Linux下的网络输入输出流量的带宽控制（2015-11-23更新）

Linux下的网络输入输出流量的带宽控制

整理者：赤子玄心

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大家有什么不明白的地方，或者想要详细了解的地方可以联系我，我会认真回复的

1 概念

Linux中可以对不同网卡的网络输入输出的数据包做复杂的带宽控制，可以做到针对输入或输出的数据包的不同的源发地址、不同的源发端口、不同的目的地址、不同的目的端口做不同的带宽控制。

Linux中的QoS分为入口(Ingress)部分和出口(Egress)部分，入口部分主要用于进行输入流量的带宽控制，出口部分主要用于进行输出流量的带宽控制。

Linux是通过队列对网络流量进行带宽控制，大多数队列(qdisc)都是用于输出流量的带宽控制，例如HTB队列等，而输入流量只有一个队列，即Ingress队列。HTB队列的可以设置复杂的队列规则，从而灵活的控制输出流量的带宽，而ingress队列的功能很简单，不可指定复杂的队列规则，但可以重定向数据包incoming packets。如果要对输入流量做复杂的带宽控制，可以通过Ingress队列把输入流量重定向到虚拟设备ifb，然后对虚拟设备ifb的输出流量配置HTB队列，就能达到对输入流量设置复杂的队列规则。

Linux的每个网络设备上，默认都会有一个输出队列，默认没有输入队列。添加新的输出队列会覆盖默认的输出队列。

当队列的带宽被占满时，操作系统就会延迟发送数据包，再不行就丢包。

2 HTB队列

2.1 模型

2.2 简介

队列等级划分：一个HTB队列有且只有一个根分类，一个根分类下可以有零至多个主分类，一个主分类下可以有零至多个子分类，一个子分类下还可以有零至多个子分类，……

所有分类的流量统计是在这个分类的入口做的。

所有分类的流量带宽控制是在这个分类的通道里做的。

只有根分类入口上能添加过滤器，其他队列入口只做分流，即使添加过滤器也不会触发。

过滤器只能把数据包扔给最底层的队列，如果该队列有子分类，则数据包不能扔给这个队列，因为有子分类的主分类或子分类是没有队列通道的。注意：如果一定要扔给父队列，这个过滤器能添加成功，且过滤器还能匹配成功，但是数据包就是不走这个队列。

经过测试，发现子分类的带宽不受父分类的带宽控制。

网络设备名：网络设备的名字，一般叫ethX，用ifconfig或ip link命令查看。

虚拟网络设备名：虚拟网络设备的名字，一般叫ifbX，用ifconfig或ip link命令查看。

优先级：优先处理的等级，为整数，数值越低优先级越高。经过测试，发现htb队列的优先级高低没有对数据包产生影响。

队列的优先级由高到低为0、1、2、3、4、5、6、7，最高为0，最低为7。如果过滤器的优先级为0，会导致无法删除此过滤器。

3 输出流量控制

注意：tc命令都是实时生效的。

3.1 查看根分类

Shell命令：tc [-s] qdisc show dev 网络设备名

注意：-s选项表示显示网络流量信息。

例如：tc qdisc show dev eth0

解释：查看eth0设备的队列信息。

例如：tc -s qdisc show dev eth1

解释：查看eth1设备的队列信息，并显示队列的网络流量信息。

3.2 添加根分类

Shell命令：tc qdisc add dev 网络设备名 root [handle 根分类句柄] htb [default 默认分类句柄]

注意：如果指定了默认分类句柄，当数据包在不被任何过滤器匹配成功时候，就走默认分类。如果指定的默认分类不存在或不指定，数据包就走根分类。

注意：如果要指定根分类句柄，那么其范围必须是大于等于1、小于等于ffff的十六进制数值。如果是其他数值或不指定，则会出现随机的句柄。

例如：tc qdisc add dev eth0 root htb

解释：在eth0设备上添加HTB队列的根分类，队列句柄为随机，默认分类为根分类。

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

解释：在eth0设备上添加HTB队列的根分类，队列句柄为1:，默认分类为根分类。

例如：tc qdisc add dev eth1 root handle 2: htb default 2:1

解释：在eth1设备上添加HTB队列的根分类，队列句柄为2:，默认分类句柄为2:1的分类。

3.3 删除根分类

Shell命令：tc qdisc del dev 网络设备名 root

3.4 查看主分类或子分类

Shell命令：tc [-s] class show dev 网络设备名

注意：-s选项表示显示网络流量信息。

3.5 添加主分类或子分类

Shell命令：tc class add dev 网络设备名 [parent 父分类句柄] classid 该分类句柄 htb rate 保留带宽{MBps|KBps|Bps|Mbit|Kbit|bit} [ceil 共享带宽{MBps|KBps|Bps|Mbit|Kbit|bit}] [prio 优先级]

注意：如果指定的父队列句柄不存在或不指定时，则父分类就是根分类。

注意：如果不指定共享带宽，则共享带宽和保留带宽一样。

注意：如果指定的优先级为负数，则会导致命令执行失败。如果指定的优先级大于等于8，则优先级实际会设置成7。如果不指定优先级，则优先级实际会设置成0。

bit表示位每秒传输

Bps表示字节每秒传输

KBps表示千字节每秒传输

MBps表示兆字节每秒传输

1MBps=1000KBps

1KBps=1000Bps

使用Mbit、Kbit、bit单位控制输出流量带宽时，会导致控制不准，控制输入流量带宽时没问题。

使用MBps、KBps、Bps单位控制输入输出流量带宽都很准。

例如：tc class add dev eth0 classid 1:1 htb rate 100MBps

解释：在eth0设备上添加主分类，父分类默认为根分类，该分类句柄为1:1，保留带宽为100MBps（800000Kbit），共享带宽默认与保留带宽一样，优先级默认为0。

例如：tc class add dev eth0 parent 1:1 classid 1:2 htb rate 50MBps ceil 100MBps prio 1

解释：在eth0设备上添加子分类，父分类为1:1，该分类句柄为1:2，保留带宽为50MBps（400000Kbit），共享带宽为100MBps（800000Kbit），优先级为1。

3.6 修改主分类或子分类

Shell命令：tc class change dev 网络设备名 classid 分类句柄 htb rate 保留带宽{MBps|KBps|Bps|Mbit|Kbit|bit} [ceil 共享带宽{MBps|KBps|Bps|Mbit|Kbit|bit}] [prio 优先级]

注意：保留带宽是必须要填的，且无法修改父分类。

注意：如果不指定共享带宽，则共享带宽和保留带宽一样。

注意：如果指定的优先级为负数，则会导致命令执行失败。如果指定的优先级大于等于8，则优先级实际会设置成7。如果不指定优先级，则优先级实际会设置成0。

3.7 删除主分类或子分类

Shell命令：tc class del dev 网络设备名 classid 分类句柄

注意：如果有过滤器的与要删除的队列有关联，必须先删除过滤器，然后才能删除该队列。

注意：如果要删除的队列有子队列时，必须先删除子队列，然后才能删除该队列。

3.8 查看过滤器

Shell命令：tc [-s] filter {show|ls} dev 网络设备名

3.9 添加过滤器

Shell命令：tc filter add dev 网络设备名 parent 根分类句柄 protocol ip [prio 优先级] u32 [match ip src 源发IP地址/XX] [match ip sport XXX 0xffff] [match ip dst 目的IP地址/XX] [match ip dport XXX 0xffff] flowid 分类句柄

注意：如果优先级为0或不指定，则优先级实际会设置成很大的一个数，也就是说优先级很低。

3.10 删除过滤器

删除指定优先级的所有过滤器：tc filter del dev 网络设备名 prio 优先级

删除指定句柄的单个过滤器：tc filter del dev 网络设备名 parent 根分类句柄 protocol ip prio 优先级 handle 句柄 u32

4 输入流量控制

加载虚拟网络设备驱动：

modprobe ifb

启用虚拟网络设备：

ip link set dev 虚拟网络设备名 up [txqueuelen 1000]

给网络设备添加ingress队列，ingress队列用于对输入流量控制：

tc qdisc add dev 网络设备名 ingress

注意：ingress队列的句柄默认是ffff:，无法修改。

将网络设备的输入流量重定向到虚拟网络设备的输出流量上：

tc filter add dev 网络设备名 parent ffff: protocol ip u32 match u32 0 0 flowid 1:1 action mirred egress redirect dev 虚拟网络设备名

5 tc命令

tc qdisc

tc class {add | replace | change | del}

tc filter

6 例子

l 一个：

以下eth1为内网网卡地址

tc qdisc del dev eth1 root #删除以前的队列

tc qdisc add dev eth1 root handle 1: htb #开启限速规则为htb(分层令牌桶)

tc class add dev eth1 parent 1: classid 1:1 htb rate 3mbit burst 15k #规划限制带宽为3M峰值15k

tc qdisc add dev eth1 parent 1:1 handle 10: sqf perturb 10 #设定平均分配带宽

tc filter add dev eth1 protocol ip parent 1:0 prio 1 u32 match ip dst 192.168.8.17 flowid 1:1 #限制192.168.8.17速度为3mbit