，分析CDN于軍網(wǎng)部署應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題，提出相關(guān)解決方案。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? CDN;軍事職業(yè)教育;資源

[中圖分類(lèi)號(hào)]? G642? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)]? 2096-0603（2019）28-0206-03

一、引言

黨的十八屆三中全會(huì)明確提出，健全軍隊(duì)院校教育、部隊(duì)訓(xùn)練實(shí)踐、軍事職業(yè)教育三位一體新型軍事人才培養(yǎng)體系。2017年8月，中央軍委印發(fā)《軍事職業(yè)教育改革實(shí)施方案》，啟動(dòng)實(shí)施全軍軍事職業(yè)教育綜合試點(diǎn)工作，平臺(tái)建設(shè)、在線課程資源建設(shè)、配套保障條件建設(shè)、規(guī)章制度制定、激勵(lì)機(jī)制探索、骨干隊(duì)伍建設(shè)有序展開(kāi)。其中，依托全軍統(tǒng)建軍事職業(yè)教育軍網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)以及以MOOC為主的課程資源，全體官兵可自主開(kāi)展學(xué)習(xí)。為大力提升官兵規(guī)?；诰€視頻學(xué)習(xí)體驗(yàn)，2019年4月，中央軍委辦公廳印發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)軍事職業(yè)教育的若干意見(jiàn)》，明確要加快部署內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，完善支撐條件。因此，開(kāi)展軍事職業(yè)教育CDN探索應(yīng)用對(duì)支撐軍事職業(yè)教育平臺(tái)應(yīng)用、促進(jìn)軍事職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展具有重要意義。

本文闡述CDN在軍事職業(yè)教育中的重要作用，對(duì)CDN在軍網(wǎng)中部署應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行分析，提出相關(guān)的改進(jìn)方法。

二、CDN對(duì)軍事職業(yè)教育的重要作用

發(fā)展軍事職業(yè)教育是黨中央、中央軍委和習(xí)主席的重大決策部署，對(duì)實(shí)施人才強(qiáng)軍戰(zhàn)略、推進(jìn)軍事人員現(xiàn)代化具有重大意義。我軍軍事職業(yè)教育特指面向全軍官兵包括文職人員的有組織的、自主在崗的現(xiàn)代繼續(xù)教育。“現(xiàn)代”一詞突出軍事職業(yè)教育具有鮮明的時(shí)代特征，表明當(dāng)前開(kāi)展的軍事職業(yè)教育是以網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)為主要方式，同時(shí)不排斥書(shū)本閱讀、離線教學(xué)等其他學(xué)習(xí)方式。網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)可滿(mǎn)足大規(guī)模用戶(hù)同時(shí)在線學(xué)習(xí)的需求，同時(shí)在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)支撐下，可根據(jù)個(gè)人崗位任職需求等，自主便捷開(kāi)展個(gè)性化學(xué)習(xí)。

《軍事職業(yè)教育改革實(shí)施方案》要求：構(gòu)建全員全時(shí)全域的泛在學(xué)習(xí)環(huán)境，基本建成覆蓋全軍職業(yè)崗位的教育資源體系，基本形成有組織的自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)良好局面。這說(shuō)明我軍的軍事職業(yè)教育具有地域覆蓋面廣、參與人數(shù)多、全天候的特點(diǎn)。同時(shí)還要求積極運(yùn)用“網(wǎng)絡(luò)+教育”的理念方法，建立“需求牽引、平臺(tái)統(tǒng)一、資源共享、立足崗位、自主學(xué)習(xí)”的軍事職業(yè)教育運(yùn)行模式，統(tǒng)建共用服務(wù)平臺(tái)，共建共享教育資源。當(dāng)前，依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)成熟的MOOC教學(xué)方式，構(gòu)建統(tǒng)一的軍事職業(yè)教育學(xué)習(xí)平臺(tái)，已成為實(shí)現(xiàn)全員全時(shí)全域軍事職業(yè)教育的一個(gè)重要途徑。

軍事職業(yè)教育學(xué)習(xí)平臺(tái)主要以MOOC視頻形式為全體官兵提供服務(wù)，當(dāng)學(xué)習(xí)用戶(hù)規(guī)模大量增加時(shí)，大量訪問(wèn)請(qǐng)求涌入源站，必然造成平臺(tái)響應(yīng)緩慢。同時(shí)，大量相同內(nèi)容的視頻資源在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，也將為網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)巨大的壓力，造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，從而造成用戶(hù)訪問(wèn)請(qǐng)求響應(yīng)慢，甚至出現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)打不開(kāi)的情況，大大降低用戶(hù)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。為了解決上述問(wèn)題，業(yè)界一般采用CDN（Content Delivery Network，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)改善視頻訪問(wèn)體驗(yàn)，保障官兵在線學(xué)習(xí)的順利開(kāi)展。CDN已成為當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)或廣域分布的內(nèi)網(wǎng)上，應(yīng)對(duì)規(guī)模化網(wǎng)站訪問(wèn)問(wèn)題的主流成熟解決方案。因此，CDN對(duì)優(yōu)化軍事職業(yè)教育學(xué)習(xí)平臺(tái)具有重要作用。

三、CDN于軍網(wǎng)部署應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題

（一）CDN

CDN是通過(guò)在靠近用戶(hù)側(cè)部署一個(gè)內(nèi)容存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)（也稱(chēng)“邊緣節(jié)點(diǎn)”），通過(guò)部署軟件系統(tǒng)，將官兵待訪問(wèn)的視頻資源預(yù)先推送至邊緣節(jié)點(diǎn)，使官兵可以就近取得所需的視頻內(nèi)容，提高訪問(wèn)網(wǎng)站的響應(yīng)速度。該過(guò)程類(lèi)比生活中，就如同人們一般就近選擇電影院觀看電影，而不是去電影制片廠觀看?；谠摷夹g(shù)，不僅解決了源站（即軍事職業(yè)教育學(xué)習(xí)平臺(tái)）和網(wǎng)絡(luò)壓力大的問(wèn)題，而且提高了用戶(hù)訪問(wèn)網(wǎng)站的響應(yīng)速度，從而大大改善了用戶(hù)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

從功能上看，典型的CDN系統(tǒng)由分發(fā)服務(wù)系統(tǒng)、負(fù)載均衡系統(tǒng)和運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)組成。

1.分發(fā)服務(wù)系統(tǒng)

最基本的工作單元就是cache設(shè)備，cache（邊緣cache）負(fù)責(zé)直接響應(yīng)最終用戶(hù)的訪問(wèn)請(qǐng)求，把緩存在本地的內(nèi)容快速地提供給用戶(hù)。同時(shí)cache還負(fù)責(zé)與源站點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)容同步，把更新的內(nèi)容以及本地沒(méi)有的內(nèi)容從源站獲取并保存在本地。cache設(shè)備的數(shù)量、規(guī)模、總服務(wù)能力是衡量一個(gè)CDN系統(tǒng)服務(wù)能力的最基本指標(biāo)。

2.負(fù)載均衡系統(tǒng)

主要功能是負(fù)責(zé)對(duì)所有發(fā)起服務(wù)請(qǐng)求的用戶(hù)訪問(wèn)進(jìn)行調(diào)度，確定給用戶(hù)提供服務(wù)的最終實(shí)際訪問(wèn)地址。兩級(jí)調(diào)度體系分為GSLB（Global Server Load Balance，全局負(fù)載均衡）和SLB（Server Load Balance，本地負(fù)載均衡）。GSLB主要根據(jù)用戶(hù)就近性原則，通過(guò)對(duì)每個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行“最優(yōu)”判斷，確定向用戶(hù)提供服務(wù)的cache的物理位置。SLB主要負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的設(shè)備負(fù)載均衡。

3.運(yùn)維管理系統(tǒng)

分為運(yùn)營(yíng)管理和網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)處理業(yè)務(wù)層面與外界系統(tǒng)交互所必需的收集、整理、交付工作，包含客戶(hù)管理、產(chǎn)品管理、計(jì)費(fèi)管理、統(tǒng)計(jì)分析等功能。

源站未使用CDN的訪問(wèn)過(guò)程為：（1）用戶(hù)向?yàn)g覽器提供要訪問(wèn)的域名;（2）瀏覽器調(diào)用域名解析函數(shù)庫(kù)對(duì)域名進(jìn)行解析（DNS解析），以得到此域名對(duì)應(yīng)的IP，即源站IP;（3）瀏覽器使用所得到的IP，向源站服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求;（4）瀏覽器根據(jù)源站服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)顯示網(wǎng)頁(yè)的內(nèi)容。在源站使用CDN以后，用戶(hù)訪問(wèn)源站獲取數(shù)據(jù)的過(guò)程（如圖1所示）變?yōu)椋海?）用戶(hù)向?yàn)g覽器提供要訪問(wèn)的域名;（2）瀏覽器調(diào)用域名解析庫(kù)對(duì)域名進(jìn)行解析（DNS解析）。由于CDN對(duì)域名解析過(guò)程進(jìn)行調(diào)整，所以解析函數(shù)庫(kù)一般得到的是該域名對(duì)應(yīng)的CNAME記錄，為了得到實(shí)際IP，瀏覽器需要再次對(duì)獲得的CNAME域名進(jìn)行解析。（3）在此過(guò)程中，CDN全局負(fù)載均衡服務(wù)器對(duì)CNAME進(jìn)行解析，根據(jù)本地DNS服務(wù)器的IP解析對(duì)應(yīng)的地理位置，返回與其在相同區(qū)域的緩存服務(wù)器IP，使用戶(hù)能就近獲取內(nèi)容;（4）此次解析得到的CDN緩存服務(wù)器的IP，被本地DNS返回給用戶(hù)瀏覽器，瀏覽器向緩存服務(wù)器發(fā)出訪問(wèn)請(qǐng)求;（5）緩存服務(wù)器根據(jù)瀏覽器提供的要訪問(wèn)的資源名稱(chēng)，判定自己是否有對(duì)應(yīng)資源，如果有則返回給用戶(hù)，否則向上級(jí)緩存服務(wù)器獲取相應(yīng)的資源;（6）緩存服務(wù)器獲取得到內(nèi)容以后，一方面，在本地進(jìn)行保存，以備以后使用，另一方面，把獲取的數(shù)據(jù)返回給客戶(hù)瀏覽器，完成數(shù)據(jù)服務(wù)過(guò)程;（7）客戶(hù)瀏覽器得到由緩存服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)以后顯示出來(lái)并完成整個(gè)數(shù)據(jù)請(qǐng)求過(guò)程。

（二）CDN于軍網(wǎng)部署應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題

軍網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)物理隔離，兩者在技術(shù)體制上均遵循TCP/IP協(xié)議，但在網(wǎng)絡(luò)帶寬、通信質(zhì)量、IP地址庫(kù)共享、域名解析服務(wù)等方面與互聯(lián)網(wǎng)有所差距。這些特點(diǎn)可能為傳統(tǒng)CDN在軍網(wǎng)直接部署應(yīng)用帶來(lái)一定挑戰(zhàn)，筆者評(píng)估的有關(guān)關(guān)鍵問(wèn)題如下。

1.網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量可能影響視頻內(nèi)容分發(fā)性能

一方面，網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量可能影響內(nèi)容分發(fā)。CDN的內(nèi)容分發(fā)機(jī)制主要是實(shí)現(xiàn)源站和緩存節(jié)點(diǎn)上內(nèi)容的一致性。當(dāng)前MOOC視頻技術(shù)上一般可達(dá)到高清畫(huà)質(zhì)，需占用帶寬及對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量要求甚高。如網(wǎng)絡(luò)帶寬及通信質(zhì)量不足將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間長(zhǎng)，甚至網(wǎng)絡(luò)擁塞。當(dāng)緩存節(jié)點(diǎn)上沒(méi)有用戶(hù)需要的視頻內(nèi)容時(shí)，會(huì)向上級(jí)緩存節(jié)點(diǎn)或者源站獲取該視頻內(nèi)容，此時(shí)，可能會(huì)造成獲取內(nèi)容資源時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或失敗。另一方面，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量可能影響傳輸協(xié)議性能。TCP協(xié)議采用重傳機(jī)制，雖然保證了端到端數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，但?shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性可能受到影響，進(jìn)而難以支撐MOOC視頻數(shù)據(jù)傳輸，在學(xué)習(xí)者一側(cè)可能出現(xiàn)視頻卡頓現(xiàn)象。

2.域名服務(wù)可能影響節(jié)點(diǎn)資源調(diào)度

節(jié)點(diǎn)資源調(diào)度主要是將學(xué)習(xí)者訪問(wèn)請(qǐng)求重定向到離其最近的緩存服務(wù)器上去獲取數(shù)據(jù)。業(yè)界最常用的資源調(diào)度算法是GSLB。在源站使用CDN以后，其主要是根據(jù)內(nèi)容資源鏈接中的域名，運(yùn)用域名解析來(lái)將用戶(hù)請(qǐng)求引入CDN的全局負(fù)載均衡，然后根據(jù)用戶(hù)本地域名解析服務(wù)器的IP位置信息來(lái)獲取用戶(hù)所在地點(diǎn)，從而提供一臺(tái)離用戶(hù)最近的緩存服務(wù)器為他們提供服務(wù)。從中我們發(fā)現(xiàn)兩個(gè)關(guān)鍵條件：（1）用戶(hù)訪問(wèn)的資源要有域名;（2）IP地址要有解析出其對(duì)應(yīng)的位置信息。軍網(wǎng)IP地址庫(kù)共享與域名服務(wù)不足可能影響域名調(diào)度方式的實(shí)施。

3.CDN節(jié)點(diǎn)管理難度較大

為全面改善全軍官兵的學(xué)習(xí)效果，需在全軍部署大量的邊緣節(jié)點(diǎn)，以促使CDN服務(wù)覆蓋全軍。節(jié)點(diǎn)部署規(guī)模較大將為CDN整體系統(tǒng)的管理帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在，一方面，這些緩存節(jié)點(diǎn)將產(chǎn)生大量的日志數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)處理分析難度大;另一方面，節(jié)點(diǎn)快速故障定位和修復(fù)難度也較大。

4.CDN于軍網(wǎng)部署應(yīng)用的解決方案

針對(duì)以上問(wèn)題，我們對(duì)分發(fā)服務(wù)系統(tǒng)、負(fù)載均衡系統(tǒng)和運(yùn)維管理系統(tǒng)優(yōu)化進(jìn)行了研究，提出以下解決方案。

（1）智能資源分發(fā)機(jī)制

針對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量可能影響視頻內(nèi)容分發(fā)性能的問(wèn)題，我們提出了一種資源預(yù)熱機(jī)制。其主要關(guān)鍵技術(shù)為：（1）改進(jìn)TCP傳輸協(xié)議，該協(xié)議具有三個(gè)特點(diǎn)：①丟包算法，該算法能夠?qū)G包行為進(jìn)行精確的預(yù)測(cè)和判斷，降低數(shù)據(jù)重傳概率，保證最優(yōu)的帶寬利用率。②鏈路監(jiān)測(cè)，該方法精確偵測(cè)連接鏈路的性能及可用帶寬，動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)發(fā)送量，防止網(wǎng)絡(luò)擁塞。③智能引導(dǎo)，該方法能夠監(jiān)控連接的對(duì)端行為，根據(jù)其發(fā)送模式智能引導(dǎo)對(duì)端合理傳輸數(shù)據(jù)。（2）啟用資源預(yù)緩存。該方法可根據(jù)官兵觀看視頻的歷史喜好，推斷出他們感興趣的視頻，將視頻定向推動(dòng)到不同專(zhuān)業(yè)的官兵本地緩存節(jié)點(diǎn)上，為了保證預(yù)緩存的效果以及減少軍網(wǎng)壓力，預(yù)緩存一般建議在部隊(duì)非工作時(shí)間進(jìn)行，比如早晨、午休和深夜。

（2）融合調(diào)度方法

針對(duì)域名服務(wù)可能影響節(jié)點(diǎn)資源調(diào)度的問(wèn)題，我們提出基于DNS解析與302重定向的融合資源調(diào)度方法（如圖2所示）。該方法采用了302重定向技術(shù)，可基于用戶(hù)訪問(wèn)IP來(lái)智能選擇服務(wù)節(jié)點(diǎn)。為保證302重定向方法正常工作，同步需為CDN系統(tǒng)建立用戶(hù)IP地址庫(kù)，從而可以根據(jù)用戶(hù)請(qǐng)求的IP來(lái)判斷用戶(hù)所屬單位，進(jìn)而把用戶(hù)重定向到單位內(nèi)的緩存服務(wù)器來(lái)獲取所需要的資源，提升官兵的訪問(wèn)體驗(yàn)。

（3）自動(dòng)化運(yùn)維

運(yùn)維管理是信息技術(shù)服務(wù)的底層基礎(chǔ)，其作用就是需要保障數(shù)據(jù)的連續(xù)性、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)保存正常、業(yè)務(wù)的連續(xù)性。運(yùn)維管理不僅僅是一種工具，更是一種服務(wù)，因此，CDN運(yùn)維管理的最終目標(biāo)也是為用戶(hù)提供高質(zhì)量的服務(wù)。如通過(guò)人工方式對(duì)將來(lái)廣泛分布于全軍的CDN節(jié)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)維，將會(huì)大大提升保障CDN服務(wù)質(zhì)量的難度和運(yùn)維的成本。為此，針對(duì)CDN節(jié)點(diǎn)管理難度較大的問(wèn)題，我們提出構(gòu)建自動(dòng)化運(yùn)維的解決方案（如圖3所示），實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)配置一鍵下發(fā)、狀態(tài)自動(dòng)上報(bào)、故障自動(dòng)告警、問(wèn)題自動(dòng)追蹤，協(xié)助運(yùn)維人員快速處理各種問(wèn)題。

筆者結(jié)合工作實(shí)際，對(duì)以上方案于軍網(wǎng)進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證，通過(guò)測(cè)試對(duì)比，在平臺(tái)使用某高峰時(shí)段，部署CDN前，軍事職業(yè)教育平臺(tái)視頻播放過(guò)程中出現(xiàn)多次緩沖，視頻播放出現(xiàn)卡頓，部署CDN后，視頻播放過(guò)程中幾乎不存在緩沖，視頻播放流暢（如圖4所示）。

◎編輯 武生智