利用网络缓存系统提升中小学宽带使用效率的策略研究

谢颖

摘 要：随着国家“三通两平台”建设的快速推进，广西梧州市93.6%以上的中小学已经连上了互联网，网络终端不断增多，慕课、优课、微课等应用需求强烈，资金不足的学校出口带宽成为最大瓶颈。本文通过对网络缓存系统的研究，提出适合中小学的应用策略，有助于实现提升出口网络使用效率，降低资金压力的目标。

关键词：免费；缓存；出口带宽；效率

中图分类号：TP393 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2017）15-0065-03

一、前言

中小学校园网络是教育信息化建设的基础和重要组成部分，它为学校的教育教学、日常办公等方面提供了强有力的支持。随着国家三通两平台建设的快速推进以及信息化应用在广大中小学的深入开展，拥有稳定高效的校园宽带出口显得尤为关键。《广西教育信息化建设三年行动计划（2015-2017年）》对我区“宽带网络校校通”的建设明确了“到2017年，全区基本实现各级各类学校宽带网络接入，网络条件下的基本教学环境建设基本满足教学应用需求，有条件的农村学校班均出口带宽不小于2M，城镇学校班均出口带宽不小于4M” 的目标，以4个平行班的城市六年制小学为例，出口带宽需求接近100M，同规模的农村小学接近50M。本地电信运营商百兆带宽的月租价格高昂，对于大多数中小学来说是个不小的挑战。

二、梧州市中小学校园宽带出口现状及困境

我国各地电信宽带资源的分布并不均衡，如作为全国首批国家教育资源公共服务平台规模化应用试点市的浙江省东阳市早在2013年就已完成城域网改造，实现主干万兆、千兆到校，互联网总出口为3条2G的光纖链路宽带（涵盖电信、联通和移动的网络），接入点为155个；广东省肇庆的教学点能达到百兆出口；就拿广西区内来看，防城港东兴市（县级市）部分中小学已实现了两百兆出口，教学点能达百兆出口。反观梧州市的情况，各县（市、区）的大部分中小学普遍仅达到4-12MB宽带，虽然市直中学的带宽已提高到50-100兆左右，但与先进地区相比，差异依然巨大。不少师生对于校园网络网速提出了抱怨，一方面是由于部分学校的网络管理水平不高造成的，另一方面也真实地反映出学校的出口带宽提升速度难以跟上教育教学需求增长速度的尴尬局面。

传统的解决方案主要有以下两种[1]：一是通过对出口路由做流量控制，优先保证Web页浏览、教育视频直播类等重要业务；二是增加宽带经费预算，提高出口速率。面对日益增长的在线视频、软件下载以及移动端视频、应用商店等应用需求，这些措施或是在一定程度上影响了用户体验，或是导致每月须更多投入，且无法从根本上解决问题。

出口带宽不足的问题不仅仅只有中小学“独享”，小至网吧、大到高校甚至是电信宽带运营商这类网络应用密集型行业都遇到过类似难题。通过实践证明，为内网架设网络缓存设备（系统）已经成为了解决上述问题的重要手段，如2012年在海南师范大学、华中科技大学、华南农业大学等高校测试使用的锐捷网络的RG-PowerCache内容加速系统实现了“外网资源内网化”[2][3]，可以针对HTTP下载、流媒体、P2P等资源进行热点缓存，提高用户访问速度，并可实现20%-30%出口带宽节省。网络巨头H3C等也推出了类似的专业级设备。但是，动辄数万甚至十万元以上的昂贵设备只适用于对设备资金不敏感的大、中型企事业单位，对于广大中小学来说，实在是遥不可及。

三、解决方案简介

2014年发布的网络应用层缓存加速系统iXcache在实现类似锐捷RG-PowerCache主要功能的前提下，提供了完全免费的标准版，还能轻松部署在普通的PC硬件设备上，这对于资金、技术能力均严重不足的广大中小学来说无疑是个福音。

iXcache缓存是基于北京派网公司PanaOS操作系统基础上研发出来，通过底层优化，使iXcache在稳定性、高性能上得到了保障。iXcache可缓存的资源类型丰富，目前支持对Web视频、移动视频、网络硬盘、Web音乐、移动音乐、应用商店、软件下载、网络电视以及其他等十大类资源的缓存，另外还可以自定义下载内容。iXcache支持交换机镜像和Panabit牵引两种部署模式，部署简便，配合智能应用网关产品Panabit牵引部署，不仅使得iXcache单机部署和分布式部署在PPPOE以及非PPPOE网络环境下皆能应付自如，且能够在大流量网络环境下依旧保持稳定和高性能的输出。iXcache配置简单，各项资源的分时段输入输出的历史数据都通过图形化界面加以展示，直观简洁。

四、软件部署建议

1.版本选择

iXcache目前有两个版本：标准版和专业版，主要区别有以下几方面：

从使用需求看，大部分中小学的同时联网的终端数量毕竟有限，没有强烈的分布式部署/群集部署/集中监控等需求，一块千兆网卡输出也能胜任，免费的标准版功能完全能满足学校的使用需求；拥有教育城域网以及多出口的大型教育机构可以考虑使用专业版获取更高的使用效益。

2.硬件配置

iXcache对于系统硬件配置并没有苛刻要求，七八年前的主流办公PC配置也能正常运行，如果计划长期使用，建议用比较新的、稳定的设备。

iXCache最低硬件配置要求如下：

3.组网模式的选择

根据学校的网络设施设备的使用情况，iXcache可以与Panabit智能应用网关联动组成牵引模式，也可以利用中心交换机的端口镜像功能，使用iXcache的镜像模式来单独部署。相对来说，牵引模式效率更高，加速效果更明显，应该作为日常使用的首选项。对于只想尝试一下的用户，可以使用iXcache的镜像模式，通过旁路监听为内网用户提供透明的加速服务。

4.简单测试提速效果

要简单检验系统是否正常使用，可以通过360安全卫士的宽带测速工具进行测试，第一次的结果是正常的带宽测速，第二次开始就能体会内网物理网络极限的加速的效果。通常Web视频、移动视频、网盘共享加速等效果非常明显。

5.自定义缓存资源项目的简易方法

自定义缓存是让iXcache适合不同行业的先决条件，软件说明书上只介绍了软件内策略号、文件类型、域名、所属资源等一些常规参数的意义和用法。由于互联网上的资源提供商都会对资源地址进行重定向，设定下载域名通常不会像说明书上简单。以“网易公开课”为例，按说明书上要求是在域名里面填入“open.163.com”，文件类型输入“flv”，你会发现无论怎样点击里面的课程都无法缓存，原因在于视频真实地址并非在此网址下。一般来说，需要用Wireshark等网络数据包嗅探软件进行抓包分析地址来源，这对于一般学校的管理员来说难度较大。

其实用简单的方法就能获取准确的视频地址：用遨游之类的浏览器随便打开一个课程，鼠标移动到播放窗口，此时右上方将出现一个视频窗口工具条，点“下载”—“保存”，在弹出的对话框中就能找到该视频课程的真正的网址，比如：http：//mov.bn.netease.com/open-movie/nos/flv/2014/05/26/S9S8T3ENQ_sd.flv，我们只需要将 “mov.bn.netease.com”填写到域名内，将“flv”作为文件格式就能成功缓存用户观看过的该网址下的资源了。如图1所示。

五、提升使用效果的策略

1.内网主干网络需要及时升级，確保满足流畅体验的需要

很多学校的内网设备存在超年限服役的情况，无论是技术参数还是可靠性都已经远远落后于时代，应该考虑加以改进或替换。校园网络的内网应至少做到千兆主干、百兆到桌面，使资源能够平均分布到各客户端上，上网体验尽量保持一致。

2.在公共服务终端的收藏夹内放置iXcache正式支持资源列表Web页面，优先安装iXcache支持的客户端版本

将常用的客户端或者资源Web页面提供给师生，集中这类应用的使用焦点能更好的发挥iXcache的缓存加速功能，同时避免了客户端版本不同导致的兼容性问题。比如，iXcache支持百度云管家4.X的无限制加速传输效果，但百度云管家5.X的客户端目前锁定了下载速率，暂时无法突破瓶颈，应该尽量安装经过测试的版本。

3.终端数量直接影响输出命中率的高低

正所谓“方以类聚，物以群分”，人的数量多了，具有相似喜好的人群就会越多，另外，主流的应用需求占大多数，冷门的需求较少。同样的，iXcache的用户数越多，出现相同资源或主流资源请求的机会也就越大，资源缓存的价值也就随之提高。经过全国各类用户对该软件的反馈结果来看，客户端的多少与输出的命中率有着正比关系，客户端数量在四、五百个以上使用单位更能获得充分发挥iXcache的性能。由此可见，iXcache更适合在教育城域网内或者广泛开展移动终端探究性自主学习的学校部署。

4.结合传统的管控手段，杜绝滥用资源

学校使用了iXcache并不等于宽带资源就不再稀缺了。传统的管控手段依然是保证学校网络畅通的必要手段，应该尽量使用带有流量控制和上网行为管理的设备（比如与iXcache配套使用的、同样免费的Panabit智能应用网关）按需配置策略，实现对内网IP地址段的出口带宽进行合理分配，对P2P类协议的上下行带宽进行有效控制，确保有限的宽带资源用在刀刃上。

5.弥补标准版的部分功能缺失

iXcache专业版有一个很重要的功能叫“下载触发值”，它定义了一个资源要进入iXcache缓存前，需要被内网用户访问过的次数，它可以理解为多人点击的内容将成为热门资源加以收录，点击量少的将忽略。“下载触发值”能有效减少冷门资源进入缓存的机会，同时也能大幅减少iXcache 对网络带宽的额外占用。在标准版内触发数为灰色不可选状态，一般通过增大硬盘容量来提升资源下载量，提升客户端命中率，但无法做到减少对网络带宽的额外占用。

另外，大容量机械硬盘的小文件随机读取速率不高，如资源文件太小会导致加速效果并不明显，还不如通过外网直接下载的快捷，这时可以根据加速要求设定需要加入缓存的最小文件的大小。

六、结束语

随着梧州市初步建成“云教育”资源公共服务平台，各类资源建设正在加速，对各类公有云平台的多媒体资源的使用频率也在不断提升。各校除了要重视校园网络出口的建设与管理，还有必要根据实际情况在进行必要的技术升级，以提升其使用效率，为师生带来更好的体验，创造优越的基础设施环境，提升教育信息化整体水平。

参考文献：

[1]朱强.谈中小学校园网网络出口的建设与管理[J].中小学电教（下），2013（9）：3-4.

[2]刘小云.论PowerCache内容加速系统在高校中的应用[J].信息通信，2016（1）：177-178.

[3]闫龙，方洋. Cache打破网络速度与成本瓶颈[J].中国教育网络，2012（2）：102-105.

（编辑：王晓明）