Internet流量监管机制之漏桶算法和令牌桶算法

漏桶算法和令牌桶算法都是为了限制应用无限制的向网络注入流量而设定的算法。两者看似区别不大，但是如果仔细来看，是有区别的：漏桶算法只能把应用的输出速率限定在一个固定的速度，但是令牌桶除了在把总的输出速率限制在一定范围内，还能容忍一定时间的高速率突发流量。

上图为漏桶算法的示意图。漏桶算法的原理是：将主机用户进程输出的不规则包流转换为输入网络的均速包流，主机和网络的接口就是一个漏桶，漏桶就是一个有限的内部队列。

从桶底小孔向外漏的速率恒定，一旦桶空外漏速率为0，一旦满水就从上面溢出。也就是说，漏桶的上方的应用注入到漏桶里面的速率是随意的，只不过经过流量整形，输出到网络中的速率永远是一定的，和漏桶的底部大小有关。并且，当输入速率大于输出速率的时候，桶里面会堆积，堆积的过多，当大于桶的容量之后，就会出现溢出的现象，也就是数据丢包。这也是漏桶算法的一个缺点。它的最重要特征是输出速率是恒定的，这也是区别于令牌桶的根本。

令牌桶算法：

令牌桶示意图如上所示：它的思想是，令牌桶以一定速率生成令牌，只有在令牌桶里面有令牌时才能发送包，每发送一个包漏桶内的令牌数减1，令牌桶满时新产生的令牌将被丢弃。所以当突发大量流量的时候，因为令牌桶里面之前存有一定数量的令牌，那么可以首先以很高的速率发送数据包。当令牌桶里面的令牌消耗完毕之后，它只能按照令牌生成的速率来发送剩余的数据包了。

比如令牌桶容量b=250KB，令牌到达速率r=2MBps，网络最大传输率M=25MBps。假设突发数据长为1MB，到达时令牌桶已满，那么令牌桶流量整形情况是怎么样的呢？

首先肯定的一点是，令牌桶整形的速率首先是25MBps,之后一段时间后变成2MBps. 那么各自花了多长时间呢？设突发时间为s；则突发数据最大输出为b＋r · s。可得b＋r · s= M · s。所以解得s=10.8ms。在s秒内以25MBps的速率突发一部分，其余的数据只能以2MBps的速率发送，这种速率持续了T s,直到发送结束。那么 T= （1-25MBps * s）/2MBps = 364ms。输出流量示意图如下：