tc流量管理简介

tc,即traffic control,顾名思义,tc是linux进行流量控制的工具.通过tc,你可以控制网络接口发送数据的速率.
每个网络接口(如:eth0,ppp0)都有一个队列,用于管理和调度待发的数据.tc的工作原理就是,通过设置不同类型
的网络接口队列,从而改变数据包发送的速率和优先级,达到流量控制的目的.

如果你想使用tc功能,请确认你的内核配置中带有 “IP: advanced router” 和”IP: policy routing” 两项,
并添加了相关的子选项.重新编译内核后,就可以使用tc命令对内核网络队列进行配置了.

tc是通过设置不同的队列类型和属性来控制网络接口的流量.
Linux内核中支持的队列有:
TBF(Token Bucket Flow令牌桶过滤器), pfifo_fast(Third Band First In First Out Queue先进先出队列),
SFQ(Stochastic Fairness Queueing随机公平队列), HTB(Hierarchy Token Bucket分层令牌桶)等.

每个队列有不同的用途和属性值:

这个队列有3个所谓的”频道”.FIFO规则应用于每一个频道.并且:如果在0频道有数据包等待发送,1频道的包就不会被处理,
1频道和2频道之间的关系也是如此.
pfifo_fast只起到调度的作用,对数据流量不进行控制.
pfifo_fast是系统默认的队列类型,你可以使用ip命令来查看当前的网络队列设置:

# ip link list

1: lo:  mtu 16436 qdisc noqueue
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
2: eth0:  mtu 1500 qdisc pfifo_fast qlen 1000
    link/ether 00:40:ca:66:3d:d2 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
3: sit0:  mtu 1480 qdisc noop
    link/sit 0.0.0.0 brd 0.0.0.0

令牌桶过滤器(TBF)是一个简单的队列规定:按照事先设定的速率来处理数据包通过,但允许短暂突发流量
朝过设定的速率.
TBF很精确,对于网络和处理器的影响都很小.TBF的实现在于一个缓冲器(桶),里面是一些叫做”令牌”的数据.
它以特定的速率处理网络数据包.桶最重要的参数就是它的大小,也就是它能够存储令牌数据的数量.
每个令牌从数据队列中收集一个数据包,然后从桶中被删除.这个算法关联到两个流上——令牌流和数据流,
于是我们得到3种情景:
数据流以等于令牌流的速率到达TBF.这种情况下,每个到来的数据包都能对应一个令牌,然后无延迟地通过队列.
数据流以小于令牌流的速度到达TBF.通过队列的数据包只消耗了一部分令牌,剩下的令牌会在桶里积累下来,直到桶被装满.
剩下的令牌可以在需要以高于令牌流速率发送数据流的时候消耗掉,这种情况下会发生突发传输.
数据流以大于令牌流的速率到达TBF.这意味着桶里的令牌很快就会被耗尽.导致TBF中断一段时间,称为”越限”.
如果数据包持续到来,将发生丢包.
最后一种情景非常重要,因为它可以用来对数据通过过滤器的速率进行整形.
令牌的积累可以导致越限的数据进行短时间的突发传输而不必丢包,但是持续越限的话会导致传输延迟直至丢包.

limit/latency
limit确定最多有多少数据(字节数)在队列中等待可用令牌.你也可以通过设置latency参数来指定这个参数,
latency参数确定了一个包在TBF中等待传输的最长等待时间.后者计算决定桶的大小,速率和峰值速率.
这两个参数是相互独立的.

burst/buffer/maxburst
桶的大小,以字节计.这个参数指定了最多可以有多少个令牌能够即刻被使用.通常,管理的带宽越大,需要的缓冲器就越大.
在Intel体系上,10Mbit/s的速率需要至少10k字节的缓冲区才能达到期望的速率.
如果你的缓冲区太小,就会导致到达的令牌没有地方放(桶满了),这会导致潜在的丢包.

mpu
一个零长度的包并不是不耗费带宽.比如以太网,数据帧不会小于64字节.Mpu(Minimum Packet Unit,最小分组单位)
决定了令牌的最低消耗.默认值是0.

rate
速度操纵杆.参见上面的limits!
如果希望设置峰值速率,使用下面的参数:

peakrate
令牌桶的最大的速率.

mtu/minburst
设置了peakrate后,为了提高精确度,也要设置接口的MTU值.如果需要设置peakrate,而又允许突发的大数据传输
这个值可以设置的大一些.minburst设置为3000字节,则可提供3Mbit/s的peakrate.
令牌桶过滤器适用于需要精确设置速率的网络,它并不对数据包进行调度,只进行流量控制.

SFQ(Stochastic Fairness Queueing,随机公平队列)是公平队列算法家族中的一个简单实现.它的没有其它的方法那么精确,
它在实现高度公平的同时,需要的计算量却很少.SFQ的关键词是”会话”(或称作”流”) ,主要针对一个TCP会话或者UDP
流.流量被分成相当多数量的FIFO队列中,每个队列对应一个会话.数据按照简单轮转的方式发送, 每个会话都按顺序得到发送
机会.
这种方式非常公平,保证了每一个会话都不会没其它会话所淹没.SFQ之所以被称为”随机”,是因为它并不是真的为每一个会话
创建一个队列,而是使用一个散列算法,把所有的会话映射到有限的几个队列中去.
因为使用了散列,所以可能多个会话分配在同一个队列里,从而需要共享发包的机会,也就是共享带宽.为了不让这种效应太明显,
SFQ会频繁地改变散列算法,以便把这种效应控制在几秒钟之内.
只有当你的出口网卡确实已经挤满了的时候,SFQ才会起作用!否则在你的Linux机器中根本就不会有队列,SFQ也就不会起作用.
SFQ不会重新调整流量的速率,只是进行数据包的调度.


perturb
多少秒后重新配置一次散列算法.如果取消设置,散列算法将永远不会重新配置(不建议这样做).10秒应该是一个合适的值.
quantum
一个流至少要传输多少字节后才切换到下一个队列.却省设置为一个最大包的长度(MTU的大小).不要设置这个数值低于MTU!

(1).在eth0上设置一个tbf(令牌桶过滤器)队列, 网络带宽220kbit,延迟50ms,缓冲区为1540个字节.

# tc qdisc add dev eth0 root tbf rate 200kbit latency 50ms burst 1540

查看eth0接口上的队列设置

# ip link list
1: lo:  mtu 16436 qdisc noqueue
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
2: eth0:  mtu 1500 qdisc tbf qlen 1000
    link/ether 00:40:ca:66:3d:d2 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
3: sit0:  mtu 1480 qdisc noop
    link/sit 0.0.0.0 brd 0.0.0.0

# tc qdisc ls dev eth0 # 查看eth0上的队列规则
qdisc tbf 8001: rate 200Kbit burst 1539b lat 48.8ms

此时,另一台机器从这台服务器上下载文件的速率则只有20K左右.
删除此队列规则

# tc qdisc del dev eth0 root tbf rate 220kbit latency 50ms burst 1540

(2).在eth0上设置一个sfq(随机公平队列).每10秒钟重新设置一次算法.

# tc qdisc add dev eth0 root sfq perturb 10

查看eth0接口上的队列设置

# ip link list
1: lo:  mtu 16436 qdisc noqueue
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
2: eth0:  mtu 1500 qdisc sfq qlen 1000
    link/ether 00:40:ca:66:3d:d2 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
3: sit0:  mtu 1480 qdisc noop
    link/sit 0.0.0.0 brd 0.0.0.0

# tc qdisc ls dev eth0
qdisc sfq 8002: limit 128p quantum 1514b perturb 10sec

此时,另一台机器从这台服务器上下载文件的速率没有变化.因为sfq只进行调度,而不进行流量控制.