1. 流量控制究竟在控制什么？

每次蹲在咖啡厅角落刷剧卡顿时，总会想起家里NAS传文件把带宽占满的惨痛经历。传统网络设备上的QoS功能固然好用，但当你面对没有Web管理界面的Linux服务器时，tc（Traffic Control）工具就像哆啦A梦的口袋——看起来朴素，实则暗藏玄机。

流量整形本质是时空魔法：通过队列算法把突发流量"烫平"，让关键应用获得VIP通道。当你的视频会议和BT下载在网卡出口处狭路相逢，tc可以优雅地给它们发不同的通行证。

2. 解剖tc工具箱

tc属于iproute2套件，堪称Linux网络的瑞士军刀。三个核心概念需要吃透：

  • qdisc（队列规则）：决定流量的排队方式，就像银行窗口的排队策略
  • class（分类器）：VIP室和普通等候区的划分依据
  • filter（过滤器）：手持分类标准验证用户身份的安检员

常用的分层令牌桶（HTB）算法特别像共享充电宝的充电机制：每个接口获得总带宽额度，子分类定期领取"充电令牌"，用不完的还能存起来应急。

3. 从青铜到王者的四个实战场景

场景1：限制家宽上传的野兽（单接口限速）

# 清空eth0原有配置
tc qdisc del dev eth0 root 2>/dev/null

# 创建HTB队列（root代表顶层队列）
tc qdisc add dev eth0 root handle 1: htb default 30

# 定义带宽池（rat单位是kbit）
tc class add dev eth0 parent 1: classid 1:1 htb rate 100mbit ceil 100mbit

# 创建三个子分类（默认30号分类处理未匹配流量）
tc class add dev eth0 parent 1:1 classid 1:10 htb rate 20mbit ceil 30mbit
tc class add dev eth0 parent 1:1 classid 1:20 htb rate 50mbit ceil 70mbit 
tc class add dev eth0 parent 1:1 classid 1:30 htb rate 30mbit ceil 50mbit

# 给子分类绑定公平队列（sfq防止单一连接霸占带宽）
tc qdisc add dev eth0 parent 1:10 sfq perturb 10
tc qdisc add dev eth0 parent 1:20 sfq perturb 10
tc qdisc add dev eth0 parent 1:30 sfq perturb 10

这里的ceil参数像信用卡额度，允许突发超过基本速率。sfq队列的perturb参数每隔10秒洗牌队列顺序，防止某个大文件传输独占资源。

场景2：给SSH流量开绿色通道（优先级控制）

# 创建优先级队列（数字越小优先级越高）
tc qdisc add dev eth0 root handle 1: prio bands 3

# 将高优先级流量导向1:4队列（最高优先级）
tc filter add dev eth0 protocol ip parent 1: prio 1 u32 \
    match ip dport 22 0xffff flowid 1:4

# 视频流量分流到低优先级队列
tc filter add dev eth0 protocol ip parent 1: prio 3 u32 \
    match ip sport 1935 0xffff flowid 1:6

# 剩余流量进默认队列
tc filter add dev eth0 protocol ip parent 1: prio 2 flowid 1:5

prio队列的bands参数划分三个优先级通道，紧急告警数据可以放到最高优先级，即使网络拥塞也能快速通过。

场景3：云服务器多租户带宽分配（复杂分层）

# 定义顶层带宽池（企业级云服务器场景）
tc qdisc add dev eth0 root handle 1: htb r2q 10
tc class add dev eth0 parent 1: classid 1:1 htb rate 1gbit

# 创建三个租户的父分类
tc class add dev eth0 parent 1:1 classid 1:10 htb rate 300mbit ceil 400mbit
tc class add dev eth0 parent 1:1 classid 1:20 htb rate 500mbit ceil 600mbit
tc class add dev eth0 parent 1:1 classid 1:30 htb rate 200mbit ceil 300mbit

# 在租户分类下再做业务细分（Web服务优先）
tc class add dev eth0 parent 1:10 classid 1:11 htb rate 100mbit ceil 200mbit
tc class add dev eth0 parent 1:10 classid 1:12 htb rate 200mbit ceil 300mbit

# 绑定过滤规则到VLAN标签（假设VLAN100对应租户A）
tc filter add dev eth0 parent 1: protocol 802.1q prio 5 \
    handle 100 fw flowid 1:10

多层HTB结构适用于云计算中的资源配额管理，物理网卡的总带宽像切蛋糕一样分配给不同租户，每个租户内又可以细分业务优先级。

场景4：游戏加速器的秘密（延迟优化）

# 使用netem模拟网络延迟（测试环境用）
tc qdisc add dev eth0 root netem delay 100ms 10ms 25%

# 创建优先级队列
tc qdisc add dev eth0 handle 10: parent root prio bands 4

# 游戏流量标记与识别（假设DSCP标签为CS6）
tc filter add dev eth0 parent 10: protocol ip prio 1 \
    u32 match ip dscp 0x30 0xff flowid 10:1

# 启用快速队列（FQ_Codel算法对抗缓冲膨胀）
tc qdisc add dev eth0 parent 10:1 fq_codel limit 1000 flows 1024

FQ_Codel算法能有效降低Bufferbloat（缓冲膨胀）带来的延迟波动，对实时性要求高的游戏、语音场景至关重要。

4. 你的业务需要QoS吗？（应用场景分析）

  • 企业级服务器场景：保护数据库流量不被批量任务挤占
  • 智能家居网络：让安防摄像头始终拥有稳定上传带宽
  • SD-WAN设备：根据业务类型动态调整跨境流量比例
  • 游戏加速器开发：确保RTC数据包优先传输

近期遇到某视频监控厂商的案例：300路摄像头同时上传导致NVR接收异常。通过tc对每路视频流做分层限速，保证突发帧不会被无差别丢弃。

5. 魔法背后的代价（技术优缺点）

优势矩阵：

  • 内核级处理零额外开销
  • 支持十几种队列算法灵活组合
  • 细粒度控制到端口/IP/DSCP级别

暗黑面：

  • 命令行配置如同写汇编
  • 错误配置可能导致网络中断
  • 动态调整需要重新加载规则

某金融客户曾因误将ceil值设低于rate导致交易系统断流，血的教训告诉我们：生产环境修改前务必在测试网验证。

6. 避坑指南（注意事项）

  • 测试环境复现：推荐使用tc qdisc add dev lo root netem delay 100ms在回环接口模拟
  • 配置持久化：建议将规则写入/etc/rc.local或NetworkManager脚本
  • 监控法宝： 
    tc -s qdisc show dev eth0        # 查看队列统计
tc class show dev eth0           # 分类器状态检查
nload -u M eth0                  # 实时带宽监控
  • 混合云特例：AWS/GCP等云主机的虚拟网卡可能有隐藏限速，需与供应商确认

7. 写在最后

tc就像网络世界的时间管理局，通过精巧的规则维持着数据洪流的秩序。虽然学习曲线陡峭，但当你看到突发流量在精心设计的队列中翩翩起舞时，这种掌控感远超图形界面带来的虚假安全感。

未来趋势显示，eBPF技术正在某些场景替代传统tc方案，但就像C语言不会被取代一样，理解tc的工作原理依然是每个Linux网络工程师的必修课。