在Linux中實現流量控制

    Linux從kernel 2.1.105開始支持QOS，不過，需要重新編譯內核。運行 make config時將 EXPERIMENTAL　_OPTIONS 設置成 y，并且將 Class Based Queueing (CBQ), Token Bucket Flow, Traffic Shapers 設置為 y ，運行 make dep; make clean; make bzilo，生成新的內核。
　　在Linux操作系統中流量控制器(TC)主要是在輸出端口處建立一個隊列進行流量控制，控制的方式是基于路由，亦即基于目的IP地址或目的子網的網絡號的流量控制。流量控制器TC，其基本的功能模塊為隊列、分類和過濾器。Linux內核中支持的隊列有，Class Based Queue ，Token Bucket Flow ，CSZ ，First In First Out ，Priority ，TEQL ，SFQ ，ATM ，RED。這里我們討論的隊列與分類都是基于CBQ(Class Based Queue)的，而過濾器是基于路由(Route)的。
　　配置和使用流量控制器TC，主要分以下幾個方面：分別為建立隊列、建立分類、建立過濾器和建立路由，另外還需要對現有的隊列、分類、過濾器和路由進行監視。

　　其基本使用步驟為：
　　1) 針對網絡物理設備(如以太網卡eth0)綁定一個CBQ隊列；
　　2) 在該隊列上建立分類；
　　3) 為每一分類建立一個基于路由的過濾器；
　　4) 最后與過濾器相配合，建立特定的路由表。

先假設一個簡單的環境

　　流量控制器上的以太網卡(eth0) 的IP地址為192.168.1.66，在其上建立一個CBQ隊列。假設包的平均大小為1000字節，包間隔發送單元的大小為8字節，可接收沖突的發送最長包數目為20字節。
　　假如有三種類型的流量需要控制:
　　1) 是發往主機1的，其IP地址為192.168.1.24。其流量帶寬控制在8Mbit，優先級為2；
　　2) 是發往主機2的，其IP地址為192.168.1.26。其流量帶寬控制在1Mbit，優先級為1；
　　3) 是發往子網1的，其子網號為192.168.1.0，子網掩碼為255.255.255.0。流量帶寬控制在1Mbit，優先級為6。

1. 建立隊列
　　一般情況下，針對一個網卡只需建立一個隊列。

　　將一個cbq隊列綁定到網絡物理設備eth0上，其編號為1:0；網絡物理設備eth0的實際帶寬為10 Mbit，包的平均大小為1000字節；包間隔發送單元的大小為8字節，最小傳輸包大小為64字節。
　　·tc qdisc add dev eth0 root handle 1: cbq bandwidth 10Mbit avpkt 1000 cell 8 mpu 64

2. 建立分類
　　分類建立在隊列之上。一般情況下，針對一個隊列需建立一個根分類，然后再在其上建立子分類。對于分類，按其分類的編號順序起作用，編號小的優先；一旦符合某個分類匹配規則，通過該分類發送數據包，則其后的分類不再起作用。

1） 創建根分類1:1；分配帶寬為10Mbit，優先級別為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

　　該隊列的最大可用帶寬為10Mbit，實際分配的帶寬為10Mbit，可接收沖突的發送最長包數目為20字節；最大傳輸單元加MAC頭的大小為1514字節，優先級別為8，包的平均大小為1000字節，包間隔發送單元的大小為8字節，相應于實際帶寬的加權速率為1Mbit。

2）創建分類1:2，其父分類為1:1，分配帶寬為8Mbit，優先級別為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

　　該隊列的最大可用帶寬為10Mbit，實際分配的帶寬為 8Mbit，可接收沖突的發送最長包數目為20字節；最大傳輸單元加MAC頭的大小為1514字節，優先級別為1，包的平均大小為1000字節，包間隔發送單元的大小為8字節，相應于實際帶寬的加權速率為800Kbit，分類的分離點為1:0，且不可借用未使用帶寬。

3）創建分類1:3，其父分類為1:1，分配帶寬為1Mbit，優先級別為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

　　該隊列的最大可用帶寬為10Mbit，實際分配的帶寬為 1Mbit，可接收沖突的發送最長包數目為20字節；最大傳輸單元加MAC頭的大小為1514字節，優先級別為2，包的平均大小為1000字節，包間隔發送單元的大小為8字節，相應于實際帶寬的加權速率為100Kbit，分類的分離點為1:0。

4）創建分類1:4，其父分類為1:1，分配帶寬為1Mbit，優先級別為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

　　該隊列的最大可用帶寬為10Mbit，實際分配的帶寬為 64Kbit，可接收沖突的發送最長包數目為20字節；最大傳輸單元加MAC頭的大小為1514字節，優先級別為1，包的平均大小為1000字節，包間隔發送單元的大小為8字節，相應于實際帶寬的加權速率為100Kbit，分類的分離點為1:0。

3. 建立過濾器
過濾器主要服務于分類。一般只需針對根分類提供一個過濾器，然后為每個子分類提供路由映射。

1） 應用路由分類器到cbq隊列的根，父分類編號為1:0；過濾協議為ip，優先級別為100，過濾器為基于路由表。
·tc filter add dev eth0 parent 1:0 protocol ip prio 100 route

2） 建立路由映射分類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
該路由是與前面所建立的路由映射一一對應。
1） 發往主機192.168.1.24的數據包通過分類2轉發(分類2的速率8Mbit)
·ip route add 192.168.1.24 dev eth0 via 192.168.1.66 realm 2

2） 發往主機192.168.1.30的數據包通過分類3轉發(分類3的速率1Mbit)
·ip route add 192.168.1.30 dev eth0 via 192.168.1.66 realm 3

3）發往子網192.168.1.0/24的數據包通過分類4轉發(分類4的速率1Mbit)
·ip route add 192.168.1.0/24 dev eth0 via 192.168.1.66 realm 4

　　注：一般對于流量控制器所直接連接的網段建議使用IP主機地址流量控制限制，不要使用子網流量控制限制。如一定需要對直連子網使用子網流量控制限制，則在建立該子網的路由映射前，需將原先由系統建立的路由刪除，才可完成相應步驟。

5. 監視
　　主要包括對現有隊列、分類、過濾器和路由的狀況進行監視。
1）顯示隊列的狀況

簡單顯示指定設備(這里為eth0)的隊列狀況
·tc qdisc ls dev eth0
qdisc cbq 1: rate 10Mbit (bounded,isolated) prio no-transmit

詳細顯示指定設備(這里為eth0)的隊列狀況
·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

　　這里主要顯示了通過該隊列發送了13232個數據包，數據流量為7646731個字節，丟棄的包數目為0，超過速率限制的包數目為0。

2）顯示分類的狀況

簡單顯示指定設備(這里為eth0)的分類狀況
·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表示優先級為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

詳細顯示指定設備(這里為eth0)的分類狀況
·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

　　這里主要顯示了通過不同分類發送的數據包，數據流量，丟棄的包數目，超過速率限制的包數目等等。其中根分類(class cbq 1:0)的狀況應與隊列的狀況類似。
　　例如，分類class cbq 1:4發送了8076個數據包，數據流量為5552879個字節，丟棄的包數目為0，超過速率限制的包數目為0。

顯示過濾器的狀況
·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

這里flowid 1:2代表分類class cbq 1:2，to 2代表通過路由2發送。

顯示現有路由的狀況
·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，結尾包含有realm的顯示行是起作用的路由過濾器。

6. 維護
　　主要包括對隊列、分類、過濾器和路由的增添、修改和刪除。
　　增添動作一般依照"隊列->分類->過濾器->路由"的順序進行；修改動作則沒有什么要求；刪除則依照"路由->過濾器->分類->隊列"的順序進行。

1）隊列的維護
一般對于一臺流量控制器來說，出廠時針對每個以太網卡均已配置好一個隊列了，通常情況下對隊列無需進行增添、修改和刪除動作了。

2）分類的維護

增添
增添動作通過tc class add命令實現，如前面所示。

修改
修改動作通過tc class change命令實現，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
對于bounded命令應慎用，一旦添加后就進行修改，只可通過刪除后再添加來實現。

刪除
刪除動作只在該分類沒有工作前才可進行，一旦通過該分類發送過數據，則無法刪除它了。因此，需要通過shell文件方式來修改，通過重新啟動來完成刪除動作。

3）過濾器的維護

增添
增添動作通過tc filter add命令實現，如前面所示。

修改
修改動作通過tc filter change命令實現，如下所示：
·tc filter change dev eth0 parent 1:0 protocol ip prio 100 route to 10 flowid 1:8

刪除
刪除動作通過tc filter del命令實現，如下所示：
·tc filter del dev eth0 parent 1:0 protocol ip prio 100 route to 10

4）與過濾器一一映射路由的維護

增添
增添動作通過ip route add命令實現，如前面所示。

修改
修改動作通過ip route change命令實現，如下所示：
·ip route change 192.168.1.30 dev eth0 via 192.168.1.66 realm 8

刪除
刪除動作通過ip route del命令實現，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
作者：陳文衛

原文轉自：http://www.kjueaiud.com