TC(Linux下流量控制工具)詳細說明及應用
TC的安裝
TC是Linux自帶的模組,一般情況下不需要另行安裝,可以用 man tc 檢視tc 相關命令細節,tc 要求核心 2.4.18 以上 ##注意:64位機器上,先執行下面命令
ln -s /usr/lib64/tc /usr/lib/tc
TC原理介紹
Linux 作業系統中的流量控制器 TC(Traffic Control) 用於Linux核心的流量控制,它利用佇列規定建立處理資料包的佇列,並定義佇列中的資料包被髮送的方式,從而實現對流量的控制。TC 模組實現流量控制功能使用的佇列規定分為兩類,一類是無類佇列規定,另一類是分類佇列規定。無類佇列規定相對簡單,而分類佇列規定則引出了分類和過濾器等概念,使其流量控制功能增強。 無類佇列TC規則
1.流量控制方式
流量控制包括一下幾種方式:SHAPING(限制)
當流量被限制時,它的傳輸速率就被控制在某個值以下。限制值可以大大小於有效頻寬,這樣可以平滑突發資料流量,使網路更為穩定。SHAPING(限制)只適用於向外的流量。SCHEDULING(排程)
通過排程資料包的傳輸,可以在頻寬範圍內,按照優先順序分配頻寬。SCHEDULING(排程)也只適用於向外的流量。POLICING(策略)
SHAPING(限制)用於處理向外的流量,而POLICING(策略)用於處理接收到的資料。DROPPING(丟棄)
如果流量超過某個設定的頻寬,就丟棄資料包,不管是向內還是向外。2.流量控制處理物件
流量的處理由三種物件控制,它們是:qdisc(排隊規則)、class(類別)和filter(過濾器)。 qdisc(排隊規則)是 queueing discipline的簡寫,它是理解流量控制(traffic control)的基礎。無論何時,核心如果需要通過某個網路介面傳送資料包,它都需要按照為這個介面配置的qdisc(排隊規則)把資料包加入佇列。然後,核心會盡可能多的從qdisc裡面取出資料包,把它們交給網路介面卡驅動模組。最簡單的qdisc是pfifo他不對進入的資料包做任何的處理,資料包採用先進先出的方式通過佇列。不過,它會儲存網路介面一時無法處 理的資料包。 qddis(排隊規則)分為 CLASSLESS QDISC和 CLASSFUL QDISC 類別如下:CLASSLESS QDISC (無類別QDISC)
1.無類別QDISC包括:
[ p | b ]fifo,使用最簡單的qdisc(排隊規則),純粹的先進先出。只有一個引數:limit ,用來設定佇列的長度,pfifo是以資料包的個數為單位;bfifo是以位元組數為單位。 pfifo_fast,在編譯核心時,如果打開了高階路由器(Advanced Router)編譯選項,pfifo_fast 就是系統的標準qdisc(排隊規則)。它的佇列包括三個波段(band)。在每個波段裡面,使用先進先出規則。而三個波段(band)的優先順序也不相同,band 0 的優先順序最高,band 2的最低。如果band 0裡面有資料包,系統就不會處理band 1 裡面的資料包,band 1 和 band 2 之間也是一樣的。資料包是按照服務型別(Type Of Service,TOS )被分配到三個波段(band)裡面的。 red,red是Random Early Detection(隨機早期探測)的簡寫。如果使用這種qdsic,當頻寬的佔用接近與規定的頻寬時,系統會隨機的丟棄一些資料包。他非常適合高頻寬的應用。 sfq,sfq是Stochastic Fairness Queueing 的簡寫。它會按照會話(session --對應與每個TCP 連線或者UDP流)為流量進行排序,然後迴圈傳送每個會話的資料包。 tbf,tbf是 Token Bucket Filter 的簡寫,適用於把流速降低到某個值。2.無類別qdisc的配置
如果沒有可分類qdisc,不可分類qdisc 只能附屬於裝置的根。它們的用法如下: tc qdisc add dev DEV root QDISC QDISC_PARAMETERS
要刪除一個不可分類qdisc,需要使用如下命令
tc qdisc del dev DEV root
一個網路介面上如果沒有設定qdisc,pfifo_fast就作為預設的qdisc。
CLASSFUL QDISC(分類 QDISC)
可分類QDISC包括:
CBQ,CBQ是 Class Based Queueing(基於類別排隊)的縮寫。它實現了一個豐富的連線共享類別結構,既有限制(shaping)頻寬的能力,也具有頻寬優先級別管理的能力。頻寬限制是通過計算連線的空閒時間完成的。空閒時間的計算標準是資料包離隊事件的頻率和下層連線(資料鏈路層)的頻寬。 HTB,HTB是Hierarchy Token Bucket 的縮寫。通過在實踐基礎上的改進,它實現一個豐富的連線共享類別體系。使用HTB可以很容易地保證每個類別的頻寬,雖然它也允許特定的類可以突破頻寬上限,佔用別的類的頻寬。HTB可以通過TBF(Token Bucket Filter)實現頻寬限制,也能夠劃分類別的優先順序。 PRIO,PRIO qdisc 不能限制頻寬,因為屬於不同類別的資料包是順序離隊的。使用PRIO qdisc 可以很容易對流量進行優先順序管理,只有屬於高優先順序類別的資料包全部發送完畢,參會傳送屬於低優先順序類別的資料包。為了方便管理,需要使用iptables 或者 ipchains 處理資料包的服務型別(Type Of Service,TOS)。操作原理
類(class)組成一個樹,每個類都只有一個父類,而一個類可以有多個子類。某些qdisc (例如:CBQ和 HTB)允許在執行時動態新增類,而其它的qdisc(例如:PRIO)不允許動態建立類。允許動態新增類的qdisc可以有零個或者多個子類,由它們為資料包排隊。此外,每個類都有一個葉子qdisc,預設情況下,這個也在qdisc有可分類,不過每個子類只能有一個葉子qdisc。 當一個數據包進入一個分類qdisc,它會被歸入某個子類。我們可以使用一下三種方式為資料包歸類,不過不是所有的qdisc都能夠使用這三種方式。 如果過濾器附屬於一個類,相關的指令就會對它們進行查詢。過濾器能夠匹配資料包頭所有的域,也可以匹配由ipchains或者iptables做的標記。 樹的每個節點都可以有自己的過濾器,但是高層的過濾器也可以一直接用於其子類。如果資料包沒有被成功歸類,就會被排到這個類的葉子qdisc的隊中。相關細節在各個qdisc的手冊頁中。命名規則
所有的qdisc、類、和過濾器都有ID。ID可以手工設定,也可以由核心自動分配。ID由一個主序列號和一個從序列號組成,兩個數字用一個冒號分開。 qdisc,一個qdisc會被分配一個主序列號,叫做控制代碼(handle),然後把從序列號作為類的名稱空間。控制代碼才有像1:0 一樣的表達方式。習慣上,需要為有子類的qdisc顯式的分配一個控制代碼。 類(Class),在同一個qdisc裡面的類共享這個qdisc的主序列號,但是每個類都有自己的從序列號,叫做類識別符(classid)。類識別符只與父qdisc有關,與父類無關。類的命名習慣和qdisc相同。 過濾器(Filter),過濾器的ID有三部分,只有在對過濾器進行雜湊組織才會用到。詳情請參考tc-filtes手冊頁。單位
tc命令所有的引數都可以使用浮點數,可能會涉及到以下計數單位。頻寬或者流速單位:
資料的數量單位
時間的計量單位:
TC命令
tc可以使用以下命令對qdisc、類和過濾器進行操作: add, 在一個節點裡加入一個qdisc、類、或者過濾器。新增時,需要傳遞一個祖先作為引數,傳遞引數時既可以使用ID也跨越式直接傳遞裝置的根。如果要建立一個qdisc或者過濾器,可以使用控制代碼(handle)來命名。如果要建立一個類,可以使用類識別符(classid)來命名。 remove, 刪除由某個控制代碼(handle)指定的qdisc,根qdisc(root)也可以刪除。被刪除qdisc上所有的子類以及附屬於各個類的過濾器都會被自動刪除。 change, 以替代的方式修改某些條目。除了控制代碼(handle)和祖先不能修改以外,change命令的語法和add命令相同。換句話說,change命令不能指定節點的位置。 replace, 對一個現有節點進行近於原子操作的刪除/新增。如果節點不存在,這個命令就會建立節點。 link, 只適用於qdisc,替代一個現有的節點。 tc命令的格式: 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 param‐eters ] flowid flow-id
tc [ FORMAT ] qdisc show [ dev DEV ]
tc [ FORMAT ] class show dev DEV
tc filter show dev DEV
###### FORMAT := { -s[tatistics] | -d[etails] | -r[aw] | -p[retty] | i[ec] }
具體操作
Linux流量控制主要分為建立佇列、建立分類和建立過濾器三個方面。基本實現步驟。
1) 針對網路物理裝置(如乙太網卡eth0)繫結一個佇列qdisc; 2) 在該佇列上建立分類class; 3) 為每一分類建立一個基於路由的過濾器filter; 4) 最後與過濾器相配合,建立特定的路由表。環境模擬例項。
流量控制器上的乙太網卡(eth0)的IP地址為 192.168.1.66, 在其上建立一個CBQ佇列。假設包的平均大小為1000位元組,包間隔傳送單元的大小 為8位元組,可接收衝突的傳送最長包的數目為20位元組。 加入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。其流量頻寬控制在8Mbit,優先順序為 2; 2)是發往主機2的,其IP地址為192.168.1.30。其流量頻寬控制在1Mbit,優先順序為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。流量頻寬控制在1Mbit,優先順序為6。建立佇列
一般情況下,針對一個網絡卡只需建立一個佇列。 ###將一個cbq佇列繫結到網路物理裝置eth0上,其編號為1:0;網路物理裝置eth0的實際頻寬為10Mbit,包的平均大小為1000位元組;包間隔傳送單元的大小為8位元組,最小傳輸包大小為64位元組。
tc qdisc add dev eth0 root handle 1: cbq bandwidth 10Mbit avpkt 1000 cell 8 mpu 64
建立分類
一般情況下,針對一個佇列需建立一個根分類,然後再在其上建立子分類。對於分類,按其分類的編號順序起作用,編號小的優先;一但符合某個分類匹配規則,通過該分類傳送資料包,則其後的分類不在起作用。 ##建立根分類1:1;分配頻寬為10Mbit,優先級別為8.
tc class add dev eth0 parent 1:0 classid 1:1 cbq bandidth 10Mbit rate 10Mbit maxburst 20 allot 1514 prio 8 avpkt 1000 cell 8 weight 1Mbit
###該佇列的最大可用頻寬為10Mbit,實際分配的頻寬為10Mbit,可接收衝突的傳送最長包數目為20位元組;最大傳輸單元加MAC頭的大小為1514位元組,優先級別為8,包的平均大小為1000位元組,包間隔傳送單元的大小為8位元組,相當於實際頻寬的加權速率為1Mbit。
## 建立分類1:2,其父類為1:1,分配頻寬為 8Mbit, 優先級別為2.
tc class add dev eth0 parent 1:1 cbq bandwidth 10Mbit rate 8Mbit maxburst 20 allot 1514 prio 2 avpkt 1000 cell 8 weight 800Kbit split 1:0 bounded
## 該佇列的最大可用頻寬為10Mbit,實際分配的頻寬為8Mbit,可接收衝突的傳送最長包數目為20位元組;最大傳輸單元加MAC頭的大小為1514位元組,優先級別為2,包的平均大小為1000位元組,包間隔傳送單元的大小為8位元組,相當於實際頻寬的加權速率為800Kbit,分類的分離點為1:0,且不可借用未使用頻寬。
## 建立分類1:3,其父分類為1:1,分配頻寬為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
## 該佇列的最大可用頻寬是10Mbit,實際分配的頻寬為1Mbit,可接收衝突的傳送最長包數目為20位元組;最大傳輸單元加MAC頭的大小為1514位元組,優先級別為1,包的平均大小為1000位元組,包間隔傳送單元的大小為8位元組,相當於實際頻寬的加權速率為100Kbit,分類的分離點為1:0。
## 建立分類 1:4,其父分類為1:1,分配頻寬為1Mbit,優先級別為6。
tc class add dev eth0 parent 1:1 classid 1:4 cbq bandwidth 10 Mbit rate 1Mbit maxburst 20 allot 1514 prio 6 avpkt 1000 cell 8 weight 100Kbit split 1:0
## 該佇列的最大可用頻寬為10Mbit,實際分配的頻寬為1Mbit,可接收衝突的傳送最長包數目為20位元組;最大傳輸單元加MAC頭的大小為1514位元組,優先級別為6,包的平均大小為1000位元組,包間隔傳送單元的大小為8位元組,相當於實際頻寬的加權速率為100Kbit,分類的分離點為1:0
建立過濾器
過濾器主要服務於分類。 一般只需針對根分類提供一個過濾器,然後為每個子分類提供路由對映。 ## 1)應用路由分類器到cbq佇列的根,父分類編號為1:0;過濾協議為ip,優先級別為100,過濾器為基於路由表。
tc filter add dev eth0 parent 1:0 protocol ip prio 100 route
## 2)建立路由對映分類 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
建立路由
該路由是與前面所建立的路由對映一一對應。 # 1)發往主機192.168.1.24的資料包通過分類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的資料包通過分類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 的資料包通過分類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:一般對於流淚控制器所直接連線的網段建議使用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對映前,需將原先由系統建立的路由刪除,才可以完成相應步驟
監視
主要包括對現有佇列、分類、過濾器和路由狀況進行監視。 1)顯示佇列的狀況 ## 簡單顯示指定裝置(這裡為eth0)的佇列狀況
tc qdisc ls dev eth0
qdisc cbq 1: rate 10Mbit (bounded,isolated) prio no-transmit
## 詳細顯示指定裝置(這裡為eth0)的佇列狀況
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
## 這裡主要顯示了通過該佇列傳送了13232個數據包,資料流量為7646731個位元組,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 ## 簡單顯示指定裝置(這裡為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
class cbq 1:2 parent 1:1 rate 8Mbit prio (bounded) prio 2
class cbq 1:3 parent 1:1 rate 1Mbit prio 1
class cbq 1:4 parent 1:1 rate 1Mbit prio 6
## 詳細顯示指定裝置(這裡為eth0)的分類狀況
tc -s class ls dev eth0
class cbq 1: root rate 10000Kbit (bounded,isolated) prio no-transmit
Sent 17725304 bytes 32088 pkt (dropped 0, overlimits 0 requeues 0)
backlog 0b 0p requeues 0
borrowed 0 overactions 0 avgidle 31 undertime 0
class cbq 1:1 parent 1: rate 10000Kbit prio no-transmit
Sent 16627774 bytes 28884 pkts (dropped 0, overlimits 0 requeues 0)
backlog 0b 0p requeues 0
borrowed 16163 overactions 0 avgidle 587 undertime 0
class cbq 1:2 parent 1:1 rate 8000Kbit (bounded) prio 2
Sent 628829 bytes 3130 pkts (dropped 0, overlimits 0 requeues 0)
backlog 0b 0p requeues 0
borrowed 0 overactions 0 avgidle 4137 undertime 0
class cbq 1:3 parent 1:1 rate 1000Kbit prio 1
Sent 0 bytes 0 pkts (dropped 0, overlimits 0 requeues 0)
backlog 0b 0p requeues 0
borrowed 0 overactions 0 avgidle 3.19309e+06 undertime 0
class cbq 1:4 parent 1:1 rate 1000Kbit prio 6
Sent 552879 bytes 8076 pkts (dropped 0, overlimits 0 requeues 0)
backlog 0b 0p requeues 0
borrowed 3797 overactions 0 avgidle 159557 undertime 0
##這裡主要顯示了通過不同分類傳送的資料包,資料流量,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)的狀況與佇列的狀況類似
##例如,分類class cbq 1:4 傳送了8076個包,資料流量為 552879 個位元組,丟棄的包數目為0,超過速率限制的包數目為0。
3)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
## 這裡flowid 1:2 代表分類 class cbq 1:2, to 2 代表通過路由 2 傳送
4)顯示現有路由的狀況 ip route
default via 192.168.1.1 dev eth0
192.168.1.0/24 dev eth0 proto kernel scope link src 192.168.1.66
192.168.1.24 via 192.168.1.66 dev eth0 realm 2
192.168.1.30 via 192.168.1.66 dev eth0 realm 3
##如上所示,結尾包含有realm 的顯示行是起作用的路由過濾器。
維護
主要包括對佇列、分類、過濾器和路由的增添、修改和刪除。 增添動作一般依照 佇列 -> 分類 -> 過濾器 -> 路由 的順序進行;修改動作則沒有什麼要求;刪除則依照 路由 -> 過濾器 -> 分類 -> 佇列 的順序進行。 1)佇列的維護 一般對於一臺流量控制器來說,出廠時針對每個乙太網卡均已配置好一個隊列了,通常情況下對佇列無需進行增添、修改和刪除動作。 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 weigth 700Kbit split 1:0 bounded
對於bounded 命令應慎用,一旦新增後就進行修改,只可通過刪除後再新增來實現。
刪除,刪除動作只在該分類沒有工作前才可以進行,一旦通過該分類傳送過資料,則無法刪除它。因此,需要通過shell檔案方式來修改,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————對映路由的維護
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
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