Linux流量控制中的HTB隊列創(chuàng)建與過濾
眾所周知，在互聯(lián)網(wǎng)誕生之初都是各個高校和科研機構相互通訊，并沒有Linux流量控制方面的考慮和設計，IP協(xié)議的原則是盡可能好地為所有數(shù)據(jù)流服務，不同的數(shù)據(jù)流之間是平等的。然而多年的實踐表明，這種原則并不是最理想的，有些數(shù)據(jù)流應該得到特別的照顧， 比如，遠程登錄的交互數(shù)據(jù)流應該比數(shù)據(jù)下載有更高的優(yōu)先級。
針對不同的數(shù)據(jù)流采取不同的策略，這種可能性是存在的。并且，隨著研究的發(fā)展和深入， 人們已經提出了各種不同的管理模式。IETF已經發(fā)布了幾個標準， 如綜合服務(Integrated Services)、區(qū)分服務(Diferentiated Services)等。其實，Linux內核從2 2開始，就已經實現(xiàn)了相關的流量控制功能。本文將介紹Linux中有關流量控制的相關概念， 用于Linux流量控制的工具TC的使用方法，并給出幾個有代表性實例。
一、相關概念
由此可以看出， 報文分組從輸入網(wǎng)卡(入口)接收進來，經過路由的查找， 以確定是發(fā)給本機的，還是需要轉發(fā)的。如果是發(fā)給本機的，就直接向上遞交給上層的協(xié)議，比如TCP，如果是轉發(fā)的， 則會從輸出網(wǎng)卡(出口)發(fā)出。網(wǎng)絡流量控制通常發(fā)生在輸出網(wǎng)卡處。雖然在路由器的入口處也可以進行流量控制，Linux也具有相關的功能， 但一般說來， 由于我們無法控制自己網(wǎng)絡之外的設備， 入口處的Linux流量控制相對較難。本文將集中介紹出口處的流量控制。流量控制的一個基本概念是隊列(Qdisc)，每個網(wǎng)卡都與一個隊列(Qdisc)相聯(lián)系， 每當內核需要將報文分組從網(wǎng)卡發(fā)送出去， 都會首先將該報文分組添加到該網(wǎng)卡所配置的隊列中， 由該隊列決定報文分組的發(fā)送順序。因此可以說，所有的Linux流量控制都發(fā)生在隊列中，詳細流程圖見圖1。
圖1報文在Linux內部流程圖
有些隊列的功能是非常簡單的， 它們對報文分組實行先來先走的策略。有些隊列則功能復雜，會將不同的報文分組進行排隊、分類，并根據(jù)不同的原則， 以不同的順序發(fā)送隊列中的報文分組。為實現(xiàn)這樣的功能，這些復雜的隊列需要使用不同的過濾器(Filter)來把報文分組分成不同的類別(Class)。這里把這些復雜的隊列稱為可分類(ClassfuI)的隊列。通常， 要實現(xiàn)功能強大的Linux流量控制， 可分類的隊列是必不可少的。因此，類別(class)和過濾器(Filter)也是流量控制的另外兩個重要的基本概念。圖2所示的是一個可分類隊列的例子。
圖2多類別隊列
由圖2可以看出，類別(CIass)和過濾器(Filter)都是隊列的內部結構， 并且可分類的隊列可以包含多個類別，同時，一個類別又可以進一步包含有子隊列，或者子類別。所有進入該類別的報文分組可以依據(jù)不同的原則放入不同的子隊列或子類別中，以此類推。而過濾器(Filter)是隊列用來對數(shù)據(jù)報文進行分類的工具， 它決定一個數(shù)據(jù)報文將被分配到哪個類別中。
二、使用TC
在Linux中，Linux流量控制都是通過TC這個工具來完成的。通常， 要對網(wǎng)卡進行流量控制的配置，需要進行如下的步驟:
◆ 為網(wǎng)卡配置一個隊列;
◆ 在該隊列上建立分類;
◆ 根據(jù)需要建立子隊列和子分類;
◆ 為每個分類建立過濾器。
在Linux中，可以配置很多類型的隊列，比如CBQ、HTB等，其中CBQ 比較復雜，不容易理解。HTB(HierarchicaIToken Bucket)是一個可分類的隊列， 與其他復雜的隊列類型相比，HTB具有功能強大、配置簡單及容易上手等優(yōu)點。在TC 中， 使用"major:minor"這樣的句柄來標識隊列和類別，其中major和minor都是數(shù)字。
對于隊列來說，minor總是為0，即"major:0"這樣的形式，也可以簡寫為"major: 比如，隊列1:0可以簡寫為1:。需要注意的是，major在一個網(wǎng)卡的所有隊列中必須是惟一的。對于類別來說，其major必須和它的父類別或父隊列的major相同，而minor在一個隊列內部則必須是惟一的(因為類別肯定是包含在某個隊列中的)。舉個例子，如果隊列2:包含兩個類別，則這兩個類別的句柄必須是2:x這樣的形式，并且它們的x不能相同， 比如2:1和2:2。
下面，將以HTB隊列為主，結合需求來講述TC的使用。假設eth0出口有100mbit/s的帶寬， 分配給WWW 、E-mail和Telnet三種數(shù)據(jù)流量， 其中分配給WWW的帶寬為40Mbit/s，分配給Email的帶寬為40Mbit/s， 分配給Telnet的帶寬為20Mbit/S。
需要注意的是， 在TC 中使用下列的縮寫表示相應的帶寬:
◆ Kbps kiIobytes per second， 即"千字節(jié)每秒 ;
◆ Mbps megabytes per second， 即"兆字節(jié)每秒 ，
◆ Kbit kilobits per second，即"千比特每秒 ;
◆ Mbit megabits per second， 即"兆比特每秒 。#p#
三、創(chuàng)建HTB隊列
有關隊列的TC命令的一般形式為:
- #tc qdisc [add|change|replace|link] dev DEV [parent qdisk-id|
root][handle qdisc-id] qdisc[qdisc specific parameters]
首先，需要為網(wǎng)卡eth0配置一個HTB隊列，使用下列命令:
- #tc qdisc add dev eth0 root handle 1:htb default 11
這里，命令中的"add 表示要添加，"dev eth0 表示要操作的網(wǎng)卡為eth0。"root 表示為網(wǎng)卡eth0添加的是一個根隊列。"handle 1: 表示隊列的句柄為1:。"htb 表示要添加的隊列為HTB隊列。命令***的"default 11 是htb特有的隊列參數(shù)，意思是所有未分類的流量都將分配給類別1:11。
四、為根隊列創(chuàng)建相應的類別
有關類別的TC 命令的一般形式為:
- #tc class [add|change|replace] dev DEV parent qdisc-id
[classid class-id] qdisc [qdisc specific parameters]
可以利用下面這三個命令為根隊列1創(chuàng)建三個類別，分別是1:1 1、1:12和1:13，它們分別占用40、40和20mb[t的帶寬。
- #tc class add dev eth0 parent 1: classid 1:1 htb rate 40mbit ceil 40mbit
- #tc class add dev eth0 parent 1: classid 1:12 htb rate 40mbit ceil 40mbit
- #tc class add dev eth0 parent 1: cllassid 1:13 htb rate 20mbit ceil 20mbit
命令中，"parent 1:"表示類別的父親為根隊列1:。"classid1:11"表示創(chuàng)建一個標識為1:11的類別，"rate 40mbit"表示系統(tǒng)
將為該類別確保帶寬40mbit，"ceil 40mbit"，表示該類別的***可占用帶寬為40mbit。
五、為各個類別設置過濾器
有關過濾器的TC 命令的一般形式為:
- #tc filter [add|change|replace] dev DEV [parent qdisc-id
|root] protocol protocol prio priority filtertype [filtertype
specific parameters] flowid flow-id
由于需要將WWW、E-mail、Telnet三種流量分配到三個類別，即上述1:11、1:12和1:13，因此，需要創(chuàng)建三個過濾器，如下面的三個命令:
- #tc filter add dev eth0 protocol ip parent 1:0 prio 1 u32 match ip dport 80 0xffff flowid 1:11
- #tc filter add dev eth0 prtocol ip parent 1:0 prio 1 u32 match ip dport 25 0xffff flowid 1:12
- #tc filter add dev eth0 protocol ip parent 1:0 prio 1 u32 match ip dport 23 oxffff flowid 1:13
這里，"protocol ip"表示該過濾器應該檢查報文分組的協(xié)議字段。"pr[o 1" 表示它們對報文處理的優(yōu)先級是相同的，對于不同優(yōu)先級的過濾器， 系統(tǒng)將按照從小到大的優(yōu)先級。
順序來執(zhí)行過濾器， 對于相同的優(yōu)先級，系統(tǒng)將按照命令的先后順序執(zhí)行。這幾個過濾器還用到了u32選擇器(命令中u32后面的部分)來匹配不同的數(shù)據(jù)流。以***個命令為例，判斷的是dport字段，如果該字段與Oxffff進行與操作的結果是8O，則"flowid 1:11" 表示將把該數(shù)據(jù)流分配給類別1:1 1。更加詳細的有關TC的用法可以參考TC 的手冊頁。
六、復雜的實例
在上面的例子中， 三種數(shù)據(jù)流(www、Email、Telnet)之間是互相排斥的。當某個數(shù)據(jù)流的流量沒有達到配額時，其剩余的帶寬并不能被其他兩個數(shù)據(jù)流所借用。在這里將涉及如何使不同的數(shù)據(jù)流可以共享一定的帶寬。
首先需要用到HTB的一個特性， 即對于一個類別中的所有子類別，它們將共享該父類別所擁有的帶寬，同時，又可以使得各個子類別申請的各自帶寬得到保證。這也就是說，當某個數(shù)據(jù)流的實際使用帶寬沒有達到其配額時， 其剩余的帶寬可以借給其他的數(shù)據(jù)流。而在借出的過程中，如果本數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)量增大，則借出的帶寬部分將收回， 以保證本數(shù)據(jù)流的帶寬配額。
下面考慮這樣的需求， 同樣是三個數(shù)據(jù)流WWW、E-mail和Telnet， 其中的Telnet獨立分配20Mbit/s的帶寬。另一方面，VWVW 和SMTP各自分配40Mbit/s。同時，它們又是共享的關系， 即它們可以互相借用帶寬。如圖3所示。
圖三
需要的TC命令如下:
- #tc qdisc add dev eth0 root handle 1: htb default 21
- #tc class add dev eth0 partent 1: classid 1:1 htb rate
20mbit ceil 20mbit- #tc class add dev eth0 parent 1: classid 1:2 htb rate
80mbit ceil 80mbit- #tc class add dev eth0 parent 1: classid 1:21 htb rate
40mbit ceil 20mbit- #tc class add dev eth0 parent 1:2 classid 1:22 htb rate
40mbit ceil 80mbit- #tc filter add dev eth0 protocol parent 10 prio 1 u32
match ip dport 80 0xffff flowid 1:21- #tc filter add dev eth0 protocol parent 1:0 prio 1 u32
match ip dport 25 0xffff flowid 1:22- #tc filter add dev eth0 protocol parent 1:0 prio 1 u32
match ip dport 23 0xffff flowid 1:1
這里為根隊列1創(chuàng)建兩個根類別，即1:1和1:2,其中1:1對應Telnet數(shù)據(jù)流，1:2對應80Mbit的數(shù)據(jù)流。然后，在1:2中，創(chuàng)建兩個子類別1:21和1:22，分別對應WWW和E-mail數(shù)據(jù)流。由于類別1:21和1:22是類別1:2的子類別，因此他們可以共享分配的80Mbit帶寬。同時，又確保當需要時，自己的帶寬至少有40Mbit。
從這個例子可以看出，利用HTB中類別和子類別的包含關系，可以構建更加復雜的多層次類別樹，從而實現(xiàn)的更加靈活的帶寬共享和獨占模式，達到企業(yè)級的帶寬管理目的。
【編輯推薦】
