歡迎來到Linux教程網
Linux教程網
Linux教程網
Linux教程網
Linux教程網 >> Unix知識 >> 關於Unix >> Linux的帶寬管理系統

Linux的帶寬管理系統

日期:2017/3/6 15:39:49   编辑:關於Unix
Linux包含復雜的帶寬管理系統TC(流量控制,TrafficControl)。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(queueingdiscipline)、類(class)和分類器 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:

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。

Copyright © Linux教程網 All Rights Reserved