[发明专利]一种扩展令牌桶过滤器流量控制排队方法

说明书

技术领域

本发明属于网络技术领域，具体涉及一种扩展令牌桶过滤器流量控制排队方法。

背景技术

现在一些小区、楼层、小的企事业单位，由于大量的下载上传以及共享上网的普遍使用，并且缺乏一种规范的管理机制，所以经常导致网络流量激增，甚至拥塞。为了提高网络的使用质量，同时保证用户能够公平的使用网络的带宽，需要流量控制功能模块来限制外出流量。Linux的流量控制模块（TC）提供了强大的流量控制功能（如HTB、CBQ 、TBF 等排队规则（QDISC）算法以及fw、U32 等过滤器（filter） 算法），它主要是由三种对象即排队规则(QDISC)、类别(CLASS)和过滤器(filter)实现流量的处理。 这三种对象相互配合，即可实现强大的流量控制功能。虽然Linux 流量控制模块功能很强大，但是要实现对一个子网内的主机公平控制(即分配相同带宽)，需要包含相当多的排队规则(QDISC) 、类别（CLASS）和过滤器(filter)。如果仅用一个排队规则(QDISC)控制一个子网内的所有主机，这个排队规则(QDISC)控制的所有主机的数据包是相互占用带宽的， 实现不了对每台主机进行精确控制。如果要对每台主机进行流量控制，现在一般的解决方案是利用大量排队规则(QDISC) ,类别（CLASS）和过滤器(filter)的组合实现——首先需要建一个可分类排队规则(QDISC)， 然后在此排队规则(QDISC) 下包含多个类别（CLASS）， 再在类别（CLASS）下包含第二级排队规则（QDISC,如TBF）， 最后利用过滤器 (filter，如 fw、U32算法等)将主机的数据包根据IP等分配到第二级排队规则（QDISC）上， 每一个IP由一个排队规则（QDISC）控制。 显然随着主机数目的增加，排队规则(QDISC) ,类别（CLASS）和过滤器(filter)的数目也是非常可观的， 而规则过多会影响系统的性能。

在现有的流量控制排队规则（QDISC）算法中，令牌桶过滤器算法（TBF）是一种很精确的流量控制方式,它对网络和处理器的影响都很小，令牌桶过滤器(TBF)的控制机制是基于令牌桶中是否存在令牌来指示什么时候可以发送数据包。令牌桶中的每一个令牌都代表一个字节。如果令牌桶中存在令牌，则允许发送流量；而如果令牌桶中不存在令牌，则不允许发送流量。但传统的TBF 算法只能精确控制一个IP, 如果用一个令牌桶过滤器排队规则(TBF QDISC) 控制多个IP，这些IP 之间会相互占用带宽。如果对一个地址段内的每个IP 公平分配固定带宽,必须使用大量的（TBF QDISC、CLASS、filter）组合。但是这同样存在两个问题：1）随着排队规则(QDISC) ,类别（CLASS）和过滤器(filter)数目的增加，系统系能会急剧下降；2）有多少IP 就等有多少个（CLASS、QDISC、filter）组合，过多的排队队列影响了配置效率。

 

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，基于令牌桶过滤器(TBF）算法进行扩展，提出了一种扩展令牌桶过滤器（ETBF）流量控制排队方法。其原理是以IP 地址为基础扩展了令牌桶过滤器算法(TBF)的令牌桶个数，一个令牌桶控制一个IP的数据包，当一个数据包到来时，检查数据包的IP，并分配到相应的队列中，每个队列会有一个相应的令牌桶对数据包进行控制。所以一个扩展令牌桶过滤器排队规则(ETBF QDISC) 即可以对局域网内的主机公平分配固定相同的带宽，杜绝了主机之间相互占用带宽的缺点，从而达到了多个令牌桶过滤器排队规则(TBF QDISC) 才能达到的效果。相比于多条排队规则(QDISC) ,类别（CLASS）和过滤器(filter)组合，一方面大大减少了系统资源的占用，另一方面也明显提高了系统配置的效率。同时扩展令牌桶过滤器（ETBF）算法也继承了令牌桶过滤器（TBF）算法控制精确、对系统影响小的优点。 

本发明的技术方案为：一种扩展令牌桶过滤器流量控制排队方法，所述方法包括配置处理模块、 入队处理模块、重入队处理模块和出队处理模块，以IP地址的数目来确定令牌桶的个数，每一个令牌桶对应一个队列来存储数据包，当一个数据包到达时，可根据数据包的源地址或者目的地址将此数据包放入对应的队列的末尾，如果没有相匹配的队列则放入到默认序列中，通过入队处理模块、重入队处理模块和出队处理模块对队列的处理，实现流量控制，对局域网内的主机公平分配固定相同的带宽。

配置处理模块对令牌桶的个数以及每个令牌桶的速率进行设定，每个令牌桶的速率相同。