令牌桶算法

 　　CISCO IOS管制器和×××器使用信令牌桶算法建模。本質上令牌桶算法是測量引擎，跟蹤可以發送多少流量來證明指定的流量速率。一個令牌容許該算法發送單個位（某些狀況下，能夠是一個字節）的流量。這些令牌在某個時間增量開始時獲得受權，一般是每秒，根據指定的速率，通常稱爲承諾的信息速率（CIR）。CIR是與服務提供商或維護的服務級約定的訪問比特率。

　　舉例來講，若是CIR設置爲8000bin/s，那麼在每一個時間週期的開始將8000個令牌放入"桶"裏（注意，這個描述給出了該算法一個簡單觀點，在全部狀況下並不嚴格認真，但它說明了桶裏面有令牌，該流量就被放行。每放行流量中的一位，就從桶中移除一個令牌。所以，流量能夠當作是服務速率的， 所以服從流量的行爲得以實現。（一般來講，服從的流量會被髮送）當桶裏沒有令牌的時候，出現的任何額外流量都被視做超出速率，此時就採起超出的動做。（過量流量一般要麼被標記，要麼被丟棄）

　　在每秒的最後，均可能有未用的令牌，未使用令牌的處理是各類管制器之間的關鍵區別。

　　當對某個接口施加速率限制（或CIR）時，受限制的流量就被分配一個亞秒級時間片，它能夠在這個時間片中被髮送。亞秒級時間片也可稱爲間隔（或 TC）。舉例來講，若是一個8Kbit/s的CIR做用在一個64Kbit/s的鏈路上，流量能夠以125毫秒（64000bit/s/8000位）的間隔發送。

　　CIR的總數（8000位）能夠一次發送，但這時算法在可以發送更多數據以前（做用到速率限制）就必須等待875毫秒。這樣的分組間延遲有可能被當作是過量。所以，爲了平滑每秒流出的流量，CIR被分紅更小的單位，被稱爲承諾突發（BC），即每一個時間間隔傳輸持續數量的位。這些更小的單位在單個秒中經過多個實例發送。繼續前面的例子，若是BC被設置爲1000，每一個承諾突發僅需15.6ms（1000位/64000bit/s）以時鐘速率將流量送出接口。該算法等待109.4ms（125ms-15.6ms），而後再以15.6ms發送另外一組數據。該過程在每秒內重複8次。

　　所以，令牌桶算法能夠描述以下：

　　CIR=Bc/Tc

　　Cisco IOS軟件不容許間隔的顯示定義。與此相反，它採用CIR和BC做爲參數，間隔和每秒的農曆髮量能夠根據它們計算獲得。興例來講，若是CIR是8000， BC是4000，每秒產生二個突發（TC=500ms）。若是BC設置爲2000，那麼每秒就產生4個突發（TC=250ms）。若是BC設置爲 1000，每秒就產生8個突發（TC=125ms）。

　　最先的管制器都使用單一速率雙色標記器和單桶。這種模型中，流量被標記爲二種狀態（對應二種顏色）之一：符合或超過CIR.標記和丟棄動做做用在這二種流量狀態上。該標記器和管制器的類型是至關粗糙的。

　　1）承諾的訪問速率（CAR）（典型的單速率雙色和單桶應用）

　　CAR是CISCO IOS軟件中提供的最古老的管制工具，古老緣由有：

　　CAR與DiffServ RFC不兼容。

　　沒有基本百分比的帶寬規範和分層管制

　　CAR不能使用MQC語法。

　　NBAR不能用在CAR中，還有其它方面。

RFC中定義了兩種令牌桶算法——單速率三色標記算法和雙速率三色標記算法，其評估結果都是爲報文打上紅、黃、綠三色標記。

QoS會根據報文的顏色，設置報文的丟棄優先級，其中單速率三色標記比較關心報文尺寸的突發，而雙速率三色標記則關注速率上的突發，

兩種算法均可工做於色盲模式和非色盲模式。

如下結合這兩種工做模式介紹一下RFC中所描述的這兩種算法。

單速率三色標記算法

      IETF的RFC文件[2]定義了單速率三色標記算法，評估依據如下3個參數：承諾訪問速率(CIR)，即向令牌桶中填充令牌的速率；承諾突發尺寸(CBS)，即令牌桶的容量，每次突發所容許的最大流量尺寸（注：設置的突發尺寸必須大於最大報文長度）；超額突發尺寸(EBS)。

 

 

      通常採用雙桶結構：C桶和E桶。Tc表示C桶中的令牌數，Te表示E桶中令牌數，兩桶的總容量分別爲CBS和EBS。初始狀態時兩桶是滿的，即Tc和Te初始值分別等於CBS和EBS。令牌的產生速率是CIR，一般是先往C桶中添加令牌，等C桶滿了，再往E桶中添加令牌，當兩桶都被填滿時，新產生的令牌將會被丟棄。

色盲模式下，假設到達的報文長度爲B。若報文長度B小於C桶中的令牌數Tc，則報文被標記爲綠色，且C桶中的令牌數減

 

      少B；若Tc<B <Te，則標記爲×××，E和C桶中的令牌數均減小B；若B >Te，標記爲紅色，兩桶總令牌數都不減小。

在非色盲模式下，若報文已被標記爲綠色或B <Tc，則報文被標記爲綠色，Tc減小B；若報文已被標記爲×××或Tc<B <Te，則標記爲×××，且Te減小B；若報文已被標記爲紅色或

B >Te，則標記爲紅色，Tc和Te都不減小。 

 

雙速率三色標記算法

      IETF的RFC文件[3]定義了雙速率三色算法，主要是根據4種流量參數來評估：CIR、CBS、峯值信息速率(PIR)，峯值突發尺寸(PBS)。前兩種參數與單速率三色算法中的含義相同，PIR這個參數只在交換機上纔有，路由器沒有這個參數。該值必須不小於CIR的設置值，若是大於CIR，則速率限制在CIR於PRI之間的一個值。

 

 

      與單速率三色標記算法不一樣，雙速率三色標記算法的兩個令牌桶C桶和P桶填充令牌的速率不一樣，C桶填充速率爲CIR，P桶爲PIR；兩桶的容量分別爲CBS和PBS。用Tc和Tp表示兩桶中的令牌數目，初始狀態時兩桶是滿的，即Tc和Tp初始值分別等於CBS和PBS。

 

 

      色盲模式下，若是到達的報文速率大於PIR，超過Tp+Tc部分沒法獲得令牌，報文被標記爲紅色，未超過Tp+Tc而從P桶中獲取令牌的報文標記爲×××，從C桶中獲取令牌的報文被標記爲綠色；當報文速率小於PIR，大於CIR時，報文不會得不到令牌，但超過Tp部分報文將從P桶中獲取令牌，被標記爲×××報文，從C桶中獲取令牌的報文被標記爲綠色；當報文速率小於CIR時，報文所需令牌數不會超過Tc，只從C桶中獲取令牌，因此只會被標記爲綠色報文。

 

 

   在非色盲模式下，若是報文已被標記爲紅色或者超過Tp+Tc部分沒法獲得令牌的報文，被標記爲紅色；若是標記爲×××或者超過Tc未超過Tp部分報文記爲×××；若是報文被標記爲綠或未超過Tc部分報文，被標記爲綠色。