Linux下TC以及netem的使用

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1、一：综述： linux系统中的流量控制器（TC）主要是在输出端口处建立一个队 列进行流量控制。 TC是一个可以根据数据包的任何一个部分的特征对其进行分类的 工具，并且可以为各类数据提供不同带宽，从而控制他们的传输速度。 TC是iproute2的一部分，集成在2.2.及以上版本的内核中，还可以与 linux内核里的各种架构（如Netfilter netem）协同工作。 ：TC 的组件 TC主要由队列规定（qdisc），类（class）和过滤器（filter）这3个 组件组成，绘图中一般用圆形表示队列规定，用矩形表示类： 1 > 11： 10： 1 1： 1 1： 11

2、 1： 14 1： 12 1： 13 1： 10 10 10:2 1:qdisc：TC 的核心组件，也被称为队列，是管理网卡输入，输出数据 的一个算法，用于确定数据包的发送方式。 队列规定可分为两类： (1) 不分类的qdisc：内部不包含可配置的子类，对进入队列的数据 包不进行区分对待，而只是对数据包进行重新编排，延迟发送 或者丢弃，主要有：pfifo-fast.TBF.SFQ等 (2) 分类队列规定：内部可包含一个或多个子类，使用过滤器对数 据包进行分类，然后交给相应的子类处理，分类队列规定有 CBQ HTB 等 2：类： 就是数据的类别，各种数据通过过滤器进行分

3、类，最后被放入 类的队列规定里面进行排队。 如果一个类没有子类，那么这个类被称为叶子类，否则就被成 为内部类。1： 1 和 1： 12 是内部类，其他均为叶子类，叶子类有一 个负责为这个类发送数据的队列规定，而且这个qdisc可以是分类的， 如1： 10有一个分类的队列规定。TC中通常把类的队列规定称为叶 子qdisc (只有叶子类才有队列规定) 3：过滤器 就是一些规则，根据这些规则对数据包进行分类，过滤器可以 属于队列规定，也可以属于内部类，若需要在叶子类上再实现分类， 那就必须将过滤器与叶子类的分类队列规定关联起来，而不能与叶子 类相关联。 最常用的是U32过滤器，由一个过滤器和

4、一个动作组成，选择 器用来对数据包进行匹配，一旦匹配成功就执行该动作。 三：TC的结构 都是以一个根qdisc开始的，若根qdisc是不分类的队列规定，那 它就没有子类，因此不可能包含其他的子对象，也不会有过滤器与之 关联，发送数据时，数据包进入这个队列里面排队，然后根据该队列 规定的处理方式将数据包发送出去。 分类的 qdisc 内部包含一个或多个类，而每个类可以包含一个队列 规定或者包含若干个子类，这些子类友可以包含分类或者不分类的队 列规定，如此递归，形成了一个树。 句柄号：qdisc和类都使用一个句柄进行标识，且在一棵树中必须 是唯一的，每个句柄由主号码和次号码组成qdisc的

5、次号码必须为0 （0 通常可以省略不写） 根qdisc的句柄为1：，也就是1： 0。类的句柄的主号码与它的父 辈相同（父类或者父qdisc），如类1： 1的主号码与包含他的队列规 定1：的主号码相同， 1： 10和1： 11与他们的父类1： 1的主号码相 同，也为1。 新建一个类时，默认带有一个 pfifo_fast 类型的不分类队列规定， 当添加一个子类时，这个类型的qdisc就会被删除，所以，非叶子类 是没有队列规定的，数据包最后只能到叶子类的队列规定里面排队。 若一个类有子类，那么允许这些子类竞争父类的带宽，但是，以 队列规定为父辈的类之间是不允许相互竞争带宽的。 四：TC的工作

6、原理： 对互联网而言，一切都是数据包，操控网络实际上是在操控数据 包，操控它如何产生，路由，传输，分片等等。TC在数据包离开系 统的时候进行控制，在 IP 层与网卡之间做手脚，实际上，负责将数 据包传递到物理层的正是TC模块，这意味着在系统内核中，TC作为 数据包的调度者是一直运作的，甚至在你不想用他的时候，一般情况 下， TC 维持 一个先进先出的数据队列。 数据包入队的时候首先调用根队列规定的过滤器，根据过滤器定 义的规则将数据包交给某个类，如果该类不是叶子类，将会调用该类 定义的过滤器进一步分类，若该类没有定义过滤器，就会交给包含他 的队列规定的默认类来处理，若接收到数据包的类是叶子

7、类，数据包 将进入到叶子类的队列规定里面排队，需要注意的是：过滤器只能将 数据包交给某个类，类再将数据包放入自己的队列规定进行排队，而 不能直接交给某个队列规定。 接受包从数据接口进来后，经过流量限制，丢弃不合规定的数据 包，然后输入多路分配器判断：若接受包的目的地是本主机，那么将 该包送给上册处理，否则需转发，将接受包交到转发块处理。转发块 同时也接收本主机上层产生的包。转发块通过查看路由表，决定所处 理包的下一跳，然后对包排序以便将他们传送到输出接口。 Linux的TC主要是在输出接口排列时进行处理和实现的。 五:TC命令 1： add命令：在一个节点里加入一个qdisc,类或者过

8、滤器。添加时， 需要传递一个祖先作为参数，传递参数时既可以使用 ID 也可以直接 传递设备的根，若建一个qdisc或者filter，可以使用句柄来命名，若 建一个类，使用类识别符来命名。 2： remove:删除由某个句柄指定的qdisc，根qdisc也可以被删除， 被删除的qdisc上的所有子类以及附属于各个类的过滤器都会被自动 删除。 3： change：以替代方式修改某些项目，句柄和祖先不能修改，change 和 add 语法相同。 4： replace:对一个现有节点进行近于原子操作的删除/添加，如果节 点不存在，这个命令就会建立节点。 5： link:只适用于qdisc，替代

9、一个现有的节点 tc qdisc [add|change|replace|link] dev DEV [parent qdisc-id |root] [handle qdisc-id ] qdisc [qdisc specific parameters] tc class [add|change|replace] dev DEV parent qdisc-id [classid class-id] qdisc [qdisc specific parameters] tc filter [add|change|replace] dev DEV [parent qdisc-id|root]

10、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 六：TBF队列：(令牌桶队列) tc qdisc add tbf limit BYTES burst BYTES rate KBPS [mtu BYTES] [peakrate KBPS] [latency TIME] [overhead

11、 BYTES] [linklayer TYPE] rate 是第一个令牌桶的填充速率 peakrate 是第二个令牌桶的填充速率 peakrate>rate burst 是第一个令牌桶的大小 mtu 是第二个令牌桶的大小 burst>mtu 若令牌桶中令牌不够，数据包就需要等待一定时间， 这个时间由 latency 参数控制，如果等待时间超过 latency,那么这个包就会被丢弃 limit参数是设置最多允许多少数据可以在队列中等待 latency=max((limit-burst)/rate,(limit-mtu)/peakrate); burst 应该大于 mtu 和 rate

12、 overhead 表示 ADSL 网络对数据包的封装开销 linklayer 指定了链路的类型，可以是以太网或者 ATM 或 ADSL ATM和ADSL报头开销均为5个字节。 七：netem模块 netem 提供网络方针的功能，可以方针广域网的可 变时延，丢包，数据包副本和重排序等性质。 netem被包含在内核中的iproute2中，netem模块 被 TC 控制调用。 netem 包含两部分： （1） qdisc的内核模块：被整合到内核中 （2） 配置该模块的命令行功能:iproute2的一 部分 两者通过 netlink 套接字练习，命令行将其请求 编成一种格式，而内

13、核进行解码。 1：模拟时延： 例：#tc qdisc add dev ethO root netem delay 100ms 所有经过 eth 设备输出的数据包均延迟 100ms #tc qdisc change dev eth0 root netem delay 100ms 10ms 表示延迟具有随机性，延时范围是 100+_10ms #tc qdisc change dev eth0 root netem delay 100ms 10ms 25% 表示延时范围是： 100+_10ms*25% 2:延时的分布： 在实际网络中，延时并不是均匀分布的，更像正态分 布 #tc qd

14、isc change dev eth0 root netem delay 100ms 20ms distribution normal 注意：分配(如 normal, pareto, paretonormal) 是 iproute2编译出放在/usr/lib/tc下的，所以可以编译出 自己的分布 3：丢包 可设置的最小丢包率为 232=0.000 000 0232% #tc qdisc change dev eth0 root netem loss 0.1% 表示 0.1%的随机性丢包 #tc qdisc change dev eth0 root netem loss 0.3% 25%

15、 引起 0.3%的丢包率 25%指的是相关性，相关性可以用来模拟突发造成的 丢包 4：数据包副本 #tc qdisc change dev eth0 root netem duplicate 1% 5:数据包冲突错误： 实际网络中的随即噪声会导致包出错，可以用 corrupt option 模块模拟 #tc qdisc change dev eth0 root netem corrupt 0.1% 会引起 0.1%的出错 6：数据包重排序 #tc qdisc change dev eth0 root netem gap 5 delay 10ms 只有5的倍数的数据包不被延迟，其他均

16、延迟10ms #tc qdisc change dev eth0 root netem delay 10ms recorder 25% 50% 25%的数据包被立即发送，其他包被延迟10ms 这里50%指的是 25%的数据包具有的相关性 另外随机延迟的不同也会导致重排序 在构造丢包时，线性相关系数用来设定丢包的分布情 况，若为0 ，表示丢包随机：从0- 1 ，表示丢包的分布 趋于集中。比如设定丢包率为 10%，线性相关系数为 1，则表示每 100 个数据包丢 10 个，但是这十个包非 常集中（有可能20个连续包就丢了10个），需要特别 说明的是，实际的丢包效果绝不是一个精确的数字， 更多的是一个统计数。