Linux 内核流量控制 TC 详解

Linux 内核流量控制 TC 详解

摘要

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

简介

Tc用于Linux内核的流量控制。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。

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。

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。

CLASSLESS QDisc(不可分类QDisc)

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。

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。

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)。

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。

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。

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。

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

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

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

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。

历史

tc由Alexey N. Kuznetsov编写，从Linux 2.2版开始并入Linux内核。

SEE ALSO

tc-cbq(8)、tc-htb(8)、tc-sfq(8)、tc-red(8)、tc-tbf(8)、tc-pfifo(8)、tc-bfifo(8)、tc-pfifo_fast(8)、tc-filters(8)