路由与交换-QOS之Bandwidth Management
一.前言
bandwidth management常见于企业和ISP之间的线路，当物理接口的速率大于ISP所承诺的带宽CIR时，则就需要在企业侧限制输出的带宽。带宽的管理主要有两种：traffic shape和traffic police。
tips：CIR-Committed Information Rate-承诺信息速率
二.令牌桶算法与限流
如何限制一个物理速度为10Mbps的接口速度至CIR-2Mbps?
如下图，以1s为间距，1s内只发送2Mb的数据，然后就不在发送，直到下一个1s的间隔；
在上图中，如果以1s为单位做分割，会造成一个问题：突发流量造成其他流量的大量丢弃，设想：
- 在0s时候，传输2Mb的ftp数据，话费0.2s；
- 在0.2~1之间，不在传输数据，有多个VoIP包被丢弃，用户侧出现0.8s无声；
- 在1~1.2之间，VoIP高优先级转发，但是速率只有0.125Mbps，同时转发的还有大量的ftp数据；
- 在1.2~2之间，因为2Mb已经被消耗殆尽，将不在传输数据，VoIP被丢弃；
如果将2M分割成4份，每份0.5Mb，则突发流量只会消耗较小范围（0.25s）内的token，如果间隔再细分，如分到0.05s，则在每个0.05的间隔内，VoIP都会优先传送（到发送队列后，直接发送不用排队），则意味着满足VoIP的要求（2个VoIP的数据包之间间隔<0.1s）。
Bucket and Token Algorithm-令牌桶算法
带宽管理遵从令牌桶算法：
- 每传输1bit的内容，就要Bucket中取走一个token，如果没有token则不允许发送。
- 每间隔一段时间（Time Interval-\(T_C\)）会向Bucket中补充token（数量为Committed Burst-\(B_C\))；
- Bucket的大小为\(B_c\)，溢出的token将会被移除；
CIR与\(T_C\)与\(B_C\)之间关系：
所以\(T_C\)的值由\(B_C\)和CIR共同决定，\(B_C\)可以自定义，\(B_C\)值越小，曲线约平滑，但是过小又会加重设备负担。一般情况下针对VoIP可以适当设置小些，让传输更加平滑，针对文件传输，可以设置大些，减小设备负担。
三. Traffic Shaping
shaping即将超出CIR的Packet暂时放在一个Buffer中等待token发送。这样可以较police更高效率的利用带宽，如下图：
在shaping中的\(B_C\)与\(B_E\)与PIR（Peak Information Rate）高峰信息速率
\(B_C\)代表Bucket的大小与token的补充速度。在shaping中，如果配置有\(B_E\)则会有一些改变，如下图：
Bucket的大小变为\(B_C + B_E\)，但token的补充速度依旧是\(B_C\).
这样，在不繁忙时，最大的token数会额外累加，从而应对突发流量，但是整体带宽因为token补充速度的原因，保持不变；
cisco中可以将shape模式配置为peck模式，此模式下token的补充速度为\(B_C+B_E\)，从而进一步提高带宽的利用；
tips：运营商侧只对CIR带宽做保障，超过的可能被Drop或者Delay，要酌情划分；
queue-limit
在Shaping中，在token不够的时候，packet会在buffer中等待，此Buffer也被称为queue-limit，如果满了则会发生Tail Drop或者其他丢弃机制.
queue-limit可以配置bytes或者packets，也可以配置为时间，配置时间的意义就在于Voip，超过1s钟的数据再发送已经没有意义了，丢弃是合理的。
csr(config-pmap-c)#queue-limit ?
<1-64000000> in bytes, <1-8192000> in packets by default
四. Traffic Policing
Traffic Policing是另外一种带宽管理的方法，与shaping一样使用令牌桶算法，但也稍有区别：
- police中的bucket大小即B_C的值的最小单位为byte；
- police不会延时传送，token不足则把包丢弃；
- police中\(B_C\)与\(B_E\)为两个bucket，bucket大小分别为\(B_C\)与\(B_E\)的值；
4.1 Traffic Policing中的三种分类
Traffic Policing中总有3中分类：Single-rate Two-color Policer，Single-rate Three-color Policer及DualTwo-rate Three-color Policer.
Single-rate Two-color Policer
发包时通过查看\(B_C\)Bucket中是否有足够的token来决定执行绿色动作（conform action）还是红色动作（Exceed Action），如下图：
Single-rate Three-color Policer
首先\(B_C\)Bucket溢出的token会放入\(B_E\)Bucket中，直至\(B_E\)bucket达到上限；
转发包时，在\(B_C\)Bucket没有足够token后，判断\(B_E\)Bucket中的token会否满足，满足则执行溢出操作（Exceed Action），否则执行违规操作（Violate Action）。
Dual-rate Three-color Policer
区别于Single-rate Three-color Policer，\(B_E\)Bucket的token由PIR来决定\(T_C\)时间内的补充量；
