نام (NAME)

tc-cake - انضباط صفی با قابلیت شکل‌دهی ترافیک برای بهبود برنامه‌های کاربردی رایج (CAKE)

خلاصه دستور (SYNOPSIS)

tc qdisc ... cake
[ bandwidth RATE | unlimited* | autorate-ingress ]
[ rtt TIME | datacentre | lan | metro | regional | internet* | oceanic | satellite | interplanetary ]
[ besteffort | diffserv8 | diffserv4 | diffserv3* ]
[ flowblind | srchost | dsthost | hosts | flows | dual-srchost | dual-dsthost | triple-isolate* ]
[ nat | nonat* ]
[ wash | nowash* ]
[ split-gso* | no-split-gso ]
[ ack-filter | ack-filter-aggressive | no-ack-filter* ]
[ memlimit LIMIT ]
[ fwmark MASK ]
[ ptm | atm | noatm* ]
[ overhead N | conservative | raw* ]
[ mpu N ]
[ ingress | egress* ]
(* مقادیر پیش‌فرض را مشخص می‌کند)

توضیحات (DESCRIPTION)

الگوریتم CAKE (کوته‌نوشت Common Applications Kept Enhanced) یک انضباط صف (qdisc) با قابلیت شکل‌دهی ترافیک (shaping) است که از هر دو سازوکار مدیریت فعال صف (AQM) و صف‌بندی عادلانه (FQ) استفاده می‌کند. این ابزار ترکیبی از COBALT (یک الگوریتم AQM حاصل از ترکیب Codel و BLUE)، یک شکل‌دهنده ترافیک در حالت کسری (deficit mode) و گونه‌ای از DRR++ برای جداسازی جریان‌ها است. در این الگوریتم از درهم‌سازی مجموعه‌وابسته ۸‌طرفه (8-way set-associative hashing) استفاده شده است تا برخورد درهم‌سازی‌ها تقریباً به صفر برسد. صف‌بندی اولویت‌دار نیز از طریق یک پیاده‌سازی ساده‌شده از diffserv فراهم شده است. همچنین جبران سربار برای انواع روش‌های کپسوله‌سازی به شکلی کاملاً یکپارچه تعبیه گردیده است.

تمام تنظیمات اختیاری هستند؛ مقادیر پیش‌فرض طوری برگزیده شده‌اند که در متداول‌ترین شرایط استقرار منطقی باشند. اکثر افراد برای دریافت نتایج مطلوب تنها نیاز به تنظیم پارامتر bandwidth خواهند داشت، اما مطالعه بخش‌های پارامترهای جبران سربار و پارامترهای زمان رفت‌وبرگشت به‌شدت توصیه می‌شود.

پارامترهای شکل‌دهنده (SHAPER PARAMETERS)

الگوریتم CAKE از یک شکل‌دهنده ترافیک در حالت کسری (deficit-mode shaper) استفاده می‌کند که فاقد جهش ناگهانی اولیه (burst) رایج در شکل‌دهنده‌های سطل ژتون (token-bucket) است. این شکل‌دهنده به طور خودکار دقیقاً به همان میزانی که برای حفظ پهنای باند پیکربندی‌شده لازم است ارسال ناگهانی انجام می‌دهد؛ بنابراین پیکربندی آن بسیار سرراست است.

unlimited (پیش‌فرض)

بدون محدودیت بر روی پهنای باند.

bandwidth RATE

پهنای باند شکل‌دهنده را تنظیم می‌کند. برای جزئیات مربوط به مقدار RATE، صفحه راهنمای tc(8) یا مثال‌های زیر را مشاهده کنید.

autorate-ingress

تخمین خودکار ظرفیت بر اساس ترافیک ورودی به این qdisc. این قابلیت بیش از همه برای پیوندهای سلولار (موبایل) که تمایل به تغییر تصادفی کیفیت دارند مفید است. پارامتر bandwidth می‌تواند به همراه این گزینه برای تعیین یک تخمین اولیه به کار رود. شکل‌دهنده به صورت دوره‌ای پهنای باند را روی مقداری کمی پایین‌تر از نرخ تخمینی تنظیم خواهد کرد. این تخمین‌گر نمی‌تواند پهنای باند پیوندهای بعد از خود (downstream) را تخمین بزند.

پارامترهای جبران سربار (OVERHEAD COMPENSATION PARAMETERS)

اندازه واقعی هر بسته بر روی سیم (بستر فیزیکی) ممکن است با اندازه‌ای که لینوکس می‌بیند متفاوت باشد. پارامترهای زیر به CAKE اجازه می‌دهند تا این تفاوت را با بزرگتر در نظر گرفتن اندازه داخلی بسته نسبت به آنچه لینوکس گزارش می‌دهد، جبران کند. برای کمک به کاربرانی که مهندس شبکه خبره نیستند، کلیدواژه‌هایی برای نشان دادن فناوری‌های رایج ارتباطی در نظر گرفته شده است.

PPPoE: 2B PPP + 6B PPPoE +
ETHERNET: 6B dest MAC + 6B src MAC + 2B ethertype + 4B Frame Check Sequence +
PTM: 1B Start of Frame (S) + 1B End of Frame (Ck) + 2B TC-CRC (PTM-FCS)

ETHERNET: 6B dest MAC + 6B src MAC + 2B ethertype + 4B Frame Check Sequence +
PTM: 1B Start of Frame (S) + 1B End of Frame (Ck) + 2B TC-CRC (PTM-FCS)

پارامترهای زمان رفت‌وبرگشت (ROUND TRIP TIME PARAMETERS)

مدیریت فعال صف (AQM) شامل گنجاندن سیگنال‌های ازدحام در جریان بسته‌ها است که گیرنده‌ها از آن برای دستور دادن به فرستندگان جهت کاهش سرعت هنگام اشغال مداوم صف استفاده می‌کنند. CAKE در صورت در دسترس بودن از سیگنال‌دهی ECN و در غیر این صورت از دور انداختن بسته بر اساس ترکیبی از الگوریتم‌های AQM با نام‌های Codel و BLUE که COBALT نامیده می‌شود، استفاده می‌نماید.

تاخیرهای بسیار کوتاه نیازمند پاسخ بسیار سریع AQM برای کنترل کافی تاخیر هستند. با این حال، چنین پاسخ سریعی در زمانی که RTT واقعی نسبتاً طولانی باشد به پهنای باند و بازدهی آسیب می‌زند. CAKE اجازه می‌دهد RTT فرضی را برای تنظیم پارامترهای گوناگون مشخص کنید. مقادیر واقعی RTT که در حدود این مقدار فرضی باشند، معمولاً هم از نظر مدیریت بازدهی و هم مدیریت تاخیر عملکرد بسیار خوبی خواهند داشت.

در تنظیم «lan» و مقادیر پایین‌تر از آن، ثابت‌های زمانی از نظر مقیاس مشابه با نوسان تاخیر (jitter) خود کرنل لینوکس هستند، بنابراین ممکن است سیگنال ازدحام زودتر از موعد ارسال شود. در نتیجه جریان‌ها تنک شده و پهنای باند کل کاهش می‌یابد و پس‌فشار (back-pressure) ناچیزی برای منطق برقراری عدالت باقی می‌ماند. برای شبکه‌های محلی (LAN) از گزینه «metro» استفاده کنید مگر اینکه از کرنل سفارشی بهره ببرید.

rtt TIME

یک مقدار RTT را به صورت دستی تعیین می‌کند.

datacentre

تنها برای شبکه‌های با کارایی بسیار بالا (+10GigE).
معادل با rtt 100us.

lan

برای شبکه‌های اترنت خالص (نه وای‌فای) در خانه یا محل کار. هنگام شکل‌دهی برای پیوند دسترسی به اینترنت از این گزینه استفاده نکنید.
معادل با rtt 1ms.

metro

برای ترافیکی که عمدتاً درون یک شهر است.
معادل با rtt 10ms.

regional

برای ترافیکی که عمدتاً درون کشوری به اندازه یک کشور اروپایی است.
معادل با rtt 30ms.

internet (پیش‌فرض)

برای اکثر ترافیک‌های اینترنتی مناسب است.
معادل با rtt 100ms.

oceanic

برای ترافیک اینترنتی با تاخیر به طور کلی بالاتر از حد میانگین، مانند تاخیری که ساکنان منطقه استرالزی با آن روبرو هستند.
معادل با rtt 300ms.

satellite

برای ترافیک از طریق ماهواره‌های زمین‌آهنگ (geostationary).
معادل با rtt 1000ms.

interplanetary

علت این نام‌گذاری این است که فاصله سیاره مشتری تا زمین حدود ۱ ساعت نوری است. از این گزینه برای غیرفعال کردن (تقریباً) کامل عملکردهای AQM استفاده کنید.
معادل با rtt 3600s.

پارامترهای جداسازی جریان (FLOW ISOLATION PARAMETERS)

با فعال بودن قابلیت جداسازی جریان، CAKE بسته‌های مربوط به جریان‌های مختلف را در صف‌های متفاوتی قرار می‌دهد که هر کدام وضعیت AQM مستقل خود را دارند. سپس بسته‌ها از هر صف به صورت عادلانه و طبق یک الگوریتم DRR++ که تاخیر را برای جریان‌های «تنک» (sparse) به حداقل می‌رساند تحویل داده می‌شوند. CAKE از یک الگوریتم درهم‌سازی مجموعه‌وابسته برای به حداقل رساندن تداخل جریان‌ها استفاده می‌کند.

این کلیدواژه‌ها مشخص می‌کنند که آیا برقراری عدالت بر اساس آدرس مبدأ، آدرس مقصد، جریان‌های مجزا، یا هر ترکیبی از آن‌ها مد نظر است یا خیر.

flowblind

جداسازی جریان را غیرفعال می‌کند؛ تمام ترافیک برای هر tin از یک صف واحد عبور می‌کند.

srchost

جریان‌ها فقط بر اساس آدرس مبدأ تعریف می‌شوند. این گزینه می‌تواند در مسیر خروجی (egress) بک‌هال یک ISP مفید باشد.

dsthost

جریان‌ها فقط بر اساس آدرس مقصد تعریف می‌شوند. این گزینه می‌تواند در مسیر ورودی (ingress) بک‌هال یک ISP مفید باشد.

hosts

جریان‌ها بر اساس جفت‌های میزبان مبدأ-مقصد تعریف می‌شوند. این حالت جداسازی میزبان است، نه جداسازی جریان.

flows

جریان‌ها بر اساس پنج‌گانه (5-tuple) کاملِ شامل آدرس مبدأ، آدرس مقصد، پروتکل انتقال، درگاه مبدأ و درگاه مقصد تعریف می‌شوند. این همان نوع جداسازی جریانی است که توسط SFQ و fq_codel انجام می‌شود.

dual-srchost

جریان‌ها بر اساس پنج‌گانه تعریف می‌شوند و عدالت ابتدا بر روی آدرس‌های مبدأ و سپس بر روی جریان‌های مجزا اعمال می‌گردد. این گزینه برای استفاده بر روی ترافیک خروجی از یک شبکه محلی به اینترنت مناسب است، جایی که بدون در نظر گرفتن تعداد جریان‌های استفاده‌شده توسط یک میزبان، از انحصار پهنای باند ارسال (uplink) توسط آن میزبان جلوگیری می‌کند.

dual-dsthost

جریان‌ها بر اساس پنج‌گانه تعریف می‌شوند و عدالت ابتدا بر روی آدرس‌های مقصد و سپس بر روی جریان‌های مجزا اعمال می‌گردد. این گزینه برای استفاده بر روی ترافیک ورودی به یک شبکه محلی از اینترنت مناسب است، جایی که بدون در نظر گرفتن تعداد جریان‌های استفاده‌شده توسط یک میزبان، از انحصار پهنای باند دریافت (downlink) توسط آن میزبان جلوگیری می‌کند.

triple-isolate (پیش‌فرض)

جریان‌ها بر اساس پنج‌گانه تعریف می‌شوند و عدالت به شکلی هوشمندانه بر روی آدرس‌های مبدأ *و* مقصد (نه صرفاً بر اساس جفت میزبان‌ها) و همچنین بر روی جریان‌های مجزا اعمال می‌گردد. اگر مطمئن نیستید از dual-srchost استفاده کنید یا dual-dsthost، از این گزینه استفاده نمایید؛ این گزینه هر دو کار را همزمان انجام می‌دهد و مانع از آن می‌شود که هر میزبانی در *هر* دو سمت ارتباط بتواند با تعداد زیادی جریان پهنای باند را به انحصار خود درآورد.

nat

به Cake دستور می‌دهد تا قبل از اعمال قوانین جداسازی جریان، جستجوی NAT را انجام دهد تا آدرس‌ها و شماره‌های درگاه واقعی بسته را شناسایی کند و به این ترتیب عدالت بین میزبان‌های «پشت» NAT بهبود یابد. این گزینه در حالت‌های «flowblind» یا «flows» یا در صورتی که NAT روی میزبان دیگری انجام شود هیچ تاثیر عملی ندارد.

nonat (پیش‌فرض)

نرم‌افزار Cake جستجوی NAT را انجام نخواهد داد. جداسازی جریان با استفاده از آدرس‌ها و شماره درگاه‌هایی انجام می‌شود که مستقیماً برای رابط شبکه‌ای که Cake به آن متصل است قابل مشاهده هستند.

پارامترهای صف اولویت (PRIORITY QUEUE PARAMETERS)

الگوریتم CAKE می‌تواند ترافیک را بر اساس فیلد Diffserv به دسته‌هایی با عنوان «tin» تقسیم کند. هر tin دارای مجموعه صف‌های جداسازی جریان مستقل به خود است و بر اساس الگوریتم WRR (Round-Robin وزن‌دار) سرویس‌دهی می‌شود. برای جلوگیری از رفتارهای نامطلوب در علامت‌گذاری Diffserv، وزن‌های tin زمانی که پهنای باند مصرفی آن زیر یک آستانه معین باشد دارای مقدار «اشتراک اولویت» (priority sharing) و هنگامی که بالاتر از آن باشد دارای مقدار کمتر «اشتراک پهنای باند» (bandwidth sharing) خواهند بود. مقایسه پهنای باند با آستانه با استفاده از همان الگوریتم شکل‌دهنده حالت کسری انجام می‌شود.

امکان سفارشی‌سازی جزئی پارامترهای tin فراهم نشده است. پیش‌تنظیم‌های زیر تمامی تنظیمات لازم را متناسب با پهنای باند فعلی شکل‌دهنده و مقادیر RTT انجام می‌دهند.

besteffort

صف‌بندی اولویت را با قرار دادن تمام ترافیک در یک tin غیرفعال می‌کند.

precedence

تفسیر قدیمی فیلد «Precedence» مربوط به TOS را فعال می‌سازد. استفاده از این پیش‌تنظیم در اینترنت امروزی اکیداً منع شده است.

diffserv4

یک پیاده‌سازی همه‌منظوره از Diffserv را با چهار tin فراهم می‌کند:

• حجیم (Bulk) (کدهای CS1، و LE در هسته‌های نسخه ۵.۹ به بالا)، آستانه ۶.۲۵٪، به طور کلی با اولویت پایین.
• بیشترین تلاش (Best Effort) (عمومی)، آستانه ۱۰۰٪.
• ویدیو (Video) (کدهای AF4x، AF3x، CS3، AF2x، CS2، TOS4، TOS1)، آستانه ۵۰٪.
• صوت (Voice) (کدهای CS7، CS6، EF، VA، CS5، CS4)، آستانه ۲۵٪.

diffserv3 (پیش‌فرض)

یک پیاده‌سازی ساده و همه‌منظوره از Diffserv را با سه tin فراهم می‌کند:

• حجیم (Bulk) (کدهای CS1، و LE در هسته‌های نسخه ۵.۹ به بالا)، آستانه ۶.۲۵٪، به طور کلی با اولویت پایین.
• بیشترین تلاش (Best Effort) (عمومی)، آستانه ۱۰۰٪.
• صوت (Voice) (کدهای CS7، CS6، EF، VA، TOS4)، آستانه ۲۵٪، با بازه زمانی کاهش‌یافته Codel.

fwmark MASK

این گزینه بازنویسی انتخاب tin در CAKE را بر اساس fwmark فعال می‌کند. در صورت تنظیم، این گزینه یک ماسک بیتی را تعیین می‌کند که بر روی fwmark مرتبط با هر بسته اعمال خواهد شد. اگر نتیجه این ماسک غیرصفر باشد، مقدار به دست آمده به تعداد کم‌ارزش‌ترین بیت‌های صفر در مقدار ماسک به سمت راست شیفت داده شده و نتیجه به عنوان شماره tin برای آن بسته استفاده خواهد شد. این سازوکار می‌تواند برای تعیین سیاست‌ها در اسکریپت فایروال جهت لغو و بازنویسی انتخاب داخلی tin توسط CAKE استفاده شود.

سایر پارامترها (OTHER PARAMETERS)

ingress

نشان می‌دهد که CAKE در حالت ورودی (یعنی روی ترافیک دان‌لینک یک اتصال) اجرا می‌شود. این کار باعث می‌شود شکل‌دهنده ترافیک، بسته‌های دور انداخته‌شده را نیز به عنوان داده منتقل‌شده حساب کند؛ زیرا این بسته‌ها قبلاً پیش از آنکه CAKE تصمیم بگیرد با آن‌ها چه کند از پیوند شبکه عبور کرده‌اند.

علاوه بر این، AQM طوری تنظیم می‌شود که همیشه حداقل دو بسته در صف برای هر جریان نگه دارد. دلیل این امر این است که ارسال مجدد بسته‌ها در حالت ورودی هزینه بیشتری دارد، زیرا بسته‌های دور انداخته‌شده باید مجدداً پیوند را طی کنند؛ بنابراین، نگه داشتن حداقل تعداد بسته‌ها در صف، بازدهی را در مواردی بهبود می‌بخشد که تعداد جریان‌های فعال آن‌چنان زیاد است که حتی با حداقل اندازه پنجره خود پیوند را اشباع می‌کنند.

memlimit LIMIT

حافظه مصرفی توسط Cake را به LIMIT بایت محدود می‌کند. توجه داشته باشید که این مقدار مستقیماً به اندازه صف ترجمه نمی‌شود (بنابراین اندازه آن را بر اساس محاسبات BDP یا ضرب تاخیر در پهنای باند تعیین نکنید، بلکه آن را بر اساس بدترین حالت مصرف حافظه قابل قبول در نظر بگیرید)، زیرا در ساختارهای داده نگهدارنده بسته‌ها، به ویژه برای بسته‌های کوچک، مقداری سربار وجود دارد.

به طور پیش‌فرض، این محدودیت بر اساس تنظیمات پهنای باند و RTT محاسبه می‌شود.

wash

ترافیک ورودی به دامنه diffserv شما اغلب در حین انتقال از دیدگاه شبکه شما دچار علامت‌گذاری نادرست می‌شود، و ترافیک خروجی از شبکه شما نیز ممکن است از دیدگاه ارائه‌دهنده میانی دچار علامت‌گذاری نامناسب باشد.

گزینه wash را اعمال کنید تا پس از انجام صف‌بندی اولویت، تمام بیت‌های اضافی diffserv (به جز بیت‌های ECN) پاک شوند.

اگر در حال شکل‌دهی ترافیک ورودی هستید و نمی‌توانید به علامت‌گذاری‌های diffserv اعتماد کنید (همان‌طور که در شبکه کابلی کامکست و موارد دیگر رخ می‌دهد)، بهتر است از حالت تک‌صف «besteffort» به همراه گزینه wash استفاده کنید.

split-gso

این گزینه کنترل می‌کند که آیا CAKE ابربسته‌های حاصل از باربرداری بخش‌بندی عمومی (GSO) را به اجزای مستقل واقعی آن‌ها بر روی سیم تقسیم کرده و از صف خارج کند یا خیر.

ابربسته‌ها توسط پشته شبکه برای افزایش کارایی ایجاد می‌شوند. با این حال، از آنجا که این بسته‌ها بزرگتر هستند، خروج آن‌ها از صف بیشتر طول می‌کشد که این امر به‌ویژه در پهنای باندهای پایین‌تر، به تاخیر بالاتر برای جریان‌های رقیب ترجمه می‌شود. رفتار پیش‌فرض CAKE برای دستیابی به کمترین تاخیر ممکن، تقسیم بسته‌های GSO است. در سرعت‌های ارتباطی بالاتر از ۱۰ گیگابیت بر ثانیه، تنظیم پارامتر no-split-gso می‌تواند با حفظ کامل ابربسته‌های GSO، حداکثر بازدهی قابل دستیابی را افزایش دهد.

بازنویسی رده‌بندی با فیلترهای TC (OVERRIDING CLASSIFICATION WITH TC FILTERS)

نرم‌افزار CAKE از امکان بازنویسی رده‌بندی داخلی بسته‌ها از طریق سازوکار فیلتر tc پشتیبانی می‌کند. بسته‌ها می‌توانند با تنظیم فیلد priority روی skb به tin‌های با اولویت مختلف اختصاص یابند، و همچنین درهم‌سازی جریان می‌تواند با تنظیم پارامتر classid بازنویسی شود.

# tc qdisc replace dev eth0 handle 1: root cake diffserv3
# tc filter add dev eth0 parent 1: protocol ip prio 1 \
  u32 match icmp type 0 0 action skbedit priority 1:1

# tc qdisc replace dev eth0 handle 1: root cake
# tc filter add dev eth0 parent 1: protocol ip prio 1 \
  u32 match icmp type 0 0 classid 0:1

مثال‌ها (EXAMPLES)

# tc qdisc delete root dev eth0
# tc qdisc add root dev eth0 cake bandwidth 100Mbit ethernet
# tc -s qdisc show dev eth0
qdisc cake 1: root refcnt 2 bandwidth 100Mbit diffserv3 triple-isolate rtt 100.0ms noatm overhead 38 mpu 84
 Sent 0 bytes 0 pkt (dropped 0, overlimits 0 requeues 0)
 backlog 0b 0p requeues 0
 memory used: 0b of 5000000b
 capacity estimate: 100Mbit
 min/max network layer size:        65535 /       0
 min/max overhead-adjusted size:    65535 /       0
 average network hdr offset:            0
                   Bulk  Best Effort        Voice
  thresh       6250Kbit      100Mbit       25Mbit
  target          5.0ms        5.0ms        5.0ms
  interval      100.0ms      100.0ms      100.0ms
  pk_delay          0us          0us          0us
  av_delay          0us          0us          0us
  sp_delay          0us          0us          0us
  pkts                0            0            0
  bytes               0            0            0
  way_inds            0            0            0
  way_miss            0            0            0
  way_cols            0            0            0
  drops               0            0            0
  marks               0            0            0
  ack_drop            0            0            0
  sp_flows            0            0            0
  bk_flows            0            0            0
  un_flows            0            0            0
  max_len             0            0            0
  quantum           300         1514          762

# tc -s qdisc show dev eth0
qdisc cake 1: root refcnt 2 bandwidth 100Mbit diffserv3 triple-isolate rtt 100.0ms noatm overhead 38 mpu 84
 Sent 44709231 bytes 31931 pkt (dropped 45, overlimits 93782 requeues 0)
 backlog 33308b 22p requeues 0
 memory used: 292352b of 5000000b
 capacity estimate: 100Mbit
 min/max network layer size:           28 /    1500
 min/max overhead-adjusted size:       84 /    1538
 average network hdr offset:           14
                   Bulk  Best Effort        Voice
  thresh       6250Kbit      100Mbit       25Mbit
  target          5.0ms        5.0ms        5.0ms
  interval      100.0ms      100.0ms      100.0ms
  pk_delay        8.7ms        6.9ms        5.0ms
  av_delay        4.9ms        5.3ms        3.8ms
  sp_delay        727us        1.4ms        511us
  pkts             2590        21271         8137
  bytes         3081804     30302659     11426206
  way_inds            0           46            0
  way_miss            3           17            4
  way_cols            0            0            0
  drops              20           15           10
  marks               0            0            0
  ack_drop            0            0            0
  sp_flows            2            4            1
  bk_flows            1            2            1
  un_flows            0            0            0
  max_len          1514         1514         1514
  quantum           300         1514          762

همچنین ببینید (SEE ALSO)

tc(8), tc-codel(8), tc-fq_codel(8), tc-htb(8)

نویسندگان (AUTHORS)

نویسنده اصلی Cake آقای Jonathan Morton است، همراه با مشارکت‌هایی از جانب: Tony Ambardar، Kevin Darbyshire-Bryant، Toke Høiland-Jørgensen، Sebastian Moeller، Ryan Mounce، Dean Scarff، Nils Andreas Svee، و Dave Täht.

این صفحه راهنما توسط Loganaden Velvindron نوشته شده است. لطفاً اصلاحات و گزارش‌ها را به فهرست پستی شبکه لینوکس به آدرس <netdev@vger.kernel.org> ارسال نمایید.