如何在 Linux 下使用 TC 优雅的实现网络限流

一. Linux 下的流量控制原理

通过对包的排队，我们可以控制数据包的发送方式。这种控制，称之为数据整形，shape the data，包括对数据的以下操作:

•    增加延时
•    丢包
•    重新排列
•    重复、损坏
•    速率控制

在 qdisc-class-filter 结构下，对流量进行控制需要进行三个步骤:

•  创建 qdisc 队列

上面提到 Linux 是通过包的排队进行流量的控制，那么首先得有一个队列。

•  创建 class 分类

class 实际上，就是划分流量策略分类。比如划分两档流量限速 10MBps、20MBbs。

•  创建 filter 过滤

虽然创建了 class 分类，但是并没有将任何的 IP、Port 绑定到 class 上，此时并不会有控制作用。还需要创建 filter 将指定的 IP、Port 绑定到 class 上，才能使流量控制 class 生效于资源。

TC 是 Linux 下提供的流量控制工具，也是 Cilium/eBPF 等网络组件的核心基础设施之一。

二. 限制指定 IP、Port 对本机的访问速度

2.1 查看网卡

ifconfig
eth0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
       inet 1.1.1.1  netmask 255.255.254.0  broadcast 1.1.1.1
       inet6 1::1:1:1:1  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
       ether 1:1:1:1:1:1  txqueuelen 1000  (Ethernet)
       RX packets 2980910  bytes 2662352343 (2.4 GiB)
       RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
       TX packets 1475969  bytes 122254809 (116.5 MiB)
       TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

2.2 配置 qdisc-class-filter

•  创建 qdisc 根队列

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

•  创建第一级 class 绑定所有带宽资源

注意这里的单位是 6 MBps，也就是 48 Mbps。

tc class add dev eth0 parent 1:0 classid 1:1 htb rate 6MBps burst 15k

•  创建子分类 class

可以创建多个子分类，对资源的流量进行精细化管理。

tc class add dev eth0 parent 1:1 classid 1:10 htb rate 6MBps ceil 10MBps burst 15k

这里 ceil 设置的是上限，正常情况下限速为 6MBps，但网络空闲时，可以达到 10 MBps。

•  创建过滤器 filter，限制 IP

tc filter add dev eth0 protocol ip parent 1:0 prio 1 u32 match ip dst 1.2.3.3 flowid 1:10

这里对 1.2.3.4 进行限制带宽为 1:10，也就是 6MBps。当然，你也可以直接给网段 1.2.0.0/16 加 class 策略。

2.3 查看并清理配置

•  查看 class 配置

tc class show dev eth0
class htb 1:10 parent 1:1 leaf 10: prio 0 rate 48Mbit ceil 80Mbit burst 15Kb cburst 1600b  
class htb 1:1 root rate 48Mbit ceil 48Mbit burst 15Kb cburst 1590b

•  查看 filter 配置

tc filter show dev eth0
filter parent 1: protocol ip pref 1 u32 chain 0  
filter parent 1: protocol ip pref 1 u32 chain 0 fh 800: ht divisor 1  
filter parent 1: protocol ip pref 1 u32 chain 0 fh 800::800 order 2048 key ht 800 bkt 0 flowid 1:10 not_in_hw  
 match 01020303/ffffffff at 16

•  清理全部配置

tc qdisc del dev eth0 root

三. 限制本机对指定 IP、Port 的访问速度

由于排队规则主要是基于出口方向，不能对入口方向的流量（Ingress）进行限制。因此，我们需要将流量重定向到 ifb 设备上，再对 ifb 的出口流量（Egress）进行限制，以最终达到控制的目的。

3.1 启用虚拟网卡

•  将在 ifb 设备

modprobe ifb numifbs=1

•  启用 ifb0 虚拟设备

ip link set dev ifb0 up

3.2 配置 qdisc-class-filter

•  添加 qdisc

tc qdisc add dev eth0 handle ffff: ingress

•  重定向网卡流量到 ifb0

tc filter add dev eth0 parent ffff: protocol ip u32 match u32 0 0 action mirred egress redirect dev ifb0

•  添加 class 和 filter

tc qdisc add dev ifb0 root handle 1: htb default 10
tc class add dev ifb0 parent 1:0 classid 1:1 htb rate 6Mbps
tc class add dev ifb0 parent 1:1 classid 1:10 htb rate 6Mbps
tc filter add dev ifb0 parent 1:0 protocol ip prio 16 u32 match ip dst 1.2.3.4  flowid 1:10

3.3 查看并清理配置

•  下面是限速本机对指定 IP 访问的监控图

进入的流量被限制在 6 MBps 以下，而出去的流量不被限制。

•  查看 class 配置

tc class show dev ifb0
class htb 1:10 parent 1:1 prio 0 rate 48Mbit ceil 48Mbit burst 1590b cburst 1590b  
class htb 1:1 root rate 48Mbit ceil 48Mbit burst 1590b cburst 1590b

•  查看 filter 配置

tc filter show dev ifb0
filter parent 1: protocol ip pref 16 u32 chain 0  
filter parent 1: protocol ip pref 16 u32 chain 0 fh 800: ht divisor 1  
filter parent 1: protocol ip pref 16 u32 chain 0 fh 800::800 order 2048 key ht 800 bkt 0 flowid 1:10 not_in_hw  
 match 01020304/ffffffff at 16

•  清理全部配置

tc qdisc del dev eth0 ingress
tc qdisc del dev ifb0 root
modprobe -r ifb