QOS 单速率三色标记算法原理

acidrain

单速率三色标记算法原理
这里首先要理解“单速率”是什么意思，那就是算法中的两个令牌桶有同样的承诺信息速率（CIR），
也就是具有相同平均访问速率。这两个令牌桶分别是正常使用的令牌桶（C桶）和超出令牌桶容量的突发
令牌桶（E桶），可以理解为两个水桶，一个是正常使用的水桶，另一个是用来当正常使用的水桶满后装
多余的水的水桶。
单速率三色标记算法关注的是数据包的突发尺寸，数据包的色标记评估依据以下3个参数：承诺信息
速率(CommittedInformationRate，CIR)、承诺突发尺寸（CommittedBurstSize，CBS）和超额突发尺寸
（ExcessBurstSize，EBS）。CIR是指向令牌桶中填充令牌的平均速率，即允许的通信流平均速度；CBS
是指每次突发所允许的最大的流量尺寸，也相当于允许的最大取令牌的速率，等于桶的容量（最大时就是
一个包就可以全部领取桶中的全部令牌）。EBS是指每次突发允许超出CBS的最大流量尺寸。CBS和EBS的
单位都是bit（位）。
单速率三色机制采用双桶结构：C桶和E桶（之所以用这两个字母来表示，为的就是与前面说的CBS和
EBS两种速率的头个字母一致，便于描述），且两个令牌桶的CIR一样。C令牌桶中任何未用的令牌都被放
入E令牌桶中，用做以后临时超过CIR的突发流量的令牌；另外，当C令牌桶满时，超出的令牌也都会放在
E令牌桶中。
Tc和Te分别表示C令牌桶和E令牌桶中的令牌数，也就是桶中当前的容量（单位也为bit），两桶的总
容量分别为CBS和EBS，也就是对应前面介绍的承诺突发尺寸和超额突发尺寸，最初它们都是满的，即Tc
和Te初始值分别等于CBS和EBS。正常情况下，不会使用第二个令牌桶（也就是E桶），而是把任何
CBS（也就是C桶）中未使用的令牌都放入E桶中，只有当C令牌桶满后，后面来的令牌才放到E令牌桶中，
为可能出现的突发数据提供信用令牌（也就是经过允许的令牌）。
在这种单速率三色标记算法中，两个令牌桶中令牌的添加是按照相同的CIR速率进行的。即每隔1/CIR
时间添加一个令牌。添加的顺序是先添加C桶再添加E桶，当两个令牌桶中的令牌都满时，再产生的令牌
就会被丢弃。至于在发送数据包时，令牌的使用IEEE又定义了三种颜色（分别为红色、黄色和绿色）以
及两种模式：色盲模式和感色模式，默认为色盲模式。三种颜色的功能与我们日常生活中的交通指示灯中
的三种颜色类似，红色表示违规数据，直接丢弃，黄色表示数据包虽然违法，但不直接丢弃，而是延迟发
送，绿色为合法数据包，直接发送。
在色盲（color-blind）模式下是假设包都是没有经过“着色”处理的（不辨别包中原来标记的颜色），
是根据包长度来确定包被标记的颜色。现假设到达的包长度为B（单位为bit）。若包长度B小于C桶中的
令牌数Tc（也就是C桶中的令牌数足够该包发送所需），则包被标记为绿色，表示包符合要求，包发送后
C桶中的令牌数Tc减少B。如果Tc<B<Te（也就是包长度大于C桶中的令牌数，而小于E桶中的令牌数），则
标记为黄色，则从E桶中取出所需令牌，E桶中的令牌数Te减少B；若B>Te，标记为红色，表示是违反规定
的包，直接丢弃，两令牌桶中的总令牌数都不减少。
在感色（color-aware）模式下是假设包在此之前已经过“着色”处理（会辨别包中原来标记的颜色），
如果包已被标记为绿色，或包长度B<Tc（注意只要满足其中一个条件即可，下同），则包被标记为绿
色，C桶中的令牌数Tc值随之也相应减少B；如果包已被标记为黄色，或Tc<B<Te，则包被标记为黄色，同
时E桶中的令牌数Te也随之相应减少B；如果包已被标记为红色，或B>Te，则包被标记为红色，Tc和Te都
不减少。