令牌桶技术详解：网络流量控制的关键机制

令牌桶技术详解：网络流量控制的关键机制

令牌桶可以看作是一个存放一定数量令牌的容器。系统按设定的速度向桶中放置令牌，当桶中令牌满时，多出的令牌溢出，桶中令牌不再增加。

在使用令牌桶对流量进行评估时，是以令牌桶中的令牌数量是否足够满足报文的转发为依据的。如果桶中存在足够的令牌可以用来转发报文，称流量遵守或符合约定值，否则称为流量超标或不符合约定值。

关于令牌桶处理报文的方式，RFC中定义了两种标记算法：

• 单速率三色标记（single rate three color marker，srTCM，或称为单速双桶算法）算法，主要关注报文尺寸的突发。
• 双速率三色标记（two rate three color marker，trTCM，或称为双速双桶算法）算法，主要关注报文速率的突发。

两种算法的评估结果都是为报文打上红、黄、绿三种颜色的标记，所以称为“三色标记”。QoS会根据报文的颜色做相应的处理，两种算法都可以工作于色盲模式和色敏模式下。以下以色盲模式为例对标记算法进行详细介绍。

单速双桶

单速双桶采用单速三色标记器srTCM（Single Rate Three Color Marker）算法对流量进行测评，根据评估结果为报文打颜色标记，即绿色、黄色和红色。

图1单速双桶示意图

如图1所示，为方便描述将两个令牌桶称为C桶和E桶，用Tc和Te表示桶中的令牌数量。单速双桶有3个参数：

• CIR：承诺信息速率，表示向C桶中投放令牌的速率，即C桶允许传输或转发报文的平均速率；
• CBS：承诺突发尺寸，表示C桶的容量，即C桶瞬间能够通过的承诺突发流量；
• EBS（Excess Burst Size）：超额突发尺寸，表示E桶的容量，即E桶瞬间能够通过的超出突发流量。

系统按照CIR速率向桶中投放令牌：

• 若Tc<CBS，Tc增加；
• 若Tc=CBS，Te<EBS，Te增加；
• 若Tc=CBS，Te=EBS，则都不增加。

对于到达的报文，用B表示报文的大小：

• 若B≤Tc，报文被标记为绿色，且Tc减少B；
• 若Tc<B≤Te，报文被标记为黄色，且Te减少B；
• 若Tc<B并且Te<B，报文被标记为红色，且Tc和Te都不减少。

双速双桶

双速双桶采用双速三色标记器trTCM（Two Rate Three Color Marker）算法对流量进行测评，根据评估结果为报文打颜色标记，即绿色、黄色和红色。

图2双速双桶示意图

如图2所示，为方便描述将两个令牌桶称为P桶和C桶，用Tp和Tc表示桶中的令牌数量。双速双桶有4个参数：

• PIR（Peak information rate）：峰值信息速率，表示向P桶中投放令牌的速率，即P桶允许传输或转发报文的峰值速率，PIR大于CIR；
• CIR：承诺信息速率，表示向C桶中投放令牌的速率，即C桶允许传输或转发报文的平均速率；
• PBS（Peak Burst Size）：峰值突发尺寸，表示P桶的容量，即P桶瞬间能够通过的峰值突发流量；
• CBS：承诺突发尺寸，表示C桶的容量，即C桶瞬间能够通过的承诺突发流量。

系统按照PIR速率向P桶中投放令牌，按照CIR速率向C桶中投放令牌：

• 当Tp<PBS时，P桶中令牌数增加，否则不增加。
• 当Tc<CBS时，C桶中令牌数增加，否则不增加。

对于到达的报文，用B表示报文的大小：

• 若Tp<B，报文被标记为红色；
• 若Tc<B≤Tp，报文被标记为黄色，且Tp减少B；
• 若B≤Tp并且B≤Tc，报文被标记为绿色，且Tp和Tc都减少B。

色敏模式

色敏模式下，如果到达的报文本身已经被标记为红、黄、或者绿等颜色，令牌桶对流量的评估会参考报文已标记颜色，即报文本身已携带颜色会影响令牌桶的评估结果，评估机制简单的来说遵循以下原则：

• 如果报文已被标记为绿色，则令牌桶的评估机制与色盲模式保持一致。
• 如果报文已被标记为黄色，则令牌桶根据报文长度和令牌数的大小，为符合流量规定的报文标记为黄色，为不符合的报文标记为红色。
• 如果报文已被标记为红色，则令牌桶直接将到达报文标记为红色。