CDN在軍事職業教育中的應用研究

匡羅貝 康紅宴 姚煊道

[摘? ? ? ? ? ?要]? 《軍事職業教育改革實施方案》明確軍事職業教育要積極運用“網絡+教育”的理念方法，建立“需求牽引、平臺統一、資源共享、立足崗位、自主學習”的軍事職業教育運行模式，統建共用服務平臺，共建共享教育資源。“網絡教學+MOOC”是開展全員全時全域軍事職業教育的重要途徑，為確保MOOC在線學習質量，依托CDN（Content Delivery Network，內容分發網絡）實現在線學習資源加速訪問是保證學習質量的必要手段。闡述CDN在軍事職業教育中的重要作用，分析CDN于軍網部署應用的關鍵問題，提出相關解決方案。

[關? ? 鍵? ?詞]? CDN;軍事職業教育;資源

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號]? 2096-0603（2019）28-0206-03

一、引言

黨的十八屆三中全會明確提出，健全軍隊院校教育、部隊訓練實踐、軍事職業教育三位一體新型軍事人才培養體系。2017年8月，中央軍委印發《軍事職業教育改革實施方案》，啟動實施全軍軍事職業教育綜合試點工作，平臺建設、在線課程資源建設、配套保障條件建設、規章制度制定、激勵機制探索、骨干隊伍建設有序展開。其中，依托全軍統建軍事職業教育軍網、互聯網平臺以及以MOOC為主的課程資源，全體官兵可自主開展學習。為大力提升官兵規模化在線視頻學習體驗，2019年4月，中央軍委辦公廳印發《關于加快推進軍事職業教育的若干意見》，明確要加快部署內容分發網絡，完善支撐條件。因此，開展軍事職業教育CDN探索應用對支撐軍事職業教育平臺應用、促進軍事職業教育創新發展具有重要意義。

本文闡述CDN在軍事職業教育中的重要作用，對CDN在軍網中部署應用的關鍵問題進行分析，提出相關的改進方法。

二、CDN對軍事職業教育的重要作用

發展軍事職業教育是黨中央、中央軍委和習主席的重大決策部署，對實施人才強軍戰略、推進軍事人員現代化具有重大意義。我軍軍事職業教育特指面向全軍官兵包括文職人員的有組織的、自主在崗的現代繼續教育。“現代”一詞突出軍事職業教育具有鮮明的時代特征，表明當前開展的軍事職業教育是以網絡在線學習為主要方式，同時不排斥書本閱讀、離線教學等其他學習方式。網絡在線學習可滿足大規模用戶同時在線學習的需求，同時在云計算、大數據等技術支撐下，可根據個人崗位任職需求等，自主便捷開展個性化學習。

《軍事職業教育改革實施方案》要求：構建全員全時全域的泛在學習環境，基本建成覆蓋全軍職業崗位的教育資源體系，基本形成有組織的自主學習、終身學習良好局面。這說明我軍的軍事職業教育具有地域覆蓋面廣、參與人數多、全天候的特點。同時還要求積極運用“網絡+教育”的理念方法，建立“需求牽引、平臺統一、資源共享、立足崗位、自主學習”的軍事職業教育運行模式，統建共用服務平臺，共建共享教育資源。當前，依托網絡教學，結合當前先進成熟的MOOC教學方式，構建統一的軍事職業教育學習平臺，已成為實現全員全時全域軍事職業教育的一個重要途徑。

軍事職業教育學習平臺主要以MOOC視頻形式為全體官兵提供服務，當學習用戶規模大量增加時，大量訪問請求涌入源站，必然造成平臺響應緩慢。同時，大量相同內容的視頻資源在網絡中傳輸，也將為網絡帶來巨大的壓力，造成網絡擁塞，從而造成用戶訪問請求響應慢，甚至出現網頁打不開的情況，大大降低用戶的學習體驗。為了解決上述問題，業界一般采用CDN（Content Delivery Network，內容分發網絡）技術改善視頻訪問體驗，保障官兵在線學習的順利開展。CDN已成為當前互聯網或廣域分布的內網上，應對規模化網站訪問問題的主流成熟解決方案。因此，CDN對優化軍事職業教育學習平臺具有重要作用。

三、CDN于軍網部署應用的關鍵問題

（一）CDN

CDN是通過在靠近用戶側部署一個內容存儲節點（也稱“邊緣節點”），通過部署軟件系統，將官兵待訪問的視頻資源預先推送至邊緣節點，使官兵可以就近取得所需的視頻內容，提高訪問網站的響應速度。該過程類比生活中，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。基于該技術，不僅解決了源站（即軍事職業教育學習平臺）和網絡壓力大的問題，而且提高了用戶訪問網站的響應速度，從而大大改善了用戶的學習體驗。

從功能上看，典型的CDN系統由分發服務系統、負載均衡系統和運營管理系統組成。

1.分發服務系統

最基本的工作單元就是cache設備，cache（邊緣cache）負責直接響應最終用戶的訪問請求，把緩存在本地的內容快速地提供給用戶。同時cache還負責與源站點進行內容同步，把更新的內容以及本地沒有的內容從源站獲取并保存在本地。cache設備的數量、規模、總服務能力是衡量一個CDN系統服務能力的最基本指標。

2.負載均衡系統

主要功能是負責對所有發起服務請求的用戶訪問進行調度，確定給用戶提供服務的最終實際訪問地址。兩級調度體系分為GSLB（Global Server Load Balance，全局負載均衡）和SLB（Server Load Balance，本地負載均衡）。GSLB主要根據用戶就近性原則，通過對每個服務節點進行“最優”判斷，確定向用戶提供服務的cache的物理位置。SLB主要負責節點內部的設備負載均衡。

3.運維管理系統

分為運營管理和網絡管理子系統，負責處理業務層面與外界系統交互所必需的收集、整理、交付工作，包含客戶管理、產品管理、計費管理、統計分析等功能。

源站未使用CDN的訪問過程為：（1）用戶向瀏覽器提供要訪問的域名;（2）瀏覽器調用域名解析函數庫對域名進行解析（DNS解析），以得到此域名對應的IP，即源站IP;（3）瀏覽器使用所得到的IP，向源站服務器發出數據訪問請求;（4）瀏覽器根據源站服務器返回的數據顯示網頁的內容。在源站使用CDN以后，用戶訪問源站獲取數據的過程（如圖1所示）變為：（1）用戶向瀏覽器提供要訪問的域名;（2）瀏覽器調用域名解析庫對域名進行解析（DNS解析）。由于CDN對域名解析過程進行調整，所以解析函數庫一般得到的是該域名對應的CNAME記錄，為了得到實際IP，瀏覽器需要再次對獲得的CNAME域名進行解析。（3）在此過程中，CDN全局負載均衡服務器對CNAME進行解析，根據本地DNS服務器的IP解析對應的地理位置，返回與其在相同區域的緩存服務器IP，使用戶能就近獲取內容;（4）此次解析得到的CDN緩存服務器的IP，被本地DNS返回給用戶瀏覽器，瀏覽器向緩存服務器發出訪問請求;（5）緩存服務器根據瀏覽器提供的要訪問的資源名稱，判定自己是否有對應資源，如果有則返回給用戶，否則向上級緩存服務器獲取相應的資源;（6）緩存服務器獲取得到內容以后，一方面，在本地進行保存，以備以后使用，另一方面，把獲取的數據返回給客戶瀏覽器，完成數據服務過程;（7）客戶瀏覽器得到由緩存服務器返回的數據以后顯示出來并完成整個數據請求過程。

（二）CDN于軍網部署應用的關鍵問題

軍網與互聯網物理隔離，兩者在技術體制上均遵循TCP/IP協議，但在網絡帶寬、通信質量、IP地址庫共享、域名解析服務等方面與互聯網有所差距。這些特點可能為傳統CDN在軍網直接部署應用帶來一定挑戰，筆者評估的有關關鍵問題如下。

1.網絡質量可能影響視頻內容分發性能

一方面，網絡通信質量可能影響內容分發。CDN的內容分發機制主要是實現源站和緩存節點上內容的一致性。當前MOOC視頻技術上一般可達到高清畫質，需占用帶寬及對網絡通信質量要求甚高。如網絡帶寬及通信質量不足將導致網絡傳輸時間長，甚至網絡擁塞。當緩存節點上沒有用戶需要的視頻內容時，會向上級緩存節點或者源站獲取該視頻內容，此時，可能會造成獲取內容資源時間過長或失敗。另一方面，網絡質量可能影響傳輸協議性能。TCP協議采用重傳機制，雖然保證了端到端數據傳輸的可靠性，但數據傳輸實時性可能受到影響，進而難以支撐MOOC視頻數據傳輸，在學習者一側可能出現視頻卡頓現象。

2.域名服務可能影響節點資源調度

節點資源調度主要是將學習者訪問請求重定向到離其最近的緩存服務器上去獲取數據。業界最常用的資源調度算法是GSLB。在源站使用CDN以后，其主要是根據內容資源鏈接中的域名，運用域名解析來將用戶請求引入CDN的全局負載均衡，然后根據用戶本地域名解析服務器的IP位置信息來獲取用戶所在地點，從而提供一臺離用戶最近的緩存服務器為他們提供服務。從中我們發現兩個關鍵條件：（1）用戶訪問的資源要有域名;（2）IP地址要有解析出其對應的位置信息。軍網IP地址庫共享與域名服務不足可能影響域名調度方式的實施。

3.CDN節點管理難度較大

為全面改善全軍官兵的學習效果，需在全軍部署大量的邊緣節點，以促使CDN服務覆蓋全軍。節點部署規模較大將為CDN整體系統的管理帶來巨大挑戰，主要體現在，一方面，這些緩存節點將產生大量的日志數據，實時處理分析難度大;另一方面，節點快速故障定位和修復難度也較大。

4.CDN于軍網部署應用的解決方案

針對以上問題，我們對分發服務系統、負載均衡系統和運維管理系統優化進行了研究，提出以下解決方案。

（1）智能資源分發機制

針對網絡質量可能影響視頻內容分發性能的問題，我們提出了一種資源預熱機制。其主要關鍵技術為：（1）改進TCP傳輸協議，該協議具有三個特點：①丟包算法，該算法能夠對丟包行為進行精確的預測和判斷，降低數據重傳概率，保證最優的帶寬利用率。②鏈路監測，該方法精確偵測連接鏈路的性能及可用帶寬，動態調整數據發送量，防止網絡擁塞。③智能引導，該方法能夠監控連接的對端行為，根據其發送模式智能引導對端合理傳輸數據。（2）啟用資源預緩存。該方法可根據官兵觀看視頻的歷史喜好，推斷出他們感興趣的視頻，將視頻定向推動到不同專業的官兵本地緩存節點上，為了保證預緩存的效果以及減少軍網壓力，預緩存一般建議在部隊非工作時間進行，比如早晨、午休和深夜。

（2）融合調度方法

針對域名服務可能影響節點資源調度的問題，我們提出基于DNS解析與302重定向的融合資源調度方法（如圖2所示）。該方法采用了302重定向技術，可基于用戶訪問IP來智能選擇服務節點。為保證302重定向方法正常工作，同步需為CDN系統建立用戶IP地址庫，從而可以根據用戶請求的IP來判斷用戶所屬單位，進而把用戶重定向到單位內的緩存服務器來獲取所需要的資源，提升官兵的訪問體驗。

（3）自動化運維

運維管理是信息技術服務的底層基礎，其作用就是需要保障數據的連續性、業務數據保存正常、業務的連續性。運維管理不僅僅是一種工具，更是一種服務，因此，CDN運維管理的最終目標也是為用戶提供高質量的服務。如通過人工方式對將來廣泛分布于全軍的CDN節點進行運維，將會大大提升保障CDN服務質量的難度和運維的成本。為此，針對CDN節點管理難度較大的問題，我們提出構建自動化運維的解決方案（如圖3所示），實現系統配置一鍵下發、狀態自動上報、故障自動告警、問題自動追蹤，協助運維人員快速處理各種問題。

筆者結合工作實際，對以上方案于軍網進行了測試驗證，通過測試對比，在平臺使用某高峰時段，部署CDN前，軍事職業教育平臺視頻播放過程中出現多次緩沖，視頻播放出現卡頓，部署CDN后，視頻播放過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