入門：Single / Two Rate Three Color Marker (srTCM / trTCM)

Introduction toSingle / Two Rate Three Color Marker

(srTCM / trTCM)Kentaro Ebisawa /海老澤健太郎

Twitter: @ebiken

2015/02/10

初めに

•本資料は、ネットワーク機器で良く使用されるsrTCM and trTCM (single / two rate Tree Color Marker)の初学者のためのガイドとなることを目的としています。

•本資料中では、以下３つのRFCに記載された内容を解説したのち、二つの異なるtrTCMアルゴリズムを比較します。• RFC 2697 - A Single Rate Three Color Marker

• https://tools.ietf.org/html/rfc2697

• RFC 2698 - A Two Rate Three Color Marker - IETF Tools• https://tools.ietf.org/html/rfc2698

• RFC 4115 - A Differentiated Service Two-Rate, Three-Color Marker with Efficient Handling of in-Profile Traffic• https://tools.ietf.org/html/rfc4115

2Intro to Single Rate / Two Rate Three Color Marker (srTCM/trTCM) | 2015/02/10 | @ebiken

https://tools.ietf.org/html/rfc2697



目次

•メータとは？（Intro to metering）

•パケットの色分け

• color-blind / color-aware モードの比較

• トークンバケットを利用した３種類のメータ・アルゴリズム• RFC 2697 - A Single Rate Three Color Marker

• RFC 2698 - A Two Rate Three Color Marker

• RFC 4115 - A Differentiated Service Two-Rate, Three-Color Marker with Efficient Handling of in-Profile Traffic

• RFC2698 と RFC4115の比較

•メモ書き

Intro to Single Rate / Two Rate Three Color Marker (srTCM/trTCM) | 2015/02/10 | @ebiken 3

メータとは？（Intro to metering）

•メータ（Meter）は Classifierで識別された各フロー（パケットの集合）に対して以下処理を実施•パケットの帯域（rate）を測定

• その後の処理のために色分け

•帯域（rate）測定のアルゴリズムとして、トークン・バケット方式が広く利用されている• フローに関する過去のデータを必要としないため


RFC2475: https://tools.ietf.org/html/rfc2475Fig. 1 : Logical View of a Packet Classifier and Traffic Conditioner

Packets Classifier

Meter

MarkerShaper/Dropper


パケットの色分け

•パケットの分類を直感的に理解しやすくするための概念

•例えば、消費帯域により３色に色分けし、その後の処理を変える• 赤：ピーク帯域を越えたため即座に破棄（Drop）• 黄：ピークより下だが、コミット帯域を上回っているので優先度（低）として扱う• 緑：コミット帯域の範囲内のため、優先度（高）にて常に転送（Forward）


パケット

Meter

優先度（低）

優先度（高）

ピーク帯域

保障（コミット）帯域

color-blind / color-aware モードの比較• RFC 2698 と RFC 4115 は color-blind / aware modeの２つのモードを持つ

• 以降のスライドでは簡略化のため、 color-blind モードのみ解説する。• 本スライド以上の詳細を知りたい場合は、RFCを参照のこと。

• RFC 2698• color-blind モード

• 全てのパケットはバケット中のトークンを元に評価・色分けされ、トークンが消費される。• color-aware モード

• 既に色分けされている場合は、評価されずに既存の色となり、トークンは消費されない。• もし色分けされていない場合、color-blind モードと同様の動作となる。

• RFC 4115• color-blind モード

• メーターは、すべてのパケットは既に緑に色分けされているものとして扱う。• パケット処理は、 color-aware モードで緑のパケットに対する処理と同様の動作となる。

• color-awareモード• 赤のパケットは常に赤に色分けされる。• 黄のパケットはその時点のトークンにより評価され、赤もしくは黄に色分けされる。• 緑のパケットはその時点のトークンにより評価され、赤黄緑いずれかに色分けされる。


RFC 2697 - A Single Rate Three Color Marker (srTCM)

•パラメータ• Committed Information Rate (CIR) … Bytes per second

• Committed Burst Size (CBS) … Bytes

• Excess Burst Size (EBS) … Bytes

•概要• CIR はトークンが補充される速度を表す。

• CBS / EBS は Tc / Teという名前のトークン・バケットの最大値を表す。

• Tc(t) / Te(t) は時刻 “t” におけるバケット中のトークン量を表す。

• CBS / EBSのいずれかは、０より大きい必要があり（must）、MTUより大きいことが推奨される。


RFC 2697 - srTCM アルゴリズム（図は次からのスライド参照）

•初期状態では、両方のバケットは満杯。• Tc(0) = CBS, Te(0) = EBS

• Tc / Te は１秒間に CIR回、以下の通り更新される。• Tc が CBSより小さい場合、Tc は１増加。• Te が EBSより小さい場合、Te は１増加。• それ以外の場合は、Tc / Te 両方とも増加されない。

• Marking and Bucket update when Packet arrives.• サイズ B (Byte) のパケットを受信。• もし Tc(t)-B >= 0の場合、パケットは緑に色分けされ、Tc を B減らす。• もし Te(t)-B >= 0の場合、パケットは黄に色分けされ、Te を B減らす。• それ以外の場合は、パケットは赤に色分けされ、Tc / Te とも減らさない。



Tc Te1. Tc += CIR*Δt

Tc(t) < CBS(not full)

2. Te += CIR*Δt

Te(t) < CBS(not full)

LoopEvery Δt

do nothing(both buckets

are full)

1. Tcにトークンを補充（Tcが満杯でない場合）

2. Teにトークンを補充（Tcは満杯で、Teが満杯でない場合）

EBSCBS

トークンの補充(single rate TCM)

• CBS: Committed Burst Size (Bytes)• EBS: Excess Burst Size (Bytes)• CIR: Committed Information Rate

(Bytes per sec)

• 理解のしやすさのため RFCと異なり、Δt時間毎の変化を図示

srTCM

YES

NO

YES

NO


Tc TeTc(t) - B >= 0

Te(t) - B >=0

Packet Arrives(Size B Bytes)

c. Mark RED

a. Mark GREENTc(t) -= B

b. Mark YELLOWTe(t) -= B

EBSCBS

パケットの色分け＆トークン消費(single rate TCM)

• CBS: Committed Burst Size (Bytes)• EBS: Excess Burst Size (Bytes)• CIR: Committed Information Rate

(Bytes per sec)

• 理解のしやすさのため RFCと異なり、Δt時間毎の変化を図示

srTCM

a. Tcに十分なトークンがある場合Tcのトークンを消費⇒緑に色分け

b. Teに十分なトークンがある場合Teのトークンを消費⇒黄色に色分け

c. 赤に色分け（トークンが足りない場合）

パケット受信(B bytes)

YES

NO

YES

NO

RFC 2698 - A Two Rate Three Color Marker (trTCM)

•パラメータ• PIR: Peak Information Rate … Bytes per second• PBS: Peak Burst Size … Bytes (Burst size of PIR)• CIR: Committed Information Rate … Bytes per second• CBS: Committed Burst Size … Bytes (Burst size of CIR)

•概要• PIR/CIRはトークンが補充される速度を表す。• PIR は CIR以上である必要がある（must）• PBS/CBSは Tp / Tc という名前のトークン・バケットの最大値を表す。• Tp(t) / Tc(t)は時刻 “t” におけるバケット中のトークン量を表す。• PBS / CBS のいずれかは 0 より大きい必要があり（must）、MTUより大きいことが推奨される。



Tc Tp

2. Tcにトークンを補充（Tcが満杯でない場合）

1. Tpにトークンを補充（Tpが満杯でない場合）

PBSCBS1. Tp += PIR*Δt

if Tp(t) < PBS (not full)

LoopEvery Δt

trTCMRFC2698

2. Tc += CIR*Δtif Tc(t) < CBS (not full)

トークンの補充：RFC 2698 (trTCM)


Tc TpTp(t) - B < 0

Tc(t) - B < 0


c. Mark GREENTp(t) -= BTc(t) -= B

a. Mark RED

b. Mark YELLOWTp(t) -= B

PBS

b. Tcに十分なトークンが無い場合黄に色分けTpから消費

a. Tpに十分なトークンが無い場合赤に色分け

CBS

c. 緑に色分けTp, Tcから消費パケット受信 (B bytes)

trTCMRFC2698

YES

NO

YES

NO

パケットの色分け＆トークン消費：RFC 2698 (trTCM)


Tc TpTp(t) - B < 0

Tc(t) - B < 0


c. Mark GREENTp(t) -= BTc(t) -= B

a. Mark RED

b. Mark YELLOWTp(t) -= B

PBSCBS

trTCMRFC2698

1. Tp += PIR*Δtif Tp(t) < PBS (not full)

LoopEvery Δt


YES

NO

YES

NO

まとめ：RFC 2698 (trTCM)

b. Tcに十分なトークンが無い場合黄に色分けTpから消費

a. Tpに十分なトークンが無い場合赤に色分け

c. 緑に色分けTp, Tcから消費パケット受信 (B bytes)

2. Tcにトークンを補充(if Tc is not full)

1. Tpにトークンを補充(if Tp is not full)

RFC 4115 - trTCM with Efficient Handling of in-Profile Traffic

•パラメータ• EIR: Excess Information Rate … bits per second• EBS: Excess Burst Size … Bytes (Burst size of EIR)• CIR: Committed Information Rate … bits per second• CBS: Committed Burst Size … Bytes (Burst size of CIR)

•概要• EIR / CIRはトークンが補充される速度を表す。• EBS / CBSは Te / Tcという名前のトークン・バケットの最大値を表す。• Te(t) / Tc(t) は時刻 “t” におけるバケット中のトークン量を表す。• EBS / CBS はMTU （受信パケットのPDU）より大きい必要がある。• EIR / CIR はそれぞれ独立して設定する事が可能。もしくはバースト時間を表すパラメータ Tを使用して T=EBS/EIR=CBS/CIRのように関連付けることも可能。



Tc Te

1. Tc にトークンを補充（Tcが満杯でない場合）

2. Teにトークンを補充（Teが満杯でない場合）

EBSCBS

trTCMRFC4115


LoopEvery Δt

2. Te += EIR*Δtif Te(t) < EBS (not full)

トークンの補充： RFC 4115 (trTCM)


Tc TeB <= Tc(t)

B <= Te(t)


c. Mark RED



EBS

a. Tcに十分なトークンがある場合緑に色分け⇒ Tcから消費

b. Teに十分なトークンがある場合黄色に色分け⇒ Teから消費

CBS

パケット受信 (B bytes) c. 赤に色分け

trTCMRFC4115

YES

NO

YES

NO

パケットの色分け＆トークン消費：RFC 4115 (trTCM)


Tc TeB <= Tc(t)

B <= Te(t)


c. Mark RED



EBSCBS

trTCMRFC4115


LoopEvery Δt

2. Te += EIR*Δtif Te(t) < EBS (not full)

YES

NO

YES

NO

まとめ：RFC 4115 (trTCM)

a. Tcに十分なトークンがある場合緑に色分け⇒ Tcから消費

b. Teに十分なトークンがある場合黄色に色分け⇒ Teから消費

パケット受信 (B bytes) c. 赤に色分け

1. Tc にトークンを補充（Tcが満杯でない場合）

2. Teにトークンを補充（Teが満杯でない場合）

RFC2698 と RFC4115の比較

• トークン・バケットの評価順序• RFC2698 Tp （Peak/ピーク） => Tc (Commit/コミット)

• RFC4115 Tc (Commit/コミット) => Te (Excess/超過)

• RFC4115では緑に該当するパケットは１度しか評価されない。

•もし多くのトラフィックが緑に該当する場合、非常に効率的。

• RFC2698 では、緑に該当するパケットは２回評価される必要がある。

•黄に該当するパケットが多い場合、その影響で緑に該当するパケットに影響を与える可能性がある。


メモ書き

•帯域（rate）を計算する際、パケットのどの部分を考慮するのか？• RFC2697/2698 (srTCM/trTCM) では IP packets 部分のみCIRの帯域計算に使用すると記載されている。（リンクレイヤーのヘッダは無視される）• “The CIR is measured in bytes of IP packets per second, i.e., it includes the IP header,

but not link specific headers.”

• しかし、MPLS/VLAN/Ethernet ヘッダを計算に含める実装も多数あると推測される。

• RFC4115 は PDU （IPパケットとは限らない）が使用される事を暗に記載している。• Page 2: “The CBS and EBS are measured in bytes and must configure to be greater

than the expected maximum length of the incoming PDU.”


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