wfchair(溫福才)
Linux 包含復雜的帶寬管理系統 TC (流量控制，Traffic Control)。該系統支持分
類、優先、共享和輸入、輸出流量限制等。這套系統可以與專用的帶寬管理系統相媲美。
1. 基本的構成塊
tc 包括三個基本的構成塊：
隊列規定（queueing discipline ）、類（class）和分類器（Classifiers）
隊列規定可以看作設備的流量/數據包管理器。
隊列規定內封裝了其他兩個主要TC組件（類和分類器），控制數據的流動。
目前，有一些設備隊列規定可以用來管理設備，包括類基隊列（CBQ），優先級和CSZ
（Clark-Shenker-Zhang）等。CBQ 是一種超級隊列，即它能夠包含其它隊列（甚至其它CBQ）。
類由設備隊列規定來管理。類由若干規則（rule）構成，這些規則用以管理那個類所擁有
的數據。例如，某類裡的全部數據包都受到 1 Mbps的速率限度，而在午夜和早上6點的一
段時間段內允許最高達 3 Mbps。
一些隊列規定可以綁定到類上，包括FIFO（先進先出），RED（隨機早期探測），SFQ（隨
機公平隊列）和令牌桶（Token Bucket）。
如果設備上未綁定隊列規定，則使用基本的FIFO。
另外， CBQ，CSZ和優先級也能用於類，以及類的子類。這表明使用TC，可以輕松地建造
非常復雜的流量控制。管理類的隊列規定可以稱為類隊列規定（class queueing disciplines）。
一般地，類隊列規定管理該類的數據和隊列，能決定延遲、丟掉或者重新分類它管理的包。
分類器或過濾器描述包，並且把他們映射到隊列規定所管理的類。
這些過濾器通常都提供簡單的描述語言，指定選擇包、把包映射到類的方法。
目前，TC可以使用的過濾器有：fwmark分類器，u32分類器，基於路由的分類器和RSVP分
類器（分別用於IPV6、IPV4）等；其中，fwmark分類器允許我們使用 Linux netfilter
代碼選擇流量，而u32分類器允許我們選擇基於 ANY 頭的流量 。所有的防火牆過濾器，
例如，ipchains，都能用來分類包。
TC代碼位於內核，不同的功能塊既能編譯為模塊，也能直接編進內核。
與內核代碼或模塊的通信和配置由用戶級程序tc完成。
2. 示例
2.1 編譯內核
首先要確保選中 Kernel/User netlink socket，因為只有這樣 tc 才能通過 netlink
與內核通訊。
然後，把隊列規定和分類器都編進內核。這其中包括：
QoS or fair queueing, CBQ packet scheduler, CSZ packet scheduler, the
simplest PRIO pseudoscheduler, RED queue, SFQ queue, TBF queue, QoS
support, rate estimator, packet classifier API, routing-tables-based
classifier, U32 classifier, special RSVP classifier 和 special RSVP
classifier for IPv6。
然後就是大家熟知的編譯和安裝過程了。
2.2 建立
[因特網] ---〈E3、T3 等〉--- [Linux 路由器] --- [Office+ISP]
eth1 eth0
上圖中的 Linux 路由器有兩個接口，不妨稱之為 eth0 和 eth1。eth1 連接到路由器，
eth0 連接到包括公司防火牆在內的子網上。
由於我們只能限制發送的內容，所以我們需要兩套獨立的、但可能非常相似的規則集。我
們可以通過改變發送次序來控制傳輸速率。通過修改 eth0 上的隊列，我們可以確定客戶
的下載（download）速率；通過修改 eth1 上的隊列，我們可以確定我們公司自己的用
戶的上載（upload）速率。
比如說，公司連接到因特網的線路帶寬為 10 兆，同時滿足外部客戶和公司自己用戶的需
要；此時，我們就需要一種策略，來進行管理和協調。CBQ 就可以滿足我們的要求。
我們有兩個主類：'ISP' 和 'Office'。我們可以決定，客戶有 8 兆的帶寬，Office
用戶有 2 兆的帶寬。
我們首先發布如下的命令：
# tc qdisc add dev eth0 root handle 10: cbq bandwidth 10Mbit avpkt 1000
其含義是：我們配置了 eth0 的隊列規定，root 表示這是根（root）規定，其句柄
（handle）設定為 10:’。
其類型為 CBQ。帶寬為 10 M，平均包大小為 1000 字節。
下面生成根類（root class）：
# tc class add dev eth0 parent 10:0 classid 10:1 cbq bandwidth 10Mbit rate
10Mbit allot 1514 weight 1Mbit prio 8 maxburst 20 avpkt 1000
這條命令其實不比前一條命令有更多的含義。其中，1514 是 MTU 的值。
下面生成 ISP 類：
# tc class add dev eth0 parent 10:1 classid 10:100 cbq bandwidth 10Mbit rate
8Mbit allot 1514 weight 800Kbit prio 5 maxburst 20 avpkt 1000
bounded
我們分配了 8 兆的帶寬給它，其中 bounded 表示該類不能超過該閥值。
下面生成 Office 類：
# tc class add dev eth0 parent 10:1 classid 10:200 cbq bandwidth 10Mbit
rate
2Mbit allot 1514 weight 200Kbit prio 5 maxburst 20 avpkt 1000
bounded
為了更清晰起見，我們的類可以用下圖表示：
+-------------[10: 10Mbit]-------------------------+
|+-------------[10:1 root 10Mbit]-----------------+|
|| ||
|| +-----[10:100 8Mbit]---------+ [10:200 2Mbit] ||
|| | | | | ||
|| | ISP | | Office | ||
|| | | | | ||
|| +----------------------------+ +------------+ ||
|| ||
|+------------------------------------------------+|
+--------------------------------------------------+
我們已經向內核通知了我們的類，我們還需要告訴內核如何管理隊列，如下所示：
# tc qdisc add dev eth0 parent 10:100 sfq quantum 1514b perturb 15
# tc qdisc add dev eth0 parent 10:200 sfq quantum 1514b perturb 15
這裡，我們使用了隨機公平隊列（sfq），在消耗 CPU 周期較少的情況下，其性能還是可
以接受的。其它一些隊列規定可能更好，但要占用較多的 CPU 資源。令牌桶過濾器也經
常使用。
下面還有一件事要作：告訴內核網絡包和類的映射關系。
# tc filter add dev eth0 parent 10:0 protocol ip prio 100 u32 match ip dst
150.151.23.24 flowid 10:200
# tc filter add dev eth0 parent 10:0 protocol ip prio 25 u32 match ip dst
150.151.0.0/16 flowid 10:100
這裡，我們假定 Office 位於防火牆 150.151.23.24 的後面，其它 IP 地址都屬於
ISP。
u32 匹配是一種比較簡單的匹配，我們可以使用 netfilter 生成更加復雜的匹配規則。
我們已經分配了下載帶寬，下面是上載帶寬的分配：
# tc qdisc add dev eth1 root handle 20: cbq bandwidth 10Mbit avpkt 1000
# tc class add dev eth1 parent 20:0 classid 20:1 cbq bandwidth 10Mbit rate
10Mbit allot 1514 weight 1Mbit prio 8 maxburst 20 avpkt 1000
# tc class add dev eth1 parent 20:1 classid 20:100 cbq bandwidth 10Mbit rate
8Mbit allot 1514 weight 800Kbit prio 5 maxburst 20 avpkt 1000
bounded
# tc class add dev eth1 parent 20:1 classid 20:200 cbq bandwidth 10Mbit rate
2Mbit allot 1514 weight 200Kbit prio 5 maxburst 20 avpkt 1000
bounded
# tc qdisc add dev eth1 parent 20:100 sfq quantum 1514b perturb 15
# tc qdisc add dev eth1 parent 20:200 sfq quantum 1514b perturb 15
# tc filter add dev eth1 parent 20:0 protocol ip prio 100 u32 match ip src
150.151.23.24 flowid 20:200
# tc filter add dev eth1 parent 20:0 protocol ip prio 25 u32 match ip src
150.151.0.0/16 flowid 20:100
這與前面的描述基本一致，所以就不做更多的解釋了。
注：
在前面的例子中，我們注意到：即使 ISP 客戶多數離線，我們的 Office 用戶也仍然只
有 2 M 的帶寬，這是相當浪費的。我們可以刪掉 'bounded' 參數，這樣，各類之間就
可以相互借用帶寬了。
但是，某些類也許不希望向其它類借用帶寬；比如，一條線路上的兩個互為競爭對手的
ISP 的情況。在這種情況下，我們可以加上關鍵字 'isolated'。
3. 結束語
目前，Linux 所提供的 QoS（服務質量）是所有操作系統中最復雜、最完善的。另外，
BSD 的 ALTQ 應該說也相當不錯；但是，在復雜性、靈活性和可擴展性等方面要落後
Linux 一大截。我不太清楚微軟的產品是否提供了這方面的功能。Sun 的 Solaris 提供
了 CBQ 和 RSVP 的功能。
Linux 也支持 IETF diffserv 特征。
Linux 在 QoS 方面眾多的特征，將極大提升 Linux 的市場占有率。
