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上一篇我們講了QOS的理論知識(shí)，了解了它是做什么用的，以及設(shè)計(jì)模式，下面就以tc的應(yīng)用的更深入的理解qos.

Linux采用了基于對(duì)象的實(shí)現(xiàn)方法，qos還能保證對(duì)不同接口采用不同的策略，TC QOS有很多擁塞控制的機(jī)制默認(rèn)的是FIFo還有其他PQ、CQ、WFQ等.

策略類 用結(jié)構(gòu)體：Qdisc_ops表示。每個(gè)設(shè)備可以采用不同的策略對(duì)象，在設(shè)備和對(duì)象的關(guān)聯(lián)需要到Qdisc結(jié)構(gòu)體

通過上面的描述，整個(gè)TC的架構(gòu)也就出來了，發(fā)送數(shù)據(jù)包的流程應(yīng)該是這樣的：

(1) 上層協(xié)議開始發(fā)送數(shù)據(jù)包

(2) 獲得當(dāng)前設(shè)備所采用的策略對(duì)象

(3) 調(diào)用此對(duì)象的enqueue方法把數(shù)據(jù)包壓入隊(duì)列

(4) 調(diào)用此對(duì)象的dequeue方法從隊(duì)列中取出數(shù)據(jù)包

(5) 調(diào)用網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)的發(fā)送函數(shù)發(fā)送

并且在上一節(jié)我們已經(jīng)講了tc的三級(jí)樹型組織.這里不再貼圖. 還有一點(diǎn)注意的就是tc控發(fā)不空收.

下面就從tc的命令說起:

命令格式：

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9tc qdisc [ add | change | replace | link ] dev DEV [ parent qdisc-id | root ] [ handle qdisc-id ] qdisc [ qdisc specific parameters ]

tcclass [ add | change | replace ] dev DEV parent qdisc-id [ classidclass-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

具體的配置流程如下：

Linux流量控制主要分為建立隊(duì)列、建立分類和建立過濾器三個(gè)方面。

基本實(shí)現(xiàn)步驟

(1) 針對(duì)網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)備(如以太網(wǎng)卡eth0)綁定一個(gè)隊(duì)列QDisc；

(2) 在該隊(duì)列上建立分類class；

(3) 為每一分類建立一個(gè)基于路由的過濾器filter；

(4) 最后與過濾器相配合，建立特定的路由表等

1. tc 命令的基本用法

查看tc help 或者man tc

2. 針對(duì)不同算法的不同配置 (為什么這說，不同的策略算法，它的參數(shù)不一樣需要根據(jù)實(shí)際情況實(shí)際分析)

3. 無分類qdisc 和分類qdisc

(1) 無分類：

[p|b]fifo

使用最簡(jiǎn)單的qdisc，純粹的先進(jìn)先出。只有一個(gè)參數(shù)：limit，用來設(shè)置隊(duì)列的長(zhǎng)度,pfifo是以數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)為單位；bfifo是以字節(jié)數(shù)為單位。

pfifo_fast

在 編譯內(nèi)核時(shí)，如果打開了高級(jí)路由器(AdvancedRouter)編譯選項(xiàng)，pfifo_fast就是系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)QDISC。它的隊(duì)列包括三個(gè)波段(band)。在每個(gè)波段里面，使用先進(jìn)先出規(guī)則。而三個(gè)波段(band)的優(yōu)先級(jí)也不相同，band 0的優(yōu)先級(jí)最高，band 2的最低。如果band里面有數(shù)據(jù)包，系統(tǒng)就不會(huì)處理band1里面的數(shù)據(jù)包，band 1和band 2之間也是一樣。數(shù)據(jù)包是按照服務(wù)類型(Type ofService,TOS)被分配多三個(gè)波段(band)里面的

red

red是Random Early Detection(隨機(jī)早期探測(cè))的簡(jiǎn)寫。如果使用這種QDISC，當(dāng)帶寬的占用接近于規(guī)定的帶寬時(shí)，系統(tǒng)會(huì)隨機(jī)地丟棄一些數(shù)據(jù)包。它非常適合高帶寬應(yīng)用。

sfq

sfq是Stochastic Fairness Queueing的簡(jiǎn)寫。它按照會(huì)話(session–對(duì)應(yīng)于每個(gè)TCP連接或者UDP流)為流量進(jìn)行排序，然后循環(huán)發(fā)送每個(gè)會(huì)話的數(shù)據(jù)包

tbf

tbf是Token Bucket Filter的簡(jiǎn)寫，適合于把流速降低到某個(gè)值 。

如果沒有可分類QDisc，不可分類QDisc只能附屬于設(shè)備的根。它們的用法如下：

tc qdisc add dev DEV root QDISC QDISC-PARAMETERS

要?jiǎng)h除一個(gè)不可分類QDisc，需要使用如下命令：

tc qdisc del dev DEV root

一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口上如果沒有設(shè)置QDisc，pfifo_fast就作為缺省的QDisc。

(2) 分類：

CBQ

CBQ 是Class Based

Queueing(基于類別排隊(duì))的縮寫。它實(shí)現(xiàn)了一個(gè)豐富的連接共享類別結(jié)構(gòu)，既有限制(shaping)帶寬的能力，也具有帶寬優(yōu)先級(jí)管理的能力。帶

寬限制是通過計(jì)算連接的空閑時(shí)間完成的。空閑時(shí)間的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)據(jù)包離隊(duì)事件的頻率和下層連接(數(shù)據(jù)鏈路層)的帶寬

HTB

HTB是 Hierarchy Token

Bucket的縮寫。通過在實(shí)踐基礎(chǔ)上的改進(jìn)，它實(shí)現(xiàn)了一個(gè)豐富的連接共享類別體系。使用HTB可以很容易地保證每個(gè)類別的帶寬，雖然它也允許特定的類可

以突破帶寬上限，占用別的類的帶寬。HTB可以通過TBF(Token Bucket Filter)實(shí)現(xiàn)帶寬限制，也能夠劃分類別的優(yōu)先級(jí)。

PRIO

PRIO QDisc不能限制帶寬，因?yàn)閷儆诓煌悇e的數(shù)據(jù)包是順序離隊(duì)的。使用PRIO

QDisc可以很容易對(duì)流量進(jìn)行優(yōu)先級(jí)管理，只有屬于高優(yōu)先級(jí)類別的數(shù)據(jù)包全部發(fā)送完畢，才會(huì)發(fā)送屬于低優(yōu)先級(jí)類別的數(shù)據(jù)包。為了方便管理，需要使用

iptables或者ipchains處理數(shù)據(jù)包的服務(wù)類型(Type Of Service,ToS)

class的操作原理：

類(Class)組成一個(gè)樹，每個(gè)類都只有一個(gè)父類，而一個(gè)類可以有多個(gè)子類。某些QDisc(例如：CBQ和HTB)允許在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)添加類，而其它的QDisc(例如：PRIO)不允許動(dòng)態(tài)建立類。

允許動(dòng)態(tài)添加類的QDisc可以有零個(gè)或者多個(gè)子類，由它們?yōu)閿?shù)據(jù)包排隊(duì)。

此外，每個(gè)類都有一個(gè)葉子QDisc，默認(rèn)情況下，這個(gè)葉子QDisc使用pfifo的方式排隊(duì)，我們也可以使用其它類型的QDisc代

替這個(gè)默認(rèn)的QDisc。而且，這個(gè)葉子葉子QDisc有可以分類，不過每個(gè)子類只能有一個(gè)葉子QDisc。

當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)入一個(gè)分類QDisc，它會(huì)被歸入某個(gè)子類。我們可以使用以下三種方式為數(shù)據(jù)包歸類，不過不是所有的QDisc都能夠使用這三種方式。

其他：

顯示隊(duì)列情況 ：

Tc qdisc ls dev eth0

顯示分類狀況

Tc class ls dev eth0更詳細(xì)的可以加 –s參數(shù)

顯示過濾器的狀況

Tc –s filter ls dev eth0

顯示路由的情況

Ip route

Qdisc的參數(shù)：

parent major:minor 或者 root。 一個(gè)qdisc是根節(jié)點(diǎn)就是root，否則其他的情況指定parent。其中major:minor是class的handle id，每個(gè)class都要指定一個(gè)id用于標(biāo)識(shí)。

handle major: ，這個(gè)語法有點(diǎn)奇怪，是可選的，如果qdisc下面還要分類(多個(gè)class)，則需要指定這個(gè)hanlde。對(duì)于root，通常是”1:”。

注意：對(duì)于tc命令中的qdiscs和classes，標(biāo)識(shí)handle(classid)的語法都是x:y，其中x是一個(gè)整數(shù)用來標(biāo)識(shí)一個(gè) qdisc，y是一個(gè)整數(shù)，用來標(biāo)識(shí)屬于該qdisc的class。qdisc的handle的y值必須是0，class的handle的y值必須是非 0。通常”1:0″簡(jiǎn)寫為”1:”，也就是上面看到的寫法。

default minor-id，未分類(不能和filter匹配)的流量(默認(rèn)的)會(huì)被送到這個(gè)minor所指定的類(class id為major:minor-id)。

tc class … dev dev parent major:[minor] [ classid major:minor ] htb rate rate [ ceil rate ] burst bytes [ cburst bytes ] [ prio priority ]

Class的參數(shù)：

parent major:minor，指定這個(gè)類的父節(jié)點(diǎn)，父節(jié)點(diǎn)可以是Qdisc，也可以是Class，如果是Qdisc，那么就不用指定minor，這個(gè)是必須的參數(shù)。

classid major:minor，classid作為class的標(biāo)識(shí)，這個(gè)是可選的。如果這個(gè)class沒有子節(jié)點(diǎn)，就可以不指定。major是父qdisc的handle。

參數(shù)說明：

rate: 是一個(gè)類保證得到的帶寬值.如果有不只一個(gè)類,請(qǐng)保證所有子類總和是小于或等于父類.

prio:用來指示借用帶寬時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)力,prio越小,優(yōu)先級(jí)越高,競(jìng)爭(zhēng)力越強(qiáng). 低優(yōu)先級(jí)的class會(huì)優(yōu)先匹配

ceil: ceil是一個(gè)類最大能得到的帶寬值。即可以借用的帶寬(默認(rèn)ceil=rate)，根類是不允許被借用的. 這個(gè)借用在什么時(shí)候生效呢？如果父類有空余帶寬，最高可以分配給當(dāng)前class的值，默認(rèn)是和rate一樣。

Burst 突發(fā)，突發(fā)的流量，即大于限制帶寬的時(shí)候 > rate < ceil ；允許以ceil的速率發(fā)送的字節(jié)數(shù)，應(yīng)該至少和子類的burst最大值一樣。

cburst 允許以網(wǎng)口的最高速率發(fā)送的字節(jié)數(shù)，應(yīng)該至少和子類的cburst最大值一樣。功能類似tbf中的peakrate，當(dāng)這個(gè)值限制很小時(shí)，可以避免突發(fā)的流量，以避免瞬間速率超過ceil。

quantum 每輪當(dāng)前的class能發(fā)送的字節(jié)數(shù)，默認(rèn)的計(jì)算quantum = rate / r2q. Quantum必須大于1500 小于 60000。

quantum只在class的流量超過了rate但是沒超過ceil時(shí)使用。quantum越小，帶寬共享的效果就越好。 r2q 用來計(jì)算quantum,r2q默認(rèn)是10。

我們先看一個(gè)實(shí)際class的分類圖：

下面我們就實(shí)際看幾個(gè)應(yīng)用的例子：

1. 多用戶ip帶寬平均分配問題

實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景為小區(qū)里，共享一根帶寬上網(wǎng)問題。假如實(shí)際帶寬為20m ；用戶數(shù)量為100，都在一個(gè)vlan里；

限制用戶下載帶寬200kbps ；gw；先看實(shí)際環(huán)境的布局：

我們把小區(qū)的部分放大：

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5Tc qdisc del dev eth0 root

tc qdisc add dev eth0 root handle 1: htb r2q 1

tcclass add dev eth0 parent 1: classid 1:1 htb rate 20mbitceil 100mbit

tcclass add dev eth0 parent 1:1 classid 1:10 htb rate 200kbitceil 250kbit

tc filter add dev eth0 parent 1: protocol ip prio 16 u32 match ip dst 192.168.1.0/24 flowid 1:10

關(guān)于filter匹配策略，也可以用iptables的MARK，在tc里為fw，用法如下：

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2tc filter add dev eth0 parent 1: protocol ip prio 10 handle 1 fw classid 10:10

iptables -t mangle -A POSTROUTING -d 192.168.1.0/24 -j MARK --set-mark 1

有時(shí)候?qū)τ谧臃诸惱镔Y源有可能被某一個(gè)會(huì)話一直占有而其他得不到分配，所以需要添加子隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)資源公平分配：

1tc qdisc add dev eth1 parent 1:10 handle 101: sfq perturb 10

假如有兩個(gè)子網(wǎng)呢？平均分配這20M帶寬：

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11Tc qdisc add dev eth0 root handle 1: htb r2q 1

Tcclass add dev eth0 parent 1: classid 1:1 htb rate 20mbitceil 100mbit

Tcclass add dev eth0 parent 1:1 classid 1:10 htb rate 10mbitceil 20mbit

Tcclass add dev eth0 parent 1:1 classid 1:20 htb rate 10mbitceil 20mbit

Tc qdisc add dev eth0 parent 1:10 handle 10: sfq perturb 10

Tc qdisc add dev eth0 parent 1:20 handle 20: sfq perturb 10

Tc filter add dev eth0 protocol ip parent 1: prio 10 u32 match ip dst 192.168.1.0/24 flowid 1:10

Tc filter add dev eth0 protocol ip parent 1: prio 20 u32 match ip dst 192.168.2.0/24 flowid 1:20

2. 單獨(dú)限制某一個(gè)應(yīng)用的速率問題

這個(gè)問題主要在于filter上，是匹配端口還是什么，可以通過iptables來實(shí)現(xiàn).這里不詳細(xì)列舉配置了.

3.多應(yīng)用優(yōu)先級(jí)問題 (voip 視頻 vpn、其他)

同樣我們還使用htb 算法

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22Tc qdisc add dev eth0 root handle 1: htb

Tcclass add dev eth0 parent 1: classid 1:1 htb rate 100mbitceil 100mbit prio 0

1>Tcclass add dev eth0 parent 1:1 classid 1:10 htb rate 100mbitceil 100mbit prio 1

2>Tcclass add dev eth0 parent 1:1 classid 1:11 htb rate 100mbitceil 100mbit prio 2

3>Tcclass add dev eth0 parent 1:1 classid 1:12 htb rate 50mbitceil 50mbit prio 3

4>Tcclass add dev eth0 parent 1:1 classid 1:13 htb rate 50mbitceil 50mbit prio 4

Tc qdisc add dev eth0 parent 1:10 handle 10: sfq perturb 10

Tc qdisc add dev eth0 parent 1:11 handle 11: sfq perturb 10

Tc qdisc add dev eth0 parent 1:12 handle 12: sfq perturb 10

Tc qdisc add dev eth0 parent 1:13 handle 13: sfq perturb 10

Tc filter add dev eth0 prarent 1:0 protocol ip prio 1 handle 1 fw classid 1:10

Tc filter add dev eth0 prarent 1:0 protocol ip prio 2 handle 2 fw classid 1:11

Tc filter add dev eth0 prarent 1:0 protocol ip prio 3 handle 3 fw classid 1:12

Tc filter add dev eth0 prarent 1:0 protocol ip prio 4 handle 4 fw classid 1:13

Set-mark:

1.??? voip

2.??? vpn

3.??? 視頻

4.??? 其他

上面我們簡(jiǎn)單介紹了實(shí)際應(yīng)用的三個(gè)例子。至少我們明白了tc應(yīng)用的基本流程和簡(jiǎn)單配置，更復(fù)雜的用法需要自己去深入學(xué)習(xí).

我們需要注意的是上傳與下載雖然相對(duì)獨(dú)立，但是他們也會(huì)相互影響，比如tcp的性能問題，每傳輸一個(gè)報(bào)文同時(shí)都需要得到一個(gè)響應(yīng)報(bào)文.還有關(guān)于報(bào)文大小的問題，

也需要注意，有時(shí)候配置tc的時(shí)候，需要我們把mtu的值調(diào)大，不然就會(huì)造成丟包.例:

1tc qdisc add dev eth0 handle 2 root tbf burst 200kb rate 200kbps mtu 8000 latency 10

在我們具體配置隊(duì)列的時(shí)候，會(huì)被一大堆參數(shù)繞暈，其實(shí)我們只需要針對(duì)具體的策略算法，查看幫助即可，本身命令的幫助已經(jīng)很清晰，然后我們?cè)籴槍?duì)具體算法查詢資料即可

這里講的也僅僅是linux系統(tǒng)自帶的功能，對(duì)于更復(fù)雜的則需要我們自己去實(shí)現(xiàn)一些特殊的功能，比如cos和dscp等.

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總結(jié)

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