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面试题:网络编程中TCP/IP协议栈流量整形与速率限制基础

在TCP/IP协议栈中,流量整形和速率限制的主要目的是什么?请简要阐述它们的工作原理,并且列举一种常见的实现流量整形或速率限制的方法。
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后端开发网络编程

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主要目的

  • 流量整形:使网络流量更加平滑,避免突发流量对网络设备和链路造成冲击,优化网络资源的利用,提升网络的整体性能和稳定性,确保不同类型的流量都能得到合理处理。
  • 速率限制:控制特定连接、用户或流量类型的传输速率,防止某些用户或应用过度占用网络带宽,保证网络资源的公平分配,避免网络拥塞。

工作原理

  • 流量整形:通常会使用缓冲区来暂存突发的流量,然后按照预先设定的速率将缓冲区中的数据发送出去。比如,当有大量数据突发到达时,先将数据存入缓冲区,再以平稳的速率从缓冲区取出数据进行发送,使得输出流量呈现平滑的状态。
  • 速率限制:通过监测流量速率,当发现流量速率超过设定的阈值时,采取丢弃数据包或延迟发送等措施来降低流量速率。例如,持续统计一段时间内通过的数据包数量或字节数,若超出了规定速率对应的数量,就执行限制动作。

常见实现方法

令牌桶算法是常见的流量整形和速率限制方法。它有一个固定容量的令牌桶,系统按固定速率向桶中放入令牌。当数据包要发送时,需要从桶中获取令牌,如果桶中有足够令牌则允许数据包发送,否则数据包被丢弃或等待。这样就可以将流量速率限制在令牌生成的速率范围内,实现流量整形和速率限制。