TC的使用

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jxwpx 2011-05-25 21:39:28 博主文章分类：Linux

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，他的传输速率就被控制在某个值以下。限制值能够大大小于有效带宽，这样能够平滑突发数据流量，使网络更为稳定。shaping（限制）只适用

于向外的流量。
SCHEDULING(调度) jxwpx.com
通过调度数据包的传输，能够在带宽范围内，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)
假如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，他们是：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，他是理解流量控制(traffic control)的基础。无论何时，内核假如需要通过某个网络接口发送数据包，他都

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，把他们交给网络适配器驱动模块。
最简单的QDisc是pfifo他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。但是，他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)能够包含一些类别，不同的类别中能够包含更深入的QDisc(排队规则)，通过这些细分的QDisc还能够为进入的队列的数据包排队。通过配

置各种类别数据包的离队次序，QDisc能够为配置网络数据流量的优先级。中国网管论坛
FILTER(过滤器)
filter(过滤器)用于为数据包分类，决定他们按照何种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。分类的方法能够有多种

，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)的任何过滤器，直到返回一个判决。假如没有判决返回

，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，他们不能作为主体。
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，用来配置队列的长度,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，假如打开了高级路由器(Advanced Router)编译选项，pfifo_fast就是系统的标准QDISC。他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。假如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之间也是相同。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。 www.jxwpx.com
red
red是Random Early Detection(随机早期探测)的简写。假如使用这种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。他很适合高

带宽应用。
sfq
sfq是Stochastic Fairness Queueing的简写。他按照会话(session--对应于每个TCP连接或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
假如没有可分类QDisc，不可分类QDisc只能附属于设备的根。他们的用法如下：
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
一个网络接口上假如没有配置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。他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，也具备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，他实现了一个丰富的连接共享类别体系。使用HTB能够很容易地确保每个类别的带宽，虽然

他也允许特定的类能够突破带宽上限，占用别的类的带宽。HTB能够通过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能够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，而一个类能够有多个子类。某些QDisc(例如：CBQ和HTB)允许在运行时动态添加类，而其他的QDisc(例如：

PRIO)不允许动态建立类。
允许动态添加类的QDisc能够有零个或多个子类，由他们为数据包排队。
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，我们也能够使用其他类型的QDisc代替这个默认的QDisc。而且，这个叶

子叶子QDisc有能够分类，但是每个子类只能有一个叶子QDisc。 bitsCN_com
当一个数据包进入一个分类QDisc，他会被归入某个子类。我们能够使用以下三种方式为数据包归类，但是不是任何的QDisc都能够使用这三种方式。
tc过滤器(tc filter)
假如过滤器附属于一个类，相关的指令就会对他们进行查询。过滤器能够匹配数据包头任何的域，也能够匹配由ipchains或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
用户空间的应用程式能够使用SO_PRIORITY选项在skb->priority域配置一个类的ID。
树的每个节点都能够有自己的过滤器，但是高层的过滤器也能够直接用于其子类。
假如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
任何的QDisc、类和过滤器都有ID。ID能够手工配置，也能够有内核自动分配。
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:相同的表达方式。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)。类识别符只和父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命令的任何参数都能够使用浮点数，可能会涉及到以下计数单位。
带宽或流速单位：
kbps
千字节／秒
mbps
兆字节／秒
kbit
KBits／秒
mbit
MBits／秒
bps或一个无单位数字
字节数／秒
数据的数量单位：
kb或k
千字节
mb或m
兆字节
mbit
兆bit
kbit
千bit
b或一个无单位数字
字节数
时间的计量单位：
s、sec或secs
秒
ms、msec或msecs
分钟
us、usec、usecs或一个无单位数字
微秒
TC命令
tc能够使用以下命令对QDisc、类和过滤器进行操作：
add

在一个节点里加入一个QDisc、类或过滤器。添加时，需要传递一个祖先作为参数，传递参数时既能够使用ID也能够直接传递设备的根。假如要建立一个QDisc

或过滤器，能够使用句柄(handle)来命名；假如要建立一个类，能够使用类识别符(classid)来命名。
remove
删除有某个句柄(handle)指定的QDisc，根QDisc(root)也能够删除。被删除QDisc上的任何子类连同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
转载tc文档2-CBQ
CBQ
名字
CBQ - 基于类别排队(Class Based Queueing)
摘要
tc qdisc ... dev dev (parent classid | root) [ handle major: ] cbq [ allot bytes] avpkt bytes bandwidth rate [ cell bytes] [ ewmalog ] [

mpu bytes ]
tc class ... dev dev parent major:[minor] [ classid major:minor] cbq allot bytes [ bandwidth rate ] [ rate rate] prio priority [ weight

weight] [ minburst packets] [ maxburst packets ] [ ewma log] [ cell bytes] avpkt bytes[ mpu bytes] [ bounded isolated ] [ split handle&

defmapdefmap ] [ estimator interval timeconstant]
简介

CBQ实现了一个丰富的共享连接的类别层次，既有固定(shaping)带宽的能力，也具有带宽优先级管理的能力。带宽固定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发生的频率和下层连接(数据链路层)的带宽。
带宽固定算法
当把一条10mbit/s的连接限制为1mbit/s时，这条连接将有90%的时间是空闲的。如果不是，它就会调低带宽以满足90%空闲时间的限制。
在操作过程中，空闲时间还要进行指数平滑移动平均(exponential weighted moving average,EWMA)计算，在这种计算方法中最近经过的数据包权重是前面数

据包权重的指数。UNIX系统的平均负载就是使用这种算法计算的。
最后，由EWMA计算的值减去空闲时间，所得结果叫做avgidle。最好的情况是avgidle等于0，也就是数据包是严格地按照计算的时间间隔到达。
而过载连接的avgidle值是负数，如果这个负数太大，CBQ就会调低带宽，这就造成了过度限制(overlimit)的情况。
相反，一个空闲的连接会积累下一个很大的正数avgidle，这样可能造成经过一段空闲后，使带宽失控。为了防止出现这种情况的出现，可以使用maxidle参数

限制avgidle的值。
如果处于过度限制(overlimit)的情况，CBQ会限制数据包通过的时间间隔严格按照计算的值。不过，由于时钟解析度的原因，这样可能不太合适。见minburst

参数。
类别划分
在一个CBQ实例中，可以存在很多分类。每个类有可以包括其它的QDisc，默认情况下，是pfifo。
在为数据包排队时，CBQ作为根，使用不同的方法确定那个类接收数据包。
如果没有一些不常见的配置选项，这个过程非常简单。我们在每个节点上查询一个指令，接着按照指令的指示让数据包进入某个类。如果这个类是一个叶子节

点，我们就把数据包排到这里；如果这个类还有子节点，我们就重复以上过程。
我们在每个节点上重复以下操作，直到数据包被发送到其它节点，或者这个过程由于其它原因中止。
查询附属于类上的过滤器，如果过滤器把数据包发到某个叶子节点，处理完毕；否则，开始下一个查询。
在defmap中查询这个数据包的优先级，优先级倚赖于TCP头的TOS域。检查这个类是否还继续分类，如果是重新开始下一个查询。
向defmap要求获得best effort优先级的指令，检查应答是否还存在分类，如果不是则重新开始下一个查询。
如果上述操作都没有返回一个指令，就在这个节点把数据包排队
这个算法可以保证数据包最终会有归宿，即使你正在建立流量控制的配置。
连接共享算法
在向网络设备发送数据包时，CBQ首先要决定发出哪个类的数据包。它对所有的类采用加权轮转(Weighted Round Robin)的方式处理，使每个类的数据包都有机

会被送出。WRR处理首先从优先级最高(数字最小的优先级)的类开始处理，直到处理完类中所有的数据包，再接着处理优先级次之的类。
每个类可以从其兄弟类借带宽。一个类可以使用bounded声明其带宽不可外借；也可以使用isolated声明不原意外借带宽。
QDISC
一个CBQ QDisc类的根有如下参数：
parent major:minor | root
这个命令的参数决定这个CBQ实例所在的位置，或者是在一个网络接口的根(root)，或者位于一个现有的类里面。
handle major:
和其它的QDisc一样，CBQ QDisc也可以指定一个句柄。句柄只能包含主识别号(major number)和一个冒号。数字的选择是随意的，不过如果在这个QDisc里面会

继续分类，这个数字非常有用。
allot bytes
这个参数用于分配的带宽，决定数据包传输的时间表。QDisc的allot参数和类的allot参数略有不同。数字bytes是任意的。缺省是一个根据avpkt得到的数字。
avpkt bytes
数据包的平均大小，它用于计算最大空闲时间(maxidle)，也用于确认allot参数的值是安全的。
bandwidth rate
为了决定空闲时间(idle time)，CBQ必须知道底层物理接口的带宽，或者父QDisc的带宽。这是一个极为重要的参数，下面会继续讨论。
cell time
time的值决定进行数据包传输时间计算的时间间隔。使用缺省值是比较明智的。
mpu bytes
一个大小为0的数据包仍然会消耗时间来传输。用这个参数设置小于bytes个字节的数据包在进行传输时间的计算忽略不计。缺省值是0。
ewma log
在CBQ需要测量平均空闲时间时，它会使用加权指数移动平均算法来平滑测量的值，得到一个移动平均值。log决定平滑因子的大小。这个数值介于0到31之间，

数值越小敏感度越大。默认值是5。
一个CBQ QDisc只需要知道底层连接的大小。实际的带宽限制由其子类完成。

分类
有很多参数可以用于分类的配置操作：
parent major:minor
确定父QDisc的位置，把这个类加入到树状结构中。如果它是直接附属于一个QDisc，而且这个QDisc没有其它的类，minor可以被忽略。这个参数是必须的。
classid major:minor
和QDisc一样，类也可以命名。主识别号(major number)必须等于其父QDisc的主识别号。这个参数是可选的，只有它还需要再细分才需要。
weight weight
在从队列中取出数据包通过网络接口向外发送时，CBQ会采用轮转的方式轮流从队列中取出属于不同分类的数据包。weight设置每个类的权重。权重越高，在每

个循环CBQ取出的数据包也就越多。一个类中所有的权重都会被换算成与rate参数设定值的百分比。
allot bytes
这个参数设置每个循环可以有多少个字节出队。这个值最小为avpkt的2/3。这个参数是必须的。
prio priority
设置类的优先级，在轮转过程中，priority数字较小(优先级高)的类的数据包优先出队。这个参数也是必须的。
avpkt bytes
参见QDisc中的相关介绍。
rate rate
设置这个类可以达到的最大速率，以及所有子类速率总和可以达到的值。这个参数是必需的。
bandwidth rate
这个参数不同于建立CBQ时的bandwidth参数。只有在决定maxidle和offtime时才有用，在设置maxburst或者minburst时，CBQ会使用maxidle和offtime进行计算

。如果需要设置最大突发(006Daxburst)或者最小突发(miniburst)，这个参数是必需的。
maxburst
这个参数设置的数字用于计算maxidle，以便avgidle的值等于maxidle时，在avgidle达到0之前，允许设定的数据包突发性地通过。这个数字越大，对于突发流

量的适应性越好。你不能直接设置maxidle，只能通过这个参数来设置。
minburst
上面讲过，在过度限制(overlimit)情况下，CBQ需要调低带宽。为了避免这种情况的出现，比较理想的解决方案是精确地空闲某个时间，然后放行一个数据包

。然而，对于UNIX内核来说，很难对时间间隔小于10ms的事件进行调度，因此只好把等待时间放长，接着突发性地放行多个数据包。
上面所说的等待时间叫做offtime。minburst的值越高，在一个较长时间内进行的带宽限制越准确，但是也会导致更大的突发流量。这个参数是可选的。
minidle
如果avgidle小于0，需要等待avgidle增加到一个足够大的值才能发送一个数据包。为了避免在一个长期处于关闭状态下的连接出现突发流量，如果avgidle太

低就会被复位为minidle参数设置的数值。
minidle的单位是负微秒，10表示avgidle不能低于-10微秒。这个参数是可选的。
bounded
表示这个类的带宽概不外借。
isolated
表示这个类的带宽不原意外借。
split major:minor & defmap bitmap[/bitmap]
如果附属于这个类的过滤器不能判断数据包所属类别，CBQ也可以根据数据包的优先级为它们分类。优先级共有8个，范围是0到7。
defmap设置这个类接受具备哪些优先级的数据包，接受的优先级使用bitmap来计算，CBQ用bitmap和数据包的优先级域进行and计算。最低有效位(Least

Significant Bit)对应优先级0。split告诉CBQ需要做出决定的类，参数应该是其父类。
例如：tc class add ... classid 10:1 cbq .. split 10:0 defmap c0，这条命令告诉类10:0把优先级为6和7的数据包都送到子类10:1。
然后最好使用tc class add ... classid 10:2 cbq ... split 10:0 defmap 3f命令决定其它优先级数据包的流向，把优先级为0、1、2、3、4和5的数据包都

送给10:2。
C0的二进制是11000000，3F的二进制是001111111，因此这两个defmap可以匹配数据包优先级域的所有位。C0匹配6和7，对应的是interactive和control位；而

3F匹配余下的位。
estimator interval timeconstant
CBQ能够计量每个类使用了多少带宽，tc过滤器能够把数据包分类。CBQ使用一种简单的估算方式计算每interval微秒通过多少流量，判断自己使用的带宽。另

外，还需要进行指数平滑移动平均的计算，时间常数由timeconstant设置。它决定对短期突发流量平均值的敏感程度，这个值越高敏感度越低。
BUGS
底层链路的带宽可能是无法预知的。例如，PPoE或者PPTP连接实际上是一个逻辑的通道，而不是一个物理设备。CBQ对于主要的带宽配置错误有很大的弹性，代

价可能就是带宽固定(shaping)精度降低。
默认情况下，内核依靠粗糙的计时信息进行带宽固定。在一个较长的时间段内，可以维持很好的精度，但是在以秒为单位进行计量的时间段内，其结果就不准

确了。
参考tc-cbq-details(8)(这个文档至今尚未完成)改进这个问题。
我经过测试后，以下代码完全可以限制下载速度，如下：

由于tc对发出包限制，我这里是 LAN:eth0 INT:eth1,限制网内下载速度
# tc qdisc add dev eth0 root handle 10:0 cbq bandwidth 5Mbit avpkt 1000
创建队列规则，添加设备eth0，root表示这是根（root）规定,其句柄（handle）设定为 10:0'。其类型为 CBQ。公司带宽为 5 M，平均包大小为 1000 字节

。
下面生成根类（root class）：
# tc class add dev eth0 parent 10:0 classid 10:1 cbq bandwidth 5Mbit rate 5Mbit allot 1500 weight 1M prio 8 maxburst 20 avpkt 1000
各参数见前文档，allot 1500 我的网卡MTU值
下面生成支类
# tc class add dev eth0 parent 10:1 classid 10:10 cbq bandwidth 5Mbit rate 1Mbit allot 1500 weight 5Kbit prio 5 maxburst 20 avpkt 1000

bounded
# tc class add dev eth0 parent 10:1 classid 10:20 cbq bandwidth 5Mbit rate 1Mbit allot 1500 weight 100Kbit prio 5 maxburst 20 avpkt 1000

bounded
# tc class add dev eth0 parent 10:1 classid 10:30 cbq bandwidth 5Mbit rate 3Mbit allot 1500 weight 900Kbit prio 5 maxburst 20 avpkt 1000

bounded
我们已经向内核通知了我们的类，我们还需要告诉内核如何管理队列
# tc qdisc add dev eth0 parent 10:10 sfq quantum 1500b perturb 15
# tc qdisc add dev eth0 parent 10:20 sfq quantum 1500b perturb 15
# tc qdisc add dev eth0 parent 10:30 sfq quantum 1500b perturb 15
perturb：表示时间15sec
告诉内核网络包和类的映射关系
# tc filter add dev eth0 parent 10:0 protocol ip prio 10 u32 match ip dst 192.168.1.226 flowid 10:10
# tc filter add dev eth0 parent 10:0 protocol ip prio 10 u32 match ip dst 192.168.1.227 flowid 10:20
# tc filter add dev eth0 parent 10:0 protocol ip prio 10 u32 match ip dst 192.168.1.228 flowid 10:30
上传速度限制类似与下载
不同处是下载使用内网接口，上传使用外网接口，上传对源地址使用src参数。