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Linux下TC使用说明

www.someabcd.com  网友分享于:Jun 8, 2018 5:53:41 PM

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一、TC原理介绍


Linux操作系统中的流量控制器TC(Traffic Control)用于Linux内核的流量控制,主要是通过在输出端口处建立一个队列来实现流量控制。


Linux流量控制的基本原理如下图所示。


 


 


接收包从输入接口(Input Interface)进来后,经过流量限制(Ingress Policing)丢弃不符合规定的数据包,由输入多路分配器(Input De-Multiplexing)进行判断选择:如果接收包的目的是本主机,那么将该包送给上层处理;否则需要进行转发,将接收包交到转发块(Forwarding Block)处理。转发块同时也接收本主机上层(TCP、UDP等)产生的包。转发块通过查看路由表,决定所处理包的下一跳。然后,对包进行排列以便将它们传送到输出接口(Output Interface)。一般我们只能限制网卡发送的数据包,不能限制网卡接收的数据包,所以我们可以通过改变发送次序来控制传输速率。Linux流量控制主要是在输出接口排列时进行处理和实现的。


二、TC规则


1、流量控制方式


流量控制包括以下几种方式:


SHAPING(限制)      当流量被限制,它的传输速率就被控制在某个值以下。限制值可以大大小于有效带宽,这样可以平滑突发数据流量,使网络更为稳定。shaping(限制)只适用于向外的流量。


SCHEDULING(调度)      通过调度数据包的传输,可以在带宽范围内,按照优先级分配带宽。SCHEDULING(调度)也只适于向外的流量。


POLICING(策略)      SHAPING用于处理向外的流量,而POLICIING(策略)用于处理接收到的数据。


DROPPING(丢弃)      如果流量超过某个设定的带宽,就丢弃数据包,不管是向内还是向外。


2、流量控制处理对象


流量的处理由三种对象控制,它们是:qdisc(排队规则)、class(类别)和filter(过滤器)。


QDISC(排队规则)      QDisc(排队规则)是queueing discipline的简写,它是理解流量控制(traffic control)的基础。无论何时,内核如果需要通过某个网络接口发送数据包,它都需要按照为这个接口配置的qdisc(排队规则)把数据包加入队列。然后,内核会尽可能多地从qdisc里面取出数据包,把它们交给网络适配器驱动模块。最简单的QDisc是pfifo它不对进入的数据包做任何的处理,数据包采用先入先出的方式通过队列。不过,它会保存网络接口一时无法处理的数据包。


QDISC的类别如下:


(1)、CLASSLESS QDisc(不可分类QDisc)


1>无类别QDISC包括:


[p|b]fifo


使用最简单的qdisc,纯粹的先进先出。只有一个参数:limit,用来设置队列的长度,pfifo是以数据包的个数为单位;bfifo是以字节数为单位。


pfifo_fast


在编译内核时,如果打开了高级路由器(Advanced Router)编译选项,pfifo_fast就是系统的标准QDISC。它的队列包括三个波段(band)。在每个波段里面,使用先进先出规则。而三个波段(band)的优先级也不相同,band 0的优先级最高,band 2的最低。如果band里面有数据包,系统就不会处理band 1里面的数据包,band 1和band 2之间也是一样。数据包是按照服务类型(Type of Service,TOS)被分配多三个波段(band)里面的。


red


red是Random Early Detection(随机早期探测)的简写。如果使用这种QDISC,当带宽的占用接近于规定的带宽时,系统会随机地丢弃一些数据包。它非常适合高带宽应用。


sfq


sfq是Stochastic Fairness Queueing的简写。它按照会话(session--对应于每个TCP连接或者UDP流)为流量进行排序,然后循环发送每个会话的数据包。


tbf


tbf是Token Bucket Filter的简写,适合于把流速降低到某个值。


2>不可分类QDisc的配置


如果没有可分类QDisc,不可分类QDisc只能附属于设备的根。它们的用法如下:


    tc qdisc add dev DEV root QDISC QDISC-PARAMETERS


要删除一个不可分类QDisc,需要使用如下命令:


    tc qdisc del dev DEV root


一个网络接口上如果没有设置QDisc,pfifo_fast就作为缺省的QDisc。


(2)、CLASSFUL QDISC(分类QDisc)


可分类的QDisc包括:


CBQ


CBQ是Class Based Queueing(基于类别排队)的缩写。它实现了一个丰富的连接共享类别结构,既有限制(shaping)带宽的能力,也具有带宽优先级管理的能力。带宽限制是通过计算连接的空闲时间完成的。空闲时间的计算标准是数据包离队事件的频率和下层连接(数据链路层)的带宽。


HTB


HTB是Hierarchy Token Bucket的缩写。通过在实践基础上的改进,它实现了一个丰富的连接共享类别体系。使用HTB可以很容易地保证每个类别的带宽,虽然它也允许特定的类可以突破带宽上限,占用别的类的带宽。HTB可以通过TBF(Token Bucket Filter)实现带宽限制,也能够划分类别的优先级。


PRIO


PRIO QDisc不能限制带宽,因为属于不同类别的数据包是顺序离队的。使用PRIO QDisc可以很容易对流量进行优先级管理,只有属于高优先级类别的数据包全部发送完毕,才会发送属于低优先级类别的数据包。为了方便管理,需要使用iptables或者ipchains处理数据包的服务类型(Type Of Service,ToS)。


CLASS(类)       某些QDisc(排队规则)可以包含一些类别,不同的类别中可以包含更深入的QDisc(排队规则),通过这些细分的QDisc还可以为进入的队列的数据包排队。通过设置各种类别数据包的离队次序,QDisc可以为设置网络数据流量的优先级。


FILTER(过滤器)      Filter(过滤器)用于为数据包分类,决定它们按照何种QDisc进入队列。无论何时数据包进入一个划分子类的类别中,都需要进行分类。分类的方法可以有多种,使用fileter(过滤器)就是其中之一。使用filter(过滤器)分类时,内核会调用附属于这个类(class)的所有过滤器,直到返回一个判决。如果没有判决返回,就作进一步的处理,而处理方式和QDISC有关。需要注意的是,filter(过滤器)是在QDisc内部,它们不能作为主体。


3、操作原理


类(Class)组成一个树,每个类都只有一个父类,而一个类可以有多个子类。某些QDisc(例如:CBQ和HTB)允许在运行时动态添加类,而其它的QDisc(例如:PRIO)不允许动态建立类。允许动态添加类的QDisc可以有零个或者多个子类,由它们为数据包排队。此外,每个类都有一个叶子QDisc,默认情况下,这个叶子QDisc使用pfifo的方式排队,我们也可以使用其它类型的QDisc代替这个默认的QDisc。而且,这个叶子叶子QDisc有可以分类,不过每个子类只能有一个叶子QDisc。 当一个数据包进入一个分类QDisc,它会被归入某个子类。我们可以使用以下三种方式为数据包归类,不过不是所有的QDisc都能够使用这三种方式。


tc过滤器(tc filter)


如果过滤器附属于一个类,相关的指令就会对它们进行查询。过滤器能够匹配数据包头所有的域,也可以匹配由ipchains或者iptables做的标记。


服务类型(Type of Service)


某些QDisc有基于服务类型(Type of Service,ToS)的内置的规则为数据包分类。


skb->priority


用户空间的应用程序可以使用SO_PRIORITY选项在skb->priority域设置一个类的ID。


树的每个节点都可以有自己的过滤器,但是高层的过滤器也可以直接用于其子类。


如果数据包没有被成功归类,就会被排到这个类的叶子QDisc的队中。相关细节在各个QDisc的手册页中。


4、命名规则


所有的QDisc、类和过滤器都有ID。ID可以手工设置,也可以有内核自动分配。ID由一个主序列号和一个从序列号组成,两个数字用一个冒号分开。


QDISC


一个QDisc会被分配一个主序列号,叫做句柄(handle),然后把从序列号作为类的命名空间。句柄采用象10:一样的表达方式。习惯上,需要为有子类的QDisc显式地分配一个句柄。


类(CLASS)


在同一个QDisc里面的类分享这个QDisc的主序列号,但是每个类都有自己的从序列号,叫做类识别符(classid)。类识别符只与父QDisc有关,和父类无关。类的命名习惯和QDisc的相同。


过滤器(FILTER)


过滤器的ID有三部分,只有在对过滤器进行散列组织才会用到。详情请参考tc-filters手册页。


5、单位


tc命令的所有参数都可以使用浮点数,可能会涉及到以下计数单位。


1》带宽或者流速单位:


kbps                            千字节/秒


mbps                           兆字节/秒


kbit                             KBits/秒


mbit                            MBits/秒


bps或者一个无单位数字      字节数/秒


2》数据的数量单位:


kb或者k                      千字节


mb或者m                    兆字节


mbit                          兆bit


kbit                           千bit


b或者一个无单位数字       字节数


3》时间的计量单位:


s、sec或者secs                              秒


ms、msec或者msecs                       分钟


us、usec、usecs或者一个无单位数字    微秒


三、TC命令


tc可以使用以下命令对QDisc、类和过滤器进行操作:


add


在一个节点里加入一个QDisc、类或者过滤器。添加时,需要传递一个祖先作为参数,传递参数时既可以使用ID也可以直接传递设备的根。如果要建立一个QDisc或者过滤器,可以使用句柄(handle)来命名;如果要建立一个类,可以使用类识别符(classid)来命名。


remove


删除有某个句柄(handle)指定的QDisc,根QDisc(root)也可以删除。被删除QDisc上的所有子类以及附属于各个类的过滤器都会被自动删除。


change


以替代的方式修改某些条目。除了句柄(handle)和祖先不能修改以外,change命令的语法和add命令相同。换句话说,change命令不能一定节点的位置。


replace


对一个现有节点进行近于原子操作的删除/添加。如果节点不存在,这个命令就会建立节点。


link


只适用于DQisc,替代一个现有的节点。


例:


tc qdisc [ add | change | replace | link ] dev DEV [ parent qdisc-id | root ] [ handle qdisc-id ] qdisc [ qdisc specific parameters ]


tc class [ add | change | replace ] dev DEV parent qdisc-id [ classid class-id ] qdisc [ qdisc specific parameters ]


tc filter [ add | change | replace ] dev DEV [ parent qdisc-id | root ] protocol protocol prio priority filtertype [ filtertype specific parameters ] flowid flow-id


tc [-s | -d ] qdisc show [ dev DEV ]


tc [-s | -d ] class show dev DEV tc filter show dev DEV


四、具体操作


Linux流量控制主要分为建立队列、建立分类和建立过滤器三个方面。


1、基本实现步骤为:


(1) 针对网络物理设备(如以太网卡eth0)绑定一个队列QDisc;


(2) 在该队列上建立分类class;


(3) 为每一分类建立一个基于路由的过滤器filter;


(4) 最后与过滤器相配合,建立特定的路由表。


2、环境模拟实例:


流量控制器上的以太网卡(eth0) 的IP地址为192.168.1.66,在其上建立一个CBQ队列。假设包的平均大小为1000字节,包间隔发送单元的大小为8字节,可接收冲突的发送最长包数目为20字节。


假如有三种类型的流量需要控制:       1) 是发往主机1的,其IP地址为192.168.1.24。其流量带宽控制在8Mbit,优先级为2;       2) 是发往主机2的,其IP地址为192.168.1.30。其流量带宽控制在1Mbit,优先级为1;       3) 是发往子网1的,其子网号为192.168.1.0,子网掩码为255.255.255.0。流量带宽控制在1Mbit,优先级为6。


1. 建立队列


一般情况下,针对一个网卡只需建立一个队列。


将一个cbq队列绑定到网络物理设备eth0上,其编号为1:0;网络物理设备eth0的实际带宽为10 Mbit,包的平均大小为1000字节;包间隔发送单元的大小为8字节,最小传输包大小为64字节。


·tc qdisc add dev eth0 root handle 1: cbq bandwidth 10Mbit avpkt 1000 cell 8 mpu 64


2. 建立分类


分类建立在队列之上。


一般情况下,针对一个队列需建立一个根分类,然后再在其上建立子分类。对于分类,按其分类的编号顺序起作用,编号小的优先;一旦符合某个分类匹配规则,通过该分类发送数据包,则其后的分类不再起作用。


1) 创建根分类1:1;分配带宽为10Mbit,优先级别为8。


·tc class add dev eth0 parent 1:0 classid 1:1 cbq bandwidth 10Mbit rate 10Mbit maxburst 20 allot 1514 prio 8 avpkt 1000 cell 8 weight 1Mbit


该队列的最大可用带宽为10Mbit,实际分配的带宽为10Mbit,可接收冲突的发送最长包数目为20字节;最大传输单元加MAC头的大小为1514字节,优先级别为8,包的平均大小为1000字节,包间隔发送单元的大小为8字节,相应于实际带宽的加权速率为1Mbit。


2)创建分类1:2,其父分类为1:1,分配带宽为8Mbit,优先级别为2。


·tc class add dev eth0 parent 1:1 classid 1:2 cbq bandwidth 10Mbit rate 8Mbit maxburst 20 allot 1514 prio 2 avpkt 1000 cell 8 weight 800Kbit split 1:0 bounded


该队列的最大可用带宽为10Mbit,实际分配的带宽为 8Mbit,可接收冲突的发送最长包数目为20字节;最大传输单元加MAC头的大小为1514字节,优先级别为1,包的平均大小为1000字节,包间隔发送单元的大小为8字节,相应于实际带宽的加权速率为800Kbit,分类的分离点为1:0,且不可借用未使用带宽。


3)创建分类1:3,其父分类为1:1,分配带宽为1Mbit,优先级别为1。


·tc class add dev eth0 parent 1:1 classid 1:3 cbq bandwidth 10Mbit rate 1Mbit maxburst 20 allot 1514 prio 1 avpkt 1000 cell 8 weight 100Kbit split 1:0


该队列的最大可用带宽为10Mbit,实际分配的带宽为 1Mbit,可接收冲突的发送最长包数目为20字节;最大传输单元加MAC头的大小为1514字节,优先级别为2,包的平均大小为1000字节,包间隔发送单元的大小为8字节,相应于实际带宽的加权速率为100Kbit,分类的分离点为1:0。


4)创建分类1:4,其父分类为1:1,分配带宽为1Mbit,优先级别为6。


·tc class add dev eth0 parent 1:1 classid 1:4 cbq bandwidth 10Mbit rate 1Mbit maxburst 20 allot 1514 prio 6 avpkt 1000 cell 8 weight 100Kbit split 1:0


该队列的最大可用带宽为10Mbit,实际分配的带宽为1Mbit,可接收冲突的发送最长包数目为20字节;最大传输单元加MAC头的大小为1514字节,优先级别为6,包的平均大小为1000字节,包间隔发送单元的大小为8字节,相应于实际带宽的加权速率为100Kbit,分类的分离点为1:0。


3. 建立过滤器


过滤器主要服务于分类。


一般只需针对根分类提供一个过滤器,然后为每个子分类提供路由映射。


1) 应用路由分类器到cbq队列的根,父分类编号为1:0;过滤协议为ip,优先级别为100,过滤器为基于路由表。


·tc filter add dev eth0 parent 1:0 protocol ip prio 100 route


2) 建立路由映射分类1:2, 1:3, 1:4


·tc filter add dev eth0 parent 1:0 protocol ip prio 100 route to 2 flowid 1:2


·tc filter add dev eth0 parent 1:0 protocol ip prio 100 route to 3 flowid 1:3


·tc filter add dev eth0 parent 1:0 protocol ip prio 100 route to 4 flowid 1:4


4.建立路由


该路由是与前面所建立的路由映射一一对应。


1) 发往主机192.168.1.24的数据包通过分类2转发(分类2的速率8Mbit)


·ip route add 192.168.1.24 dev eth0 via 192.168.1.66 realm 2


2) 发往主机192.168.1.30的数据包通过分类3转发(分类3的速率1Mbit)


·ip route add 192.168.1.30 dev eth0 via 192.168.1.66 realm 3


3)发往子网192.168.1.0/24的数据包通过分类4转发(分类4的速率1Mbit)


·ip route add 192.168.1.0/24 dev eth0 via 192.168.1.66 realm 4


注:一般对于流量控制器所直接连接的网段建议使用IP主机地址流量控制限制,不要使用子网流量控制限制。如一定需要对直连子网使用子网流量控制限制,则在建立该子网的路由映射前,需将原先由系统建立的路由删除,才可完成相应步骤。


5. 监视


主要包括对现有队列、分类、过滤器和路由的状况进行监视。


1)显示队列的状况


简单显示指定设备(这里为eth0)的队列状况


·tc qdisc ls dev eth0


qdisc cbq 1: rate 10Mbit (bounded,isolated) prio no-transmit


详细显示指定设备(这里为eth0)的队列状况


·tc -s qdisc ls dev eth0


qdisc cbq 1: rate 10Mbit (bounded,isolated) prio no-transmit      Sent 7646731 bytes 13232 pkts (dropped 0, overlimits 0)      borrowed 0 overactions 0 avgidle 31 undertime 0


这里主要显示了通过该队列发送了13232个数据包,数据流量为7646731个字节,丢弃的包数目为0,超过速率限制的包数目为0。


2)显示分类的状况


简单显示指定设备(这里为eth0)的分类状况


·tc class ls dev eth0


class cbq 1: root rate 10Mbit (bounded,isolated) prio no-transmit       class cbq 1:1 parent 1: rate 10Mbit prio no-transmit #no-transmit表示优先级为8      class cbq 1:2 parent 1:1 rate 8Mbit prio 2      class cbq 1:3 parent 1:1 rate 1Mbit prio 1      class cbq 1:4 parent 1:1 rate 1Mbit prio 6


详细显示指定设备(这里为eth0)的分类状况


·tc -s class ls dev eth0


class cbq 1: root rate 10Mbit (bounded,isolated) prio no-transmit      Sent 17725304 bytes 32088 pkts (dropped 0, overlimits 0)      borrowed 0 overactions 0 avgidle 31 undertime 0      class cbq 1:1 parent 1: rate 10Mbit prio no-transmit      Sent 16627774 bytes 28884 pkts (dropped 0, overlimits 0)      borrowed 16163 overactions 0 avgidle 587 undertime 0      class cbq 1:2 parent 1:1 rate 8Mbit prio 2      Sent 628829 bytes 3130 pkts (dropped 0, overlimits 0)      borrowed 0 overactions 0 avgidle 4137 undertime 0      class cbq 1:3 parent 1:1 rate 1Mbit prio 1      Sent 0 bytes 0 pkts (dropped 0, overlimits 0)      borrowed 0 overactions 0 avgidle 159654 undertime 0      class cbq 1:4 parent 1:1 rate 1Mbit prio 6      Sent 5552879 bytes 8076 pkts (dropped 0, overlimits 0)      borrowed 3797 overactions 0 avgidle 159557 undertime 0


这里主要显示了通过不同分类发送的数据包,数据流量,丢弃的包数目,超过速率限制的包数目等等。其中根分类(class cbq 1:0)的状况应与队列的状况类似。


例如,分类class cbq 1:4发送了8076个数据包,数据流量为5552879个字节,丢弃的包数目为0,超过速率限制的包数目为0。


显示过滤器的状况


·tc -s filter ls dev eth0


filter parent 1: protocol ip pref 100 route      filter parent 1: protocol ip pref 100 route fh 0xffff0002 flowid 1:2 to 2      filter parent 1: protocol ip pref 100 route fh 0xffff0003 flowid 1:3 to 3      filter parent 1: protocol ip pref 100 route fh 0xffff0004 flowid 1:4 to 4


这里flowid 1:2代表分类class cbq 1:2,to 2代表通过路由2发送。


显示现有路由的状况


·ip route


192.168.1.66 dev eth0 scope link      192.168.1.24 via 192.168.1.66 dev eth0 realm 2      202.102.24.216 dev ppp0 proto kernel scope link src 202.102.76.5      192.168.1.30 via 192.168.1.66 dev eth0 realm 3      192.168.1.0/24 via 192.168.1.66 dev eth0 realm 4      192.168.1.0/24 dev eth0 proto kernel scope link src 192.168.1.66      172.16.1.0/24 via 192.168.1.66 dev eth0 scope link      127.0.0.0/8 dev lo scope link      default via 202.102.24.216 dev ppp0      default via 192.168.1.254 dev eth0


如上所示,结尾包含有realm的显示行是起作用的路由过滤器。


6. 维护


主要包括对队列、分类、过滤器和路由的增添、修改和删除。


增添动作一般依照"队列->分类->过滤器->路由"的顺序进行;修改动作则没有什么要求;删除则依照"路由->过滤器->分类->队列"的顺序进行。


1)队列的维护


一般对于一台流量控制器来说,出厂时针对每个以太网卡均已配置好一个队列了,通常情况下对队列无需进行增添、修改和删除动作了。


2)分类的维护


增添


增添动作通过tc class add命令实现,如前面所示。


修改


修改动作通过tc class change命令实现,如下所示:


·tc class change dev eth0 parent 1:1 classid 1:2 cbq bandwidth 10Mbit rate 7Mbit maxburst 20 allot 1514 prio 2 avpkt 1000 cell 8 weight 700Kbit split 1:0 bounded


对于bounded命令应慎用,一旦添加后就进行修改,只可通过删除后再添加来实现。


删除


删除动作只在该分类没有工作前才可进行,一旦通过该分类发送过数据,则无法删除它了。因此,需要通过shell文件方式来修改,通过重新启动来完成删除动作。


3)过滤器的维护


增添


增添动作通过tc filter add命令实现,如前面所示。


修改


修改动作通过tc filter change命令实现,如下所示:


·tc filter change dev eth0 parent 1:0 protocol ip prio 100 route to 10 flowid 1:8


删除


删除动作通过tc filter del命令实现,如下所示:


·tc filter del dev eth0 parent 1:0 protocol ip prio 100 route to 10


4)与过滤器一一映射路由的维护


增添


增添动作通过ip route add命令实现,如前面所示。


修改


修改动作通过ip route change命令实现,如下所示:


·ip route change 192.168.1.30 dev eth0 via 192.168.1.66 realm 8


删除


删除动作通过ip route del命令实现,如下所示:


·ip route del 192.168.1.30 dev eth0 via 192.168.1.66 realm 8


·ip route del 192.168.1.0/24 dev eth0 via 192.168.1.66 realm 4


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