Cisco CAR 实现方法和机制

一、什么是CAR

CAR是Committed Access Rate的简写，意思是：承诺访问速率。

1．CAR的作用

CAR主要有两个作用：对一个端口或子端口(subinterface)的进出流量速率按某个标准上限进行限制；对流量进行分类，划分出不同的QoS优先级。

2．CAR的适用范围

CAR只能对IP包起作用，对非IP流量不能进行限制，另外CAR只能在支持CEF交换（Cisco Express Forward）的路由器或交换机上使用。所以只有Cisco 2600系列以上的型号才可以使用CAR。以下这些interface上也不能使用CAR：

Fast EtherChannel interface

Tunnel Interface

PRI interface

3．CAR的运作机制

CAR可以看成是数据包分类识别(packet classification)和流量控制(access rate limiting)的结合。其工作流程可以从下图指出：

第一步的Traffic Matching是首先从数据流中识别出感兴趣的流量。所谓感兴趣的流量，是指用户希望对其进行流量控制的数据包类型。用户可以选择以下几种不同的方式来进行流量识别：

（1）全部的IP流量，这样可以把所有的IP流量采用统一的流量控制策略。

（2）基于IP前缀，此种方式是通过rate-limit　access list来定义的。

（3）QoS 分组

（4）MAC地址，此种方式通过rate-limit 　access list来定义。

（5）IP　access list，可通过standard或extended　access list来定义。

在第一步采用上述方法识别到了感兴趣的流量后，进行第二步的流量衡量（traffic measurement）。CAR采用一种名为token bucket的机制来进行流量衡量。见下图：

图中的token可以看成是第一步的traffic matching所识别到的感兴趣流量，该种流量的数据包进入一个bucket（桶）内，该bucket的深度则由用户定义，在进入该token bucket后，以用户希望控制的流量速率（此流量速率并非该类流量的实际速率，而是用户希望该类流量的速率上限）离开该bucket，执行下一部操作（conform action）。在这里，对于实际流量速率的不同，可以看到会有两种情况发生：

（1）实际流量小于或等于用户希望速率，这样，明显地，token离开bucket的实际速率将和其来到的速率一样，bucket内可以看作是空的。流量不会超过用户的希望值。

（2）实际流量大于用户希望速率。这样，token进入bucket的速率比其离开bucket的速率快，这样在一段时间内，token将填满该bucket，继续到来的token将溢出(excess)bucket，则CAR采取相应的动作（一般是丢弃或将其IP前缀改变以改变该token的优先级）。这样就保证了数据流量速率保证在用户定义的希望值内。

二、如何配置CAR

一般来说，CAR比较适合部署在网络的边缘部分，我们的一般做法也是在分关路由器上部署CAR。配置CAR主要包括以下几部分：

1.确定“感兴趣”的流量类型，主要通过下列方式确定：

（1）所有的IP流量

（2）基于IP前缀

（3）基于QoS分组

（4）基于MAC地址

（5）基于standard或extended的IP access list

一般最常用的是第五种方式。用户可以使用standard ip access list来确定哪些进行访问（被访问）的IP的流量需要进行rate-limit，也可以用extended ip access list来确定哪些访问（被访问）的IP的协议类型流量（如HTTP，FTP）需要进行rate-limit。例如我们想限制用户到内部网站上浏览网页的速度，则可以采用如下的access list来定义流量：

access-list 101 permit tcp any eq www any

这里值得注意的一点是在配置时要配成any eq www any而不是any any eq www。因为主要的流量不是用户向http server发送的请求（这类请求流量的源端口号为随机，目的端口号为80），而是http server收到用户的请求后发给用户方的网页内容的流量（这部分流量的源端口号为80，目的端口号为发起方的端口号），如果在这个小细节上不加注意则不能对下载的流量进行有效的限制。

2.在相应的端口配置rate-limit:

一般的写法是：

interface X

rate-limit {input|output} [access-group number ] bps burst-normal burst-max conform-action action exceed-action action

命令解释如下：

interface: 用户希望进行流量控制的端口，可以是Ethernet也可以是serial口，但是不同类型的interface在下面的input　output上选择有所不同，需要注意一下。

Input|output:用户希望限制输入或输出的流量。还是以限制浏览网页为例子，如果在以太网端口配置，则该流量为output；如果在serial端口配置，则该流量为input。

Access-group number: number是前面用户用access list定义流量的access list号码。

Bps:用户希望该流量的速率上限，单位是bps。

Burst-normal burst-max：这个是指token bucket的大小，一般采用8000,16000,32000这些值，视乎bps值的大小而定。

Conform-action ：在速率限制以下的流量的处理策略。

Exceed-action:超过速率限制的流量的处理策略。

Action:处理策略，包括以下几种：

Transmit:传输 Drop:丢弃 Set precedence and transmit:修改IP前缀然后传输 Set QoS group and transmit:将该流量划入一个QoS group内传输 Continue:不动作，看下一条rate-limit命令中有无流量匹配和处理策略，如无，则transmit Set precedence and continue:修改IP前缀然后continue Set QoS group and continue:划入QoS group然后continue

这里需要指出的是，在一个interface内，可以配置多条rate-limit命令，如果action里面有continue，则顺序执行下一条rate-limit命令，若某种流量在continue之后没有被某条rate-limit命令丢弃，则它将进行传输。一个端口最多可配２０条rate-limit命令。

那么对于我们进行http限制的例子，相应的配置为：

interface e0

rate-limit output access-group 101 128000 16000 16000 conform-action transmit exceed-action drop

这里我们把下载的流量定义在128Kbps,token bucket的大小为16000字节。如果把token bucket定得太小（如4000）,则用户端的速率将显得不够平滑。

三、如何检查CAR是否在相应端口起了作用

采用命令show interface XX rate-limit可以检查端口XX的CAR实际效果，见如下实例：

Fddi2/1/0

Input

matches: access-group 101

params: 80000000 bps, 72000 limit, 72000 extended limit

conformed 0 packets, 0 bytes; action: set-prec-transmit 5

exceeded 0 packets, 0 bytes; action: set-prec-transmit 0

last packet: 4738036ms ago, current burst: 0 bytes

last cleared 01:02:05 ago, conformed 0 bps, exceeded 0 bps

matches: all traffic

params: 50000000 bps, 64000 limit, 64000 extended limit

conformed 0 packets, 0 bytes; action: set-prec-transmit 5

exceeded 0 packets, 0 bytes; action: set-prec-transmit 0

last packet: 4738036ms ago, current burst: 0 bytes

last cleared 01:00:22 ago, conformed 0 bps, exceeded 0 bps

Output

matches: all traffic

params: 80000000 bps, 80000 limit, 80000 extended limit

conformed 0 packets, 0 bytes; action: transmit

exceeded 0 packets, 0 bytes; action: drop

last packet: 4809528ms ago, current burst: 0 bytes

last cleared 00:59:42 ago, conformed 0 bps, exceeded 0 bps

这里解释一下show interface rate-limit看到的结果。

Matches是表示该interface配置的traffic matching规则，有多个matches表示该interface配置了多条rate-limit命令，采用了多条matching规则。下面的params表示该规则定义的各项参数，xxx bps表示设定速率值，limit和extended limit表示token bucket的容量。Conformed x packets,y bytes表示对速率限制内的包数量和字节数，action表示对符合规则的包采用的处理方式；exceeded x packets这行也类似地是表示对超过速率限制的包的数量和字节数，action是其处理方式。下面的last packet是表示最新的到来数据包的是多久前到达的，current burst是当前token bucket内的数据大小，last cleared是最近一次清记数器到现在的时间，conform x bps表示速率限制内的包的实际流量速率，exceed y bps　表示超过部分的速率。

我们可以用这条命令检查我们配置CAR的实际效果，如果发现没有conform的流量，则一般情况下是traffic matching的规则设置有问题，又或者是在interface上的input output设得不正确。

四、CAR的其他用途

CAR除了可以象我们提供的范例所示来限制某种流量的速率之外，还可以用来抵挡某些类型的网络攻击。

DOS网络攻击的一个特征是网络中会充斥着大量带有非法源地址的ICMP包，我们可以通过在路由器上对ICMP包通过配置CAR来设置速率上限的方法来保护网络。

范例如下：

interface xy

rate-limit output access-group 2020 3000000 80000 80000 conform-action transmit exceed-action drop

access-list 2020 permit icmp any any echo-reply

这样可以限制ICMP包的转发速率和大小，减少对网络和主机造成的破坏。   注：在CAR里面会用到access-list rate-limit xx mask 0-FF （00表示不匹配任意precedence，FF表示匹配任意precedence），它的作用是通过使用掩码来匹配被设置了优先权(0~7)的包,其使用方法有这么几个步骤： 一：Decide which precedence's you want to assign to this rate-limit access list（决定你要分配给rate-limit ACL的precedence）

二：Convert the precedence's into an 8-bit numbers with each bit corresponding to one
precedence. For example, an IP precedence of 0 corresponds to 00000001, 1 corresponds
to 00000010, 6 corresponds to 01000000, and 7 corresponds to 10000000.（把precedence转换成一个8位数，每一位都对应一个precedence值，如：precedence0 对应00000001，precedence1对应00000010，precedence6对应01000000，precedence7对应10000000，仔细看不难发现其规律）

三： Add the 8-bit numbers for the selected precedence's together. For example, the
mask for precedence's 1 and 6 is 01000010.（把相应的precedence值0～7加到一起组成8位数如：1：00000010+6：01000000=01000010）

四：Convert the binary mark into the corresponding hexadecimal number.（把得到的二进制数转换成相应的十六进制数，如：01000010=0x42）不知道大家明白没有这里我把原文贴出来共享：

Use the mask keyword to assign multiple IP precedence's to the same rate-limit list. To
determine the mask value, perform the following steps:
Step 1 Decide which precedence's you want to assign to this rate-limit access list.
Step 2 Convert the precedence's into an 8-bit numbers with each bit corresponding to one
precedence. For example, an IP precedence of 0 corresponds to 00000001, 1 corresponds
to 00000010, 6 corresponds to 01000000, and 7 corresponds to 10000000.
Step 3 Add the 8-bit numbers for the selected precedence's together. For example, the
mask for precedence's 1 and 6 is 01000010.
Step 4 Convert the binary mark into the corresponding hexadecimal number. For
example, 01000010 becomes 0x42. This value is used in the access-list rate-limit
command. Any packets that have an IP precedence of 1 or 6 will match this access list. A
mask of FF matches any precedence, and 00 does not match any precedence.
In this example, a mask of 07 translates to 00000111, so IP precedence 0, 1, and 2 will be
policed.