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[摘 要] 《军事职业教育改革实施方案》明确军事职业教育要积极运用“网络+教育”的理念方法，建立“需求牵引、平台统一、资源共享、立足岗位、自主学习”的军事职业教育运行模式，统建共用服务平台，共建共享教育资源。“网络教学+MOOC”是开展全员全时全域军事职业教育的重要途径，为确保MOOC在线学习质量，依托CDN（Content Delivery Network，内容分发网络）实现在线学习资源加速访问是保证学习质量的必要手段。阐述CDN在军事职业教育中的重要作用，分析CDN于军网部署应用的关键问题，提出相关解决方案。
[关 键 词] CDN;军事职业教育;资源
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）28-0206-03
一、引言
党的十八届三中全会明确提出，健全军队院校教育、部队训练实践、军事职业教育三位一体新型军事人才培养体系。2017年8月，中央军委印发《军事职业教育改革实施方案》，启动实施全军军事职业教育综合试点工作，平台建设、在线课程资源建设、配套保障条件建设、规章制度制定、激励机制探索、骨干队伍建设有序展开。其中，依托全军统建军事职业教育军网、互联网平台以及以MOOC为主的课程资源，全体官兵可自主开展学习。为大力提升官兵规模化在线视频学习体验，2019年4月，中央军委办公厅印发《关于加快推进军事职业教育的若干意见》，明确要加快部署内容分发网络，完善支撑条件。因此，开展军事职业教育CDN探索应用对支撑军事职业教育平台应用、促进军事职业教育创新发展具有重要意义。
本文阐述CDN在军事职业教育中的重要作用，对CDN在军网中部署应用的关键问题进行分析，提出相关的改进方法。
二、CDN对军事职业教育的重要作用
发展军事职业教育是党中央、中央军委和习主席的重大决策部署，对实施人才强军战略、推进军事人员现代化具有重大意义。我军军事职业教育特指面向全军官兵包括文职人员的有组织的、自主在岗的现代继续教育。“现代”一词突出军事职业教育具有鲜明的时代特征，表明当前开展的军事职业教育是以网络在线学习为主要方式，同时不排斥书本阅读、离线教学等其他学习方式。网络在线学习可满足大规模用户同时在线学习的需求，同时在云计算、大数据等技术支撑下，可根据个人岗位任职需求等，自主便捷开展个性化学习。
《军事职业教育改革实施方案》要求：构建全员全时全域的泛在学习环境，基本建成覆盖全军职业岗位的教育资源体系，基本形成有组织的自主学习、终身学习良好局面。这说明我军的军事职业教育具有地域覆盖面广、参与人数多、全天候的特点。同时还要求积极运用“网络+教育”的理念方法，建立“需求牵引、平台统一、资源共享、立足岗位、自主学习”的军事职业教育运行模式，统建共用服务平台，共建共享教育资源。当前，依托网络教学，结合当前先进成熟的MOOC教学方式，构建统一的军事职业教育学习平台，已成为实现全员全时全域军事职业教育的一个重要途径。
军事职业教育学习平台主要以MOOC视频形式为全体官兵提供服务，当学习用户规模大量增加时，大量访问请求涌入源站，必然造成平台响应缓慢。同时，大量相同内容的视频资源在网络中传输，也将为网络带来巨大的压力，造成网络拥塞，从而造成用户访问请求响应慢，甚至出现网页打不开的情况，大大降低用户的学习体验。为了解决上述问题，业界一般采用CDN（Content Delivery Network，内容分发网络）技术改善视频访问体验，保障官兵在线学习的顺利开展。CDN已成为当前互联网或广域分布的内网上，应对规模化网站访问问题的主流成熟解决方案。因此，CDN对优化军事职业教育学习平台具有重要作用。
三、CDN于军网部署应用的关键问题
（一）CDN
CDN是通过在靠近用户侧部署一个内容存储节点（也称“边缘节点”），通过部署软件系统，将官兵待访问的视频资源预先推送至边缘节点，使官兵可以就近取得所需的视频内容，提高访问网站的响应速度。该过程类比生活中，就如同人们一般就近选择电影院观看电影，而不是去电影制片厂观看。基于该技术，不仅解决了源站（即军事职业教育学习平台）和网络压力大的问题，而且提高了用户访问网站的响应速度，从而大大改善了用户的学习体验。
从功能上看，典型的CDN系统由分发服务系统、负载均衡系统和运营管理系统组成。
1.分发服务系统
最基本的工作单元就是cache设备，cache（边缘cache）负责直接响应最终用户的访问请求，把缓存在本地的内容快速地提供给用户。同时cache还负责与源站点进行内容同步，把更新的内容以及本地没有的内容從源站获取并保存在本地。cache设备的数量、规模、总服务能力是衡量一个CDN系统服务能力的最基本指标。
2.负载均衡系统
主要功能是负责对所有发起服务请求的用户访问进行调度，确定给用户提供服务的最终实际访问地址。两级调度体系分为GSLB（Global Server Load Balance，全局负载均衡）和SLB（Server Load Balance，本地负载均衡）。GSLB主要根据用户就近性原则，通过对每个服务节点进行“最优”判断，确定向用户提供服务的cache的物理位置。SLB主要负责节点内部的设备负载均衡。 3.运维管理系统
分为运营管理和网络管理子系统，负责处理业务层面与外界系统交互所必需的收集、整理、交付工作，包含客户管理、产品管理、计费管理、统计分析等功能。
源站未使用CDN的访问过程为：（1）用户向浏览器提供要访问的域名;（2）浏览器调用域名解析函数库对域名进行解析（DNS解析），以得到此域名对应的IP，即源站IP;（3）浏览器使用所得到的IP，向源站服务器发出数据访问请求;（4）浏览器根据源站服务器返回的数据显示网页的内容。在源站使用CDN以后，用户访问源站获取数据的过程（如图1所示）变为：（1）用户向浏览器提供要访问的域名;（2）浏览器调用域名解析库对域名进行解析（DNS解析）。由于CDN对域名解析过程进行调整，所以解析函数库一般得到的是该域名对应的CNAME记录，为了得到实际IP，浏览器需要再次对获得的CNAME域名进行解析。（3）在此过程中，CDN全局负载均衡服务器对CNAME进行解析，根据本地DNS服务器的IP解析对应的地理位置，返回与其在相同区域的缓存服务器IP，使用户能就近获取内容;（4）此次解析得到的CDN缓存服务器的IP，被本地DNS返回给用户浏览器，浏览器向缓存服务器发出访问请求;（5）缓存服务器根据浏览器提供的要访问的资源名称，判定自己是否有对应资源，如果有则返回给用户，否则向上级缓存服务器获取相应的资源;（6）缓存服务器获取得到内容以后，一方面，在本地进行保存，以备以后使用，另一方面，把获取的数据返回给客户浏览器，完成数据服务过程;（7）客户浏览器得到由缓存服务器返回的数据以后显示出来并完成整个数据请求过程。
（二）CDN于军网部署应用的关键问题
军网与互联网物理隔离，两者在技术体制上均遵循TCP/IP协议，但在网络带宽、通信质量、IP地址库共享、域名解析服务等方面与互联网有所差距。这些特点可能为传统CDN在军网直接部署应用带来一定挑战，笔者评估的有关关键问题如下。
1.网络质量可能影响视频内容分发性能
一方面，网络通信质量可能影响内容分发。CDN的内容分发机制主要是实现源站和缓存节点上内容的一致性。当前MOOC视频技术上一般可达到高清画质，需占用带宽及对网络通信质量要求甚高。如网络带宽及通信质量不足将导致网络传输时间长，甚至网络拥塞。当缓存节点上没有用户需要的视频内容时，会向上级缓存节点或者源站获取该视频内容，此时，可能会造成获取内容资源时间过长或失败。另一方面，网络质量可能影响传输协议性能。TCP协议采用重传机制，虽然保证了端到端数据传输的可靠性，但数据传输实时性可能受到影响，进而难以支撑MOOC视频数据传输，在学习者一侧可能出现视频卡顿现象。
2.域名服务可能影响节点资源调度
节点资源调度主要是将学习者访问请求重定向到离其最近的缓存服务器上去获取数据。业界最常用的资源调度算法是GSLB。在源站使用CDN以后，其主要是根据内容资源链接中的域名，运用域名解析来将用户请求引入CDN的全局负载均衡，然后根据用户本地域名解析服务器的IP位置信息来获取用户所在地点，从而提供一台离用户最近的缓存服务器为他们提供服务。从中我们发现两个关键条件：（1）用户访问的资源要有域名;（2）IP地址要有解析出其对应的位置信息。军网IP地址库共享与域名服务不足可能影响域名调度方式的实施。
3.CDN节点管理难度较大
为全面改善全军官兵的学习效果，需在全军部署大量的边缘节点，以促使CDN服务覆盖全军。节点部署规模较大将为CDN整体系统的管理带来巨大挑战，主要体现在，一方面，这些缓存节点将产生大量的日志数据，实时处理分析难度大;另一方面，节点快速故障定位和修复难度也较大。
4.CDN于军网部署应用的解决方案
针对以上问题，我们对分发服务系统、负载均衡系统和运维管理系统优化进行了研究，提出以下解决方案。
（1）智能资源分发机制
针对网络质量可能影响视频内容分发性能的问题，我们提出了一种资源预热机制。其主要关键技术为：（1）改进TCP传输协议，该协议具有三个特点：①丢包算法，该算法能够对丢包行为进行精确的预测和判断，降低数据重传概率，保证最优的带宽利用率。②链路监测，该方法精确侦测连接链路的性能及可用带宽，动态调整数据发送量，防止网络拥塞。③智能引导，该方法能够监控连接的对端行为，根据其发送模式智能引导对端合理传输数据。（2）启用资源预缓存。该方法可根据官兵观看视频的历史喜好，推断出他们感兴趣的视频，将视频定向推动到不同专业的官兵本地缓存节点上，为了保证预缓存的效果以及减少军网压力，预缓存一般建议在部队非工作时间进行，比如早晨、午休和深夜。
（2）融合调度方法
针对域名服务可能影响节点资源调度的问题，我们提出基于DNS解析与302重定向的融合资源调度方法（如图2所示）。该方法采用了302重定向技术，可基于用户访问IP来智能选择服务节点。为保证302重定向方法正常工作，同步需为CDN系统建立用户IP地址库，从而可以根据用户请求的IP来判断用户所属单位，进而把用户重定向到单位内的缓存服务器来获取所需要的资源，提升官兵的访问体验。
（3）自动化运维
运维管理是信息技术服务的底层基础，其作用就是需要保障数据的连续性、业务数据保存正常、业务的连续性。运维管理不仅仅是一种工具，更是一种服务，因此，CDN运维管理的最终目标也是为用户提供高質量的服务。如通过人工方式对将来广泛分布于全军的CDN节点进行运维，将会大大提升保障CDN服务质量的难度和运维的成本。为此，针对CDN节点管理难度较大的问题，我们提出构建自动化运维的解决方案（如图3所示），实现系统配置一键下发、状态自动上报、故障自动告警、问题自动追踪，协助运维人员快速处理各种问题。
笔者结合工作实际，对以上方案于军网进行了测试验证，通过测试对比，在平台使用某高峰时段，部署CDN前，军事职业教育平台视频播放过程中出现多次缓冲，视频播放出现卡顿，部署CDN后，视频播放过程中几乎不存在缓冲，视频播放流畅（如图4所示）。
◎编辑 武生智
[关 键 词] CDN;军事职业教育;资源
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）28-0206-03
一、引言
党的十八届三中全会明确提出，健全军队院校教育、部队训练实践、军事职业教育三位一体新型军事人才培养体系。2017年8月，中央军委印发《军事职业教育改革实施方案》，启动实施全军军事职业教育综合试点工作，平台建设、在线课程资源建设、配套保障条件建设、规章制度制定、激励机制探索、骨干队伍建设有序展开。其中，依托全军统建军事职业教育军网、互联网平台以及以MOOC为主的课程资源，全体官兵可自主开展学习。为大力提升官兵规模化在线视频学习体验，2019年4月，中央军委办公厅印发《关于加快推进军事职业教育的若干意见》，明确要加快部署内容分发网络，完善支撑条件。因此，开展军事职业教育CDN探索应用对支撑军事职业教育平台应用、促进军事职业教育创新发展具有重要意义。
本文阐述CDN在军事职业教育中的重要作用，对CDN在军网中部署应用的关键问题进行分析，提出相关的改进方法。
二、CDN对军事职业教育的重要作用
发展军事职业教育是党中央、中央军委和习主席的重大决策部署，对实施人才强军战略、推进军事人员现代化具有重大意义。我军军事职业教育特指面向全军官兵包括文职人员的有组织的、自主在岗的现代继续教育。“现代”一词突出军事职业教育具有鲜明的时代特征，表明当前开展的军事职业教育是以网络在线学习为主要方式，同时不排斥书本阅读、离线教学等其他学习方式。网络在线学习可满足大规模用户同时在线学习的需求，同时在云计算、大数据等技术支撑下，可根据个人岗位任职需求等，自主便捷开展个性化学习。
《军事职业教育改革实施方案》要求：构建全员全时全域的泛在学习环境，基本建成覆盖全军职业岗位的教育资源体系，基本形成有组织的自主学习、终身学习良好局面。这说明我军的军事职业教育具有地域覆盖面广、参与人数多、全天候的特点。同时还要求积极运用“网络+教育”的理念方法，建立“需求牵引、平台统一、资源共享、立足岗位、自主学习”的军事职业教育运行模式，统建共用服务平台，共建共享教育资源。当前，依托网络教学，结合当前先进成熟的MOOC教学方式，构建统一的军事职业教育学习平台，已成为实现全员全时全域军事职业教育的一个重要途径。
军事职业教育学习平台主要以MOOC视频形式为全体官兵提供服务，当学习用户规模大量增加时，大量访问请求涌入源站，必然造成平台响应缓慢。同时，大量相同内容的视频资源在网络中传输，也将为网络带来巨大的压力，造成网络拥塞，从而造成用户访问请求响应慢，甚至出现网页打不开的情况，大大降低用户的学习体验。为了解决上述问题，业界一般采用CDN（Content Delivery Network，内容分发网络）技术改善视频访问体验，保障官兵在线学习的顺利开展。CDN已成为当前互联网或广域分布的内网上，应对规模化网站访问问题的主流成熟解决方案。因此，CDN对优化军事职业教育学习平台具有重要作用。
三、CDN于军网部署应用的关键问题
（一）CDN
CDN是通过在靠近用户侧部署一个内容存储节点（也称“边缘节点”），通过部署软件系统，将官兵待访问的视频资源预先推送至边缘节点，使官兵可以就近取得所需的视频内容，提高访问网站的响应速度。该过程类比生活中，就如同人们一般就近选择电影院观看电影，而不是去电影制片厂观看。基于该技术，不仅解决了源站（即军事职业教育学习平台）和网络压力大的问题，而且提高了用户访问网站的响应速度，从而大大改善了用户的学习体验。
从功能上看，典型的CDN系统由分发服务系统、负载均衡系统和运营管理系统组成。
1.分发服务系统
最基本的工作单元就是cache设备，cache（边缘cache）负责直接响应最终用户的访问请求，把缓存在本地的内容快速地提供给用户。同时cache还负责与源站点进行内容同步，把更新的内容以及本地没有的内容從源站获取并保存在本地。cache设备的数量、规模、总服务能力是衡量一个CDN系统服务能力的最基本指标。
2.负载均衡系统
主要功能是负责对所有发起服务请求的用户访问进行调度，确定给用户提供服务的最终实际访问地址。两级调度体系分为GSLB（Global Server Load Balance，全局负载均衡）和SLB（Server Load Balance，本地负载均衡）。GSLB主要根据用户就近性原则，通过对每个服务节点进行“最优”判断，确定向用户提供服务的cache的物理位置。SLB主要负责节点内部的设备负载均衡。 3.运维管理系统
分为运营管理和网络管理子系统，负责处理业务层面与外界系统交互所必需的收集、整理、交付工作，包含客户管理、产品管理、计费管理、统计分析等功能。
源站未使用CDN的访问过程为：（1）用户向浏览器提供要访问的域名;（2）浏览器调用域名解析函数库对域名进行解析（DNS解析），以得到此域名对应的IP，即源站IP;（3）浏览器使用所得到的IP，向源站服务器发出数据访问请求;（4）浏览器根据源站服务器返回的数据显示网页的内容。在源站使用CDN以后，用户访问源站获取数据的过程（如图1所示）变为：（1）用户向浏览器提供要访问的域名;（2）浏览器调用域名解析库对域名进行解析（DNS解析）。由于CDN对域名解析过程进行调整，所以解析函数库一般得到的是该域名对应的CNAME记录，为了得到实际IP，浏览器需要再次对获得的CNAME域名进行解析。（3）在此过程中，CDN全局负载均衡服务器对CNAME进行解析，根据本地DNS服务器的IP解析对应的地理位置，返回与其在相同区域的缓存服务器IP，使用户能就近获取内容;（4）此次解析得到的CDN缓存服务器的IP，被本地DNS返回给用户浏览器，浏览器向缓存服务器发出访问请求;（5）缓存服务器根据浏览器提供的要访问的资源名称，判定自己是否有对应资源，如果有则返回给用户，否则向上级缓存服务器获取相应的资源;（6）缓存服务器获取得到内容以后，一方面，在本地进行保存，以备以后使用，另一方面，把获取的数据返回给客户浏览器，完成数据服务过程;（7）客户浏览器得到由缓存服务器返回的数据以后显示出来并完成整个数据请求过程。
（二）CDN于军网部署应用的关键问题
军网与互联网物理隔离，两者在技术体制上均遵循TCP/IP协议，但在网络带宽、通信质量、IP地址库共享、域名解析服务等方面与互联网有所差距。这些特点可能为传统CDN在军网直接部署应用带来一定挑战，笔者评估的有关关键问题如下。
1.网络质量可能影响视频内容分发性能
一方面，网络通信质量可能影响内容分发。CDN的内容分发机制主要是实现源站和缓存节点上内容的一致性。当前MOOC视频技术上一般可达到高清画质，需占用带宽及对网络通信质量要求甚高。如网络带宽及通信质量不足将导致网络传输时间长，甚至网络拥塞。当缓存节点上没有用户需要的视频内容时，会向上级缓存节点或者源站获取该视频内容，此时，可能会造成获取内容资源时间过长或失败。另一方面，网络质量可能影响传输协议性能。TCP协议采用重传机制，虽然保证了端到端数据传输的可靠性，但数据传输实时性可能受到影响，进而难以支撑MOOC视频数据传输，在学习者一侧可能出现视频卡顿现象。
2.域名服务可能影响节点资源调度
节点资源调度主要是将学习者访问请求重定向到离其最近的缓存服务器上去获取数据。业界最常用的资源调度算法是GSLB。在源站使用CDN以后，其主要是根据内容资源链接中的域名，运用域名解析来将用户请求引入CDN的全局负载均衡，然后根据用户本地域名解析服务器的IP位置信息来获取用户所在地点，从而提供一台离用户最近的缓存服务器为他们提供服务。从中我们发现两个关键条件：（1）用户访问的资源要有域名;（2）IP地址要有解析出其对应的位置信息。军网IP地址库共享与域名服务不足可能影响域名调度方式的实施。
3.CDN节点管理难度较大
为全面改善全军官兵的学习效果，需在全军部署大量的边缘节点，以促使CDN服务覆盖全军。节点部署规模较大将为CDN整体系统的管理带来巨大挑战，主要体现在，一方面，这些缓存节点将产生大量的日志数据，实时处理分析难度大;另一方面，节点快速故障定位和修复难度也较大。
4.CDN于军网部署应用的解决方案
针对以上问题，我们对分发服务系统、负载均衡系统和运维管理系统优化进行了研究，提出以下解决方案。
（1）智能资源分发机制
针对网络质量可能影响视频内容分发性能的问题，我们提出了一种资源预热机制。其主要关键技术为：（1）改进TCP传输协议，该协议具有三个特点：①丢包算法，该算法能够对丢包行为进行精确的预测和判断，降低数据重传概率，保证最优的带宽利用率。②链路监测，该方法精确侦测连接链路的性能及可用带宽，动态调整数据发送量，防止网络拥塞。③智能引导，该方法能够监控连接的对端行为，根据其发送模式智能引导对端合理传输数据。（2）启用资源预缓存。该方法可根据官兵观看视频的历史喜好，推断出他们感兴趣的视频，将视频定向推动到不同专业的官兵本地缓存节点上，为了保证预缓存的效果以及减少军网压力，预缓存一般建议在部队非工作时间进行，比如早晨、午休和深夜。
（2）融合调度方法
针对域名服务可能影响节点资源调度的问题，我们提出基于DNS解析与302重定向的融合资源调度方法（如图2所示）。该方法采用了302重定向技术，可基于用户访问IP来智能选择服务节点。为保证302重定向方法正常工作，同步需为CDN系统建立用户IP地址库，从而可以根据用户请求的IP来判断用户所属单位，进而把用户重定向到单位内的缓存服务器来获取所需要的资源，提升官兵的访问体验。
（3）自动化运维
运维管理是信息技术服务的底层基础，其作用就是需要保障数据的连续性、业务数据保存正常、业务的连续性。运维管理不仅仅是一种工具，更是一种服务，因此，CDN运维管理的最终目标也是为用户提供高質量的服务。如通过人工方式对将来广泛分布于全军的CDN节点进行运维，将会大大提升保障CDN服务质量的难度和运维的成本。为此，针对CDN节点管理难度较大的问题，我们提出构建自动化运维的解决方案（如图3所示），实现系统配置一键下发、状态自动上报、故障自动告警、问题自动追踪，协助运维人员快速处理各种问题。
笔者结合工作实际，对以上方案于军网进行了测试验证，通过测试对比，在平台使用某高峰时段，部署CDN前，军事职业教育平台视频播放过程中出现多次缓冲，视频播放出现卡顿，部署CDN后，视频播放过程中几乎不存在缓冲，视频播放流畅（如图4所示）。
◎编辑 武生智