32.7. tc-ctinfo ユーティリティーを使用したパケットのレート制限の設定

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レート制限を使用すると、ネットワークトラフィックを制限し、ネットワーク内のリソースの枯渇を防ぐことができます。レート制限を使用すると、特定の時間枠内での反復的なパケット要求を制限することで、サーバーの負荷を軽減することもできます。さらに、tc-ctinfo ユーティリティーを使用して、カーネルでトラフィック制御を設定することにより、帯域幅レートを管理できます。

接続追跡エントリーには、Netfilter マークと接続情報が格納されます。ルーターがファイアウォールからパケットを転送するとき、ルーターはパケットから接続追跡エントリーを削除または変更します。接続追跡情報 (ctinfo) モジュールは、接続追跡マークからさまざまなフィールドにデータを取り出します。このカーネルモジュールは、Netfilter マークを、ソケットバッファー (skb) マークメタデータフィールドにコピーすることで保存します。

前提条件

iperf3 ユーティリティーがサーバーとクライアントにインストールされている。

手順

サーバーで次の手順を実行します。
1. ネットワークインターフェイスに仮想リンクを追加します。
```
# ip link add name ifb4eth0 numtxqueues 48 numrxqueues 48 type ifb
```
  このコマンドには次のパラメーターがあります。
  name ifb4eth0
  新しい仮想デバイスインターフェイスを設定します。
  numtxqueues 48
  送信キューの数を設定します。
  numrxqueues 48
  受信キューの数を設定します。
  type ifb
  新しいデバイスのタイプを設定します。
2. インターフェイスの状態を変更します。
```
# ip link set dev ifb4eth0 up
```
3. 物理ネットワークインターフェイスに qdisc 属性を追加し、それを受信トラフィックに適用します。
```
# tc qdisc add dev enp1s0 handle ffff: ingress
```
  handle ffff: オプションでは、handle パラメーターはデフォルト値としてメジャー番号 ffff: を enp1s0 物理ネットワークインターフェイス上のクラスフル qdisc に割り当てます。ここで、qdisc は、トラフィック制御を分析するためのキューイング規則パラメーターになります。
4. IP プロトコルの物理インターフェイスにフィルターを追加して、パケットを分類します。
```
# tc filter add dev enp1s0 parent ffff: protocol ip u32 match u32 0 0 action ctinfo cpmark 100 action mirred egress redirect dev ifb4eth0
```
  このコマンドには次の属性があります。
  parent ffff:
  親 qdisc のメジャー番号 ffff: を設定します。
  u32 match u32 0 0
  パターン u32 の IP ヘッダーと一致 (match) するように、u32 フィルターを設定します。最初の 0 は、IP ヘッダーの 2 番目のバイトを表し、もう 1 つの 0 は、一致させるビットがどれであるかをフィルターに指示するマスク照合です。
  action ctinfo
  接続追跡マークからさまざまなフィールドにデータを取り出すアクションを設定します。
  cpmark 100
  接続追跡マーク (connmark) 100 をパケットの IP ヘッダーフィールドにコピーします。
  action mirred egress redirect dev ifb4eth0
  actionmirred を設定して、受信パケットを宛先インターフェイス ifb4eth0 にリダイレクトします。
5. クラスフル qdisc をインターフェイスに追加します。
```
# tc qdisc add dev ifb4eth0 root handle 1: htb default 1000
```
  このコマンドは、メジャー番号 1 を root qdisc に設定し、マイナー ID 1000 のクラスフル qdisc を持つ htb 階層トークンバケットを使用します。
6. インターフェイス上のトラフィックを 1 Mbit/s に制限し、上限を 2 Mbit/s にします。
```
# tc class add dev ifb4eth0 parent 1:1 classid 1:100 htb ceil 2mbit rate 1mbit prio 100
```
  このコマンドには次のパラメーターがあります。
  parent 1:1
  classid を 1、root を 1 として parent を設定します。
  classid 1:100
  classid を 1:100 に設定します。ここで、1 は親 qdisc の数で、100 は親 qdisc のクラスの数です。
  htb ceil 2mbit
  htb のクラスフルな qdisc では、ceil レート制限として 2 Mbit/s の上限帯域幅が許可されます。
7. クラスレス qdisc の Stochastic Fairness Queuing (sfq) を、60 秒の時間間隔でインターフェイスに適用して、キューアルゴリズムの摂動を軽減します。
```
# tc qdisc add dev ifb4eth0 parent 1:100 sfq perturb 60
```
8. ファイアウォールマーク (fw) フィルターをインターフェイスに追加します。
```
# tc filter add dev ifb4eth0 parent 1:0 protocol ip prio 100 handle 100 fw classid 1:100
```
9. 接続マーク (CONNMARK) からパケットのメタマークを復元します。
```
# nft add rule ip mangle PREROUTING counter meta mark set ct mark
```
  このコマンドでは、nft ユーティリティーにはチェーンルール仕様 PREROUTING を含む mangle テーブルがあり、ルーティング前に受信パケットを変更してパケットマークを CONNMARK に置き換えます。
10. nft テーブルとチェーンが存在しない場合は、以下のようにテーブルを作成してチェーンルールを追加します。
```
# nft add table ip mangle
# nft add chain ip mangle PREROUTING {type filter hook prerouting priority mangle \;}
```
11. 指定された宛先アドレス 192.0.2.3 で受信した tcp パケットにメタマークを設定します。
```
# nft add rule ip mangle PREROUTING ip daddr 192.0.2.3 counter meta mark set 0x64
```
12. パケットマークを接続マークに保存します。
```
# nft add rule ip mangle PREROUTING counter ct mark set mark
```
13. -s パラメーターを使用して、iperf3 ユーティリティーをシステム上のサーバーとして実行すると、サーバーはクライアント接続の応答を待ちます。
```
# iperf3 -s
```
クライアント上で、iperf3 をクライアントとして実行し、IP アドレス 192.0.2.3 で定期的な HTTP 要求と応答のタイムスタンプをリッスンするサーバーに接続します。
```
# iperf3 -c 192.0.2.3 -t TCP_STREAM | tee rate
```
192.0.2.3 はサーバーの IP アドレスで、192.0.2.4 はクライアントの IP アドレスです。

Ctrl+C を押して、サーバー上の iperf3 ユーティリティーを終了します。

Accepted connection from 192.0.2.4, port 52128
[5]  local 192.0.2.3 port 5201 connected to 192.0.2.4 port 52130
[ID] Interval       	Transfer 	Bitrate
[5]   0.00-1.00   sec   119 KBytes   973 Kbits/sec
[5]   1.00-2.00   sec   116 KBytes   950 Kbits/sec
...
[ID] Interval       	Transfer 	Bitrate
[5]   0.00-14.81  sec  1.51 MBytes   853 Kbits/sec  receiver

iperf3: interrupt - the server has terminated

Ctrl+C を押して、クライアント上の iperf3 ユーティリティーを終了します。

Connecting to host 192.0.2.3, port 5201
[5] local 192.0.2.4 port 52130 connected to 192.0.2.3 port 5201
[ID] Interval       	Transfer 	Bitrate     	Retr  Cwnd
[5]   0.00-1.00   sec   481 KBytes  3.94 Mbits/sec	0   76.4 KBytes
[5]   1.00-2.00   sec   223 KBytes  1.83 Mbits/sec	0   82.0 KBytes
...
[ID] Interval       	Transfer 	Bitrate     	Retr
[5]   0.00-14.00  sec  3.92 MBytes  2.35 Mbits/sec   32     sender
[5]   0.00-14.00  sec  0.00 Bytes  0.00 bits/sec            receiver

iperf3: error - the server has terminated

検証

インターフェイス上の htb クラスと sfq クラスのパケット数に関する統計情報を表示します。

# tc -s qdisc show dev ifb4eth0

qdisc htb 1: root
...
 Sent 26611455 bytes 3054 pkt (dropped 76, overlimits 4887 requeues 0)
...
qdisc sfq 8001: parent
...
 Sent 26535030 bytes 2296 pkt (dropped 76, overlimits 0 requeues 0)
...

mirred アクションと ctinfo アクションのパケット数の統計情報を表示します。

# tc -s filter show dev enp1s0 ingress
filter parent ffff: protocol ip pref 49152 u32 chain 0
filter parent ffff: protocol ip pref 49152 u32 chain 0 fh 800: ht divisor 1
filter parent ffff: protocol ip pref 49152 u32 chain 0 fh 800::800 order 2048 key ht 800 bkt 0 terminal flowid not_in_hw (rule hit 8075 success 8075)
  match 00000000/00000000 at 0 (success 8075 )
    action order 1: ctinfo zone 0 pipe
      index 1 ref 1 bind 1 cpmark 0x00000064 installed 3105 sec firstused 3105 sec DSCP set 0 error 0
      CPMARK set 7712
    Action statistics:
    Sent 25891504 bytes 3137 pkt (dropped 0, overlimits 0 requeues 0)
    backlog 0b 0p requeues 0

    action order 2: mirred (Egress Redirect to device ifb4eth0) stolen
       index 1 ref 1 bind 1 installed 3105 sec firstused 3105 sec
    Action statistics:
    Sent 25891504 bytes 3137 pkt (dropped 0, overlimits 61 requeues 0)
    backlog 0b 0p requeues 0

htb レートリミッターとその設定の統計情報を表示します。

# tc -s class show dev ifb4eth0
class htb 1:100 root leaf 8001: prio 7 rate 1Mbit ceil 2Mbit burst 1600b cburst 1600b
 Sent 26541716 bytes 2373 pkt (dropped 61, overlimits 4887 requeues 0)
 backlog 0b 0p requeues 0
 lended: 7248 borrowed: 0 giants: 0
 tokens: 187250 ctokens: 93625

関連情報

tc(8) および tc-ctinfo(8) の man ページ
nft(8) の man ページ

32.7. tc-ctinfo ユーティリティーを使用したパケットのレート制限の設定

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