疫情加速在线学习，校园网将如何改变？

　　3月13日，Internet2发表了其网络服务部副主席Robert 的文章《了解在线学习活动增多对网络的影响》（Understanding Network Impacts of Increased Online Learning Activities），介绍了随着校外在线学习的增多，对网络产生的影响。这篇文章对于未来校园网的建设与发展具有重要指导意义。

　　文/ Robert Vietzke

　　尽管COVID-19呈现出前所未有的不确定性，但教育科研网络（“R＆E网络”）将在支持我们的校园和K12学校网络化进程中发挥重要作用。基础设施的使用模式已经从传统的校园学习环境中发生了很大的变化，部分原因是大量的用户从专用校园网络向面向消费者的家庭网络转移。

　　当学生和教职员工在校园中时，他们将使用经过优化的校园网基础设施，该基础设施通过州和地区的教育科研网络以及Internet2与远程云计算资源融合在一起。这些网络配备了强大的研究数据容量，还为学习管理系统和基于视频的在线学习应用程序等活动提供了一定的余量。这些学习应用程序通常托管在实际上位于校园外云计算数据中心的服务器上。在校园中，学生的流量通过教育科研网络到达这些远程数据中心。我们可以预期，当校园实施COVID-19“在家工作”和“在家学习”时，网络流量模式将会改变。本文概述了几种用户位置的变化对在线资源获取方式可能产生潜在影响的场景。

　　值得注意的是，以下场景描述了典型的流量模式。在某些情况下，将会出现不同的流量模式，或者存在可能会影响特定校园模式的专业工程。

　　在线学习三大应用场景

　　场景1-目前如何从校园网络访问在线资源，以及学校在线教育参与者将如何继续工作

　　首先，让我们展示一下校园中的教职员工和学生通常如何访问基于云的学习资源。在这种典型情况下，校园中的学生使用校园网络，州或地区教育科研网络和Internet2到达云数据中心。这些网络的容量都根据校园师生的历史使用模式和教学计划的需求进行了优化，以保证具有足够的容量满足校园中教职员工和学生的使用需求。

　　我们可以预期，当学生搬到校园内的学生宿舍和其他空间进行在线学习时，利用校园、区域和全国范围内高质量的网络基础设施，他们应该拥有良好的用户体验。这些网络已经针对通常更大的用户群进行了调整，因此不需要为新用途进行任何修正。Internet2和区域教学科研网络正在积极监视这些用户的网络流量模式，为服务质量提供额外的保证。

校园用户在校园中如何访问学习资源的示例

　　场景2-学生和教师在家中学习/工作，学校使用基于云的资源进行在线教学

　　当学生们都在家中在线学习时，这些流量方式会发生变化。在大多数情况下，从学生到承载学校的学习管理系统和视频应用程序的云服务提供商的网络流量很可能将使用商业网络（即其家庭或公寓中的宽带），而不会经过教育科研网络。家庭用户通往云服务提供商的确切网络路径有些不透明，而且不是由学校的IT人员规划管理，后者通常会规划网络流量的路径和性能特征。商业网络通常是围绕消费者网络使用率的峰值（例如：星期五晚上的Netflix流媒体访问）而设计的，并不像教育科研网络是根据教学科研应用和教学科研计划而调整的。商业网络也不支持大型的研究数据访问，因此，当视频和在线学习突然增长时，商业网络可能就没有预留那么大的固有余量。

　　随着在线学习的大量新流量涌入，再加上白天家庭其他网络应用的增加，会导致商业网络内部及其与云服务提供商的互连可能出现拥塞，因此可能会以意想不到的方式影响在线学习的效果。所以，网络管理者需要考虑这种突发状况，及时发现问题并适当增加网络容量。

　　从好的方面来看，媒体上的公告表明一些商业网络正在提高带宽上限，并增加资源以应对预期的新流量。但是，在线路物理容量以及和云服务提供商的互连上可能需要投入更多的工作来支持新的应用程序，这些都需要花费更多时间和人力来运送零件，安装设备和配置新容量。

使用基于云的资源进行在线教学时，学生和教师如何在家学习/工作的示例

　　场景3-使用VPN从家里访问校园，以访问云中的在线资源或校园中的其他资源

　　对于场景2，一种可能的变化是教职工在计算机上使用虚拟专用网（VPN）客户端来建立通往校园网的安全访问路径。一些学校要求或建议其教职员工（以及少部分学生）使用VPN安全地访问校园中的资源（例如，管理员使用的ERP系统，包括病毒研究在内的研究数据集以及不在云端的学习资源）。

　　VPN配置可以被配置为将用户的所有流量（包括到校园系统的流量和访问Internet其他资源的流量）都路由到校园网的VPN服务器，或者可以配置为仅将方案校园网的流量发送到VPN服务器。后者仅将访问校园网的流量发送到VPN服务器，也被称为“拆分隧道”配置。

　　如果没有“拆分隧道”，到Zoom和Canvas等服务的流量将首先到达校园VPN服务器，然后它将使用校园网到达目的地（例如，Zoom的流量将首先到达校园网，然后传输到区域教学科研网，再传输到Internet2）。使用“拆分隧道”时，仅访问校园网内资源的流量将被传输到VPN服务器，到其他站点（例如Zoom和Canvas）的流量将通过用户的家庭商业网络传输。

　　校园外用户使用拆分隧道可以提高其对Zoom之类服务的访问性能，并减少校园网VPN服务器的负载，但是也可能会带来安全性的代价。某些学校可能要求将用户的所有流量定向到校园网VPN服务器，从而将流量路由到防火墙和入侵检测/防御系统等安全设备。

　　对VPN服务器校园外访问量上升可能需要提升VPN服务器的带宽及其支持的许可证数量。

使用VPN在家访问校园以获取对云中在线资源或校园中其他资源的访问的示例

　　其他规划注意事项

　　云扩展能力

　　本文主要关注连接学习者与学习平台之间的网络，此外还必须考虑服务器平台和软件应用程序上的容量规划和管理，以满足在线学习的额外要求。当前的趋势是，校园正在积极地从其视频协作平台上的数百名授权用户向未来成千上万的学生用户发展，这些平台无疑比现在需要更多的存储、计算资源和软件许可证。对于那些在云或虚拟化计算环境中托管其应用的学校，他们可以利用这些平台的弹性对计算和存储资源进行扩展，并迅速适应新需求。其他的学校则可能需要部署更多的硬件。

　　对云服务提供商处而言，平台规模的扩展不仅与一家学校业务的扩展有关，而且与其他学校同时进行的切换有关。因此，这可能不仅会是一个学校上万的新用户，而会是数以千万计的新用户试图访问基于云的应用程序，这是以前从未测试过的情况。这些容量限制最终肯定可以解决，但重要的是要认识到云服务提供商可能需要更多的工作量和时间来完成调整工作。

　　家庭网络类型和Wi-Fi路由器/设备

　　用户回家后，通常会连接到家庭路由器，该路由器将连接到有线电视公司，电话公司或光纤服务提供商。通常，他们有一个无线路由器，可让他们在家中移动访问网络。有些老路由器可能旧到已无法满足终端设备访问的需求，需要更换以支持多用户的在线学习。虽然这不在本文讨论范围之内，但这可能是一个需要关注的容量提升问题。

　　对社区锚点机构的教育科研支持

　　尽管本文讨论的是校园网，但类似的说法适用于同样利用教育科研网络的社区锚点机构（CAI），例如K12学校，社区学院，公共图书馆等。在家的学生和VPN方案都可能直接应用于这些CAI机构的场景。例如，一个学区向其学生发送带“瘦客户端” Chromebook（一种轻量级笔记本）以进行在线学习，实际上，在学生远程学习的流量从学区返回到在线学习云服务提供商之前，可能仍然依靠地区网络为远程学生提供Web过滤和其他处理。这与学生使用不依赖地区网络系统的家用电脑的流量场景明显不同。

　　Internet2简介：

　　Internet2成立于1996年，是由美国教育和科研团体组成的先进网络技术联盟，该组织的主要目的是开发先进的网络应用，并且研究和开发未来的网络创新技术。

　　审译：东南大学 杨望