要實現(xiàn)流量的控制，必須有一種機制可以對通過設(shè)備的流量進(jìn)行度量。令牌桶是目前最常采用的一種流量測量方法，用來評估流量速率是否超過了規(guī)定值。

令牌桶可以看作是一個存放令牌的容器，預(yù)先設(shè)定一定的容量。系統(tǒng)按給定的速度向桶中放置令牌，當(dāng)桶中令牌滿時，多余的令牌溢出。

令牌桶只是一種流量測量方法，并不能對流量進(jìn)行過濾或采取某種措施，比如說丟棄數(shù)據(jù)包等，這些操作由其他功能完成。

令牌桶中裝的是令牌而不是分組。

令牌桶限速原理

當(dāng)數(shù)據(jù)流到達(dá)設(shè)備時首先會根據(jù)數(shù)據(jù)的大小從令牌桶中取出與數(shù)據(jù)大小相當(dāng)?shù)牧钆茢?shù)量用來傳輸數(shù)據(jù)。也就是說要使數(shù)據(jù)被傳輸必須保證令牌桶里有足夠多的令牌，如果令牌數(shù)量不夠，則數(shù)據(jù)會被丟棄或緩存。這就可以限制報文的流量只能小于等于令牌生成的速度，達(dá)到限制流量的目的。

在什么地方使用

當(dāng)前令牌桶算法已廣泛應(yīng)用于CAR技術(shù)、流量整形技術(shù)以及接口限速LR（Line Rate）等QoS技術(shù)中。

兩種令牌桶算法

IETF定義了兩種令牌桶算法——單速率三色標(biāo)記算法和雙速率三色標(biāo)記算法，使用紅、黃、綠三色來標(biāo)記評估結(jié)果。（注：此處的紅、黃、綠三色同流分類中表示丟棄優(yōu)先級的紅、黃、綠三色沒有關(guān)系，兩者只是重名而已）。這兩種算法都允許流量在一定程度上突發(fā)，但單速率三色標(biāo)記關(guān)注報文尺寸的突發(fā)，而雙速率三色標(biāo)記則關(guān)注速率上的突發(fā)。單速率較雙速率實現(xiàn)簡單，成為目前業(yè)界比較常用的流量評估方式。

兩種令牌桶算法都有兩種工作模式——色盲模式（Color-Blind）與非色盲模式（Color-Aware，也叫“色敏模式”），其中色盲模式是較常用的，也是默認(rèn)的模式。

單速率令牌桶主要由如下三個參數(shù)構(gòu)成：

• CIR（Committed Information Rate）：承諾信息速率，單位是kbps，表示向令牌桶中投放令牌的速率。

• CBS（Committed Burst Size）：承諾突發(fā)尺寸，單位為byte，用來定義在部分流量超過CIR之前的最大突發(fā)流量，即為令牌桶的容量（深度）。承諾突發(fā)尺寸必須大于報文的最大長度（最大時一個分組可以領(lǐng)取桶中的全部令牌）。CBS越大，表示所允許的突發(fā)量越大。

• EBS（Extended burst size）：表示峰值突發(fā)尺寸，用來定義每次突發(fā)所允許的最大的流量尺寸，單位為byte。

  
  

• 如果到達(dá)的分組未超過CBS，則把它標(biāo)記為綠色；如果超過了CBS而未超過EBS，則把它標(biāo)記為黃色；否則，標(biāo)記為紅色。在網(wǎng)絡(luò)流量比較簡單的情況下，單速率三色標(biāo)記算法可以用在網(wǎng)絡(luò)入口處來測量流量。

單速率令牌添加方式

單速率標(biāo)記算法中，初始狀態(tài)時兩桶是滿的。先往C桶中添加令牌，等C桶滿了，再往E桶中添加令牌（E桶的令牌用做以后臨時超過CIR的突發(fā)流量），當(dāng)兩桶都被填滿時，新產(chǎn)生的令牌將會被丟棄。

單速率流量評估規(guī)則

當(dāng)報文到來后，直接與桶中的令牌數(shù)相比較，如果有足夠的令牌就轉(zhuǎn)發(fā)（通常用一個令牌關(guān)聯(lián)一個比特的轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)限），如果沒有足夠的令牌則丟棄或緩存。

為方便用Tc和Te表示桶中的令牌數(shù)量，Tc和Te初始化等于CBS和EBS。

色盲模式下，在對到達(dá)報文（假設(shè)報文大小為B）進(jìn)行評估時，遵循以下規(guī)則：

• 對于單速單桶：

• 如果報文長度不超過C桶中的令牌數(shù)Tc，則報文被標(biāo)記為綠色，且Tc=Tc-B，

• 如果報文長度超過C桶中的令牌數(shù)Tc，報文被標(biāo)記為紅色，Tc值不變。

• 對于單速雙桶：

• 如果報文長度不超過C桶中的令牌數(shù)Tc，則報文被標(biāo)記為綠色，且Tc=Tc-B，

• 如果報文長度超過C桶中的令牌數(shù)Tc但不超過E桶中的令牌數(shù)Te，則報文被標(biāo)記為黃色，且Te=Te-B，

• 如果報文長度超過E桶中的令牌數(shù)Te，報文被標(biāo)記為紅色，但Tc和Te不變。

色敏模式下，在對到達(dá)報文（假設(shè)報文大小為B）進(jìn)行評估時，遵循以下規(guī)則：

• 對于單速單桶：

• 如果報文已被標(biāo)記為綠色但報文長度不超過C桶中的令牌數(shù)Tc，則報文被標(biāo)記為綠色，且Tc=Tc-B；

• 如果報文已被標(biāo)記為綠色且報文長度超過C桶中的令牌數(shù)Tc，則報文被標(biāo)記為紅色，Tc保持不變；

• 如果報文已被標(biāo)記為黃色或紅色，都直接將報文標(biāo)記為紅色，Tc保持不變。

• 對于單速雙桶：

• 如果報文已被標(biāo)記為綠色且報文長度不超過C桶中的令牌數(shù)Tc，則報文被標(biāo)記為綠色，且Tc=Tc-B，

• 如果報文已被標(biāo)記為綠色且報文長度超過C桶中的令牌數(shù)Tc但不超過E桶中的令牌數(shù)Te，則報文被標(biāo)記為黃色，且Te=Te-B，

• 如果報文已被標(biāo)記為黃色但報文長度不超過E桶中的令牌數(shù)Te，則報文被標(biāo)記為黃色，且Te=Te-B，

• 如果報文已被標(biāo)記為黃色且報文長度超過E桶中的令牌數(shù)Te，則報文被標(biāo)記為紅色，且Te保持不變，

• 如果報文已被標(biāo)記為紅色，直接將報文標(biāo)記為紅色，Tc和Te不變。

雙速率三色標(biāo)記算法

雙速率令牌桶參數(shù)

雙速率令牌桶主要包括四個參數(shù)：

• CIR（Committed Information Rate）：承諾信息速率，表示端口允許的信息流平均速率，單位是kbps。

• CBS（Committed Burst Size）：承諾突發(fā)尺寸，用來定義在部分流量超過CIR之前的最大突發(fā)流量，單位為byte。承諾突發(fā)尺寸必須不小于報文的最大長度。

• PIR（Peak Information Rate）：表示峰值信息速率，表示端口允許的突發(fā)流量的最大速率，單位是kbps。該值必須不小于CIR的設(shè)置值。

• PBS（Peak Burst Size）：表示峰值突發(fā)尺寸，用來定義每次突發(fā)所允許的最大的流量尺寸，單位為byte。

雙速率令牌桶結(jié)構(gòu)

雙速率三色標(biāo)記算法業(yè)界都使用兩個令牌桶，但它關(guān)注的是速率的突發(fā)，所以不像單速率三色標(biāo)記算法那樣把第一個桶中未使用的令牌放到第二個桶中，而是使用兩個獨立的令牌桶，存在兩個令牌填充速率。為方便將兩個令牌桶稱為C桶和P桶，C桶容量為CBS，令牌填充速率為CIR，P桶容量為PBS，令牌填充速率為PIR。

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“雙速率”是指該算法中兩個令牌桶中的令牌填充速率不同。

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雙速率令牌添加方式

初始狀態(tài)時兩桶是滿的。往C桶和P桶分別以CIR和PIR的速率填充令牌。因這兩個令牌桶是相互獨立的，當(dāng)其中一個桶被填滿時，這個桶新產(chǎn)生的令牌將會被丟棄，另一個桶繼續(xù)填令牌。

雙速率流量評估規(guī)則

雙速率三色標(biāo)記算法關(guān)注的是速率的突發(fā)，首先評估的是數(shù)據(jù)流的速率是否符合規(guī)定的突發(fā)要求，其規(guī)則是先比較P桶，再比較C桶。

雙速率三色標(biāo)記算法也有色盲模式和色敏模式兩種。為方便用Tc和Tp表示桶中的令牌數(shù)量，Tc和Tp初始化等于CBS和PBS。

色盲模式下，在對到達(dá)報文（假設(shè)數(shù)據(jù)包大小為B）進(jìn)行評估時，遵循以下規(guī)則：

• 如果報文長度超過P桶中的令牌數(shù)Tp，則報文被標(biāo)記為紅色，且Tc和Tp保持不變，

• 如果報文長度不超過P桶中的令牌數(shù)Tp但超過C桶中的令牌數(shù)Tc，則報文被標(biāo)記為黃色，且Tp=Tp-B，

• 如果報文長度不超過C桶中的令牌數(shù)Tc，報文被標(biāo)記為綠色，且Tp=Tp-B，Tc=Tc-B。

色敏模式下，在對到達(dá)報文（假設(shè)報文大小為B）進(jìn)行評估時，遵循以下規(guī)則：

• 如果報文已被標(biāo)記為綠色且報文長度超過P桶中的令牌數(shù)Tp，則報文被標(biāo)記為紅色，且Tp和Tc不變。

• 如果報文已被標(biāo)記為綠色且報文長度不超過P桶中的令牌數(shù)Tp但超過C桶中的令牌數(shù)Tc，則報文被標(biāo)記為黃色，且Tp=Tp-B，Tc不變。

• 如果報文已被標(biāo)記為綠色且報文長度不超過C桶中的令牌數(shù)Tc，則報文被標(biāo)記為綠色，且Tp=Tp-B，Tc=Tc-B。

• 如果報文已被標(biāo)記為黃色，則只比較P桶，如果報文長度超過P桶中的令牌數(shù)Tp，則報文被標(biāo)記為紅色，且Tp和Tc不變。

• 如果報文已被標(biāo)記為黃色，且報文長度不超過P桶的令牌數(shù)，則報文被標(biāo)記為黃色，且Tp=Tp-B，Tc不變。

• 如果報文已被標(biāo)記為紅色，直接將報文標(biāo)記為紅色，Tc和Tp不變。