HTB（Hierarchical Token Bucket，分层令牌桶）是 RouterOS 中的一种排队规则，用于速率限制和突发处理，它使用令牌桶算法以可配置的容量和限制来管理数据速率。

HTB（Hierarchical Token Bucket）

简介

HTB（Hierarchical Token Bucket，分层令牌桶）是一种带类别的排队规则，适用于速率限制和突发处理。本文仅聚焦 RouterOS 中与 HTB 相关的这些方面，因为我们使用了一个修改版本来实现 Simple Queue 和 Queue Tree 等功能。

令牌桶算法（图中红色部分）

令牌桶算法基于一个类比：一个桶中会以特定速率添加以字节表示的令牌，桶本身具有指定容量。

如果桶已装满到容量上限，新到达的令牌将被丢弃。

桶容量 = bucket-size * max-limit

• bucket size（0..10，默认值：0.1）

在允许任何数据包通过队列之前，会检查队列桶当时是否已包含足够的令牌。

如果是，则移除（“兑现”）相应数量的令牌，并允许该数据包通过队列。

如果不是，数据包会停留在数据包等待队列的开头，直到有足够的令牌可用。

在多级队列结构的情况下，子队列中使用的令牌也会“计入”其父队列。换句话说，子队列从父队列“借用”令牌。

数据包队列（图中蓝色部分）

该数据包队列的大小、顺序、数据包如何加入此队列以及何时丢弃数据包，由以下因素决定：

• queue-type - Queue
• queue-size - Queue Size

令牌速率选择（图中黑色部分）

任意时刻的最大令牌速率等于以下值中最高的活动值：

• limit-at（NUMBER/NUMBER）：保证给某个目标的 上传/下载 数据速率。
• max-limit（NUMBER/NUMBER）：允许给某个目标的最大 上传/下载 数据速率。
• burst-limit（NUMBER/NUMBER）：“突发”处于活动状态时允许给某个目标的最大 上传/下载 数据速率。

burst-limit 仅在“突发”处于允许状态时生效——更多信息见：Queue Burst

当 limit-at 是最高的值时，需要额外发放令牌，以补偿所有未能从父队列借用的缺失令牌。

示意图

桶大小实战

让我们用一个简单的设置，将来自和去往某个 IP 地址的所有流量都标记为 packet-mark：

/ip/firewall/mangle
add chain=forward action=mark-connection connection-mark=no-mark src-address=192.168.88.101 new-connection-mark=pc1_conn
add chain=forward action=mark-connection connection-mark=no-mark dst-address=192.168.88.101 new-connection-mark=pc1_conn
add chain=forward action=mark-packet connection-mark=pc1_conn new-packet-mark=pc1_traffic

默认队列桶

/queue/tree
add name=download parent=Local packet-mark=pc1_traffic max-limit=10M
add name=upload parent=Public packet-mark=pc1_traffic max-limit=10M

在这种情况下，bucket-size=0.1，因此 bucket-capacity= 0.1 x 10M = 1M。

如果桶已满（也就是说，客户端有一段时间没有使用队列的全部容量），那么接下来 1Mb 的流量可以不受限制的速度通过队列。

大队列桶

/queue/tree
add name=download parent=Local packet-mark=pc1_traffic max-limit=10M bucket-size=10
add name=upload parent=Public packet-mark=pc1_traffic max-limit=10M bucket-size=10

让我们尝试把同样的逻辑应用到桶大小取最大值的情况：

在这种情况下，bucket-size=10，因此 bucket-capacity= 10 x 10M = 100M。

如果桶已满（也就是说，客户端有一段时间没有使用队列的全部容量），那么接下来 100Mb 的流量可以不受限制的速度通过队列。

所以你可以得到：

• 20Mbps 的传输速度持续 10 秒。
• 60Mbps 的传输突发持续 2 秒。
• 1Gbps 的传输突发持续约 100ms。

因此你可以看到，桶允许通过队列的流量具有某种“突发性”。该行为类似于普通的 burst 功能，但缺少 burst 的上限。如果我们在队列结构中利用桶大小，就可以避免这一缺陷：

大的子队列桶、小的父队列桶

/queue/tree
add name=download_parent parent=Local max-limit=20M
add name=download parent=download_parent packet-mark=pc1_traffic max-limit=10M bucket-size=10
add name=upload_parent parent=Public max-limit=20M
add name=upload parent=upload_parent packet-mark=pc1_traffic max-limit=10M bucket-size=10

在这种情况下：

• 父队列 bucket-size=0.1，bucket-capacity= 0.1 x 20M = 2M
• 子队列 bucket-size=10，bucket-capacity= 10 x 10M = 100M

父队列的令牌会比子队列更快耗尽，而由于其子队列总是从父队列借用令牌，整个系统将受限于父队列的令牌速率——在本例中为 max-limit=20M。该速率会一直维持到子队列的令牌耗尽，然后才会被限制到其 10Mbps 的令牌速率。

这样，我们就可以实现最高 20Mbps、最长 10 秒的突发。

配置

要创建 HTB，我们必须遵循三个基本步骤：

• 匹配并标记流量 —— 对流量进行分类以供后续使用。它由一个或多个匹配参数组成，用于为特定类别选择数据包。
• 创建标记流量的规则（策略） —— 将特定流量类别放入特定队列，并定义对每个类别执行的动作。
• 为特定接口附加策略 —— 为所有接口（global-in、global-out 或 global-total）、特定接口或特定父队列附加策略。

HTB 允许创建分层队列结构，并确定队列之间的关系，例如“父子”或“子子”。

一旦某个队列至少有一个子队列，它就变成一个 inner 队列。所有没有子队列的队列都是 leaf 队列。Leaf 队列进行实际的流量消耗，Inner 队列只负责流量分配。所有 leaf 队列都被平等对待。

在 RouterOS 中，必须指定 parent 选项才能将某个队列作为子队列分配给另一个队列。

双重限制

HTB 中的每个队列都有两个速率限制：

• CIR（Committed Information Rate，承诺信息速率）——（RouterOS 中的 limit-at）最坏情况场景，无论如何该流都将获得此数量的流量（假设我们确实能发送这么多数据）。
• MIR（Maximal Information Rate，最大信息速率）——（RouterOS 中的 max-limit）最好情况场景，如果其队列的父队列有空闲带宽，该流可以达到的速率。

换句话说，首先会满足所有队列的 limit-at（CIR），然后子队列才会尝试从父队列借用所需的数据速率，以达到其 max-limit（MIR）。

警告

CIR 将无条件分配给对应的队列（即使父队列的 max-limit 已被超出）。

因此，为确保以最优方式（如设计那样）使用双重限制功能，我们建议遵循以下规则：

• 所有子队列承诺速率之和必须小于或等于父队列可用的流量；

CIR(parent)* ≥ CIR(child1) +...+ CIR(childN)* 如果 parent 是主父队列，则 CIR(parent)=MIR(parent)

• 任何子队列的最大速率必须小于或等于父队列的最大速率。

MIR (parent) ≥ MIR(child1) & MIR (parent) ≥ MIR(child2) & ... & MIR (parent) ≥ MIR(childN)

Winbox 中的队列颜色

• 已使用可用流量的 0% - 50% —— 绿色
• 已使用可用流量的 50% - 75% —— 黄色
• 已使用可用流量的 75% - 100% —— 红色

优先级

我们已经知道，所有队列的 limit-at（CIR）都将无条件发放。

优先级负责将父队列剩余的流量分配给子队列，使它们能够达到 max-limit。

优先级较高的队列会先于优先级较低的队列达到其 max-limit。8 是最低优先级，1 是最高优先级。

请注意，优先级仅在以下情况下生效：

• 对于 leaf 队列——inner 队列中的优先级没有意义。
• 如果指定了 max-limit（不为 0）。

示例

在本节中，我们将分析 HTB 的实际运行。为此，我们将采用一个 HTB 结构，并通过改变 HTB 需要处理的传入流量以及更改一些选项，尽量覆盖所有可能的情况和功能。

结构

我们的 HTB 结构将由 5 个队列组成：

• Queue01 inner 队列，有两个子队列——Queue02 和 Queue03
• Queue02 inner 队列，有两个子队列——Queue04 和 Queue05
• Queue03 leaf 队列
• Queue04 leaf 队列
• Queue05 leaf 队列

Queue03、Queue04 和 Queue05 是需要始终拥有 10Mbps 的客户端。出接口能够处理 10Mbps 的流量。

示例 1：常见情况

• Queue01 limit-at=0Mbps max-limit=10Mbps
• Queue02 limit-at=4Mbps max-limit=10Mbps
• Queue03 limit-at=6Mbps max-limit=10Mbps priority=1
• Queue04 limit-at=2Mbps max-limit=10Mbps priority=3
• Queue05 limit-at=2Mbps max-limit=10Mbps priority=5

示例 1 的结果

• Queue03 将获得 6Mbps。
• Queue04 将获得 2Mbps。
• Queue05 将获得 2Mbps。
• 说明： HTB 的构建方式是，满足所有 limit-at 后，主队列不再有可分配的吞吐量。

示例 2：带 max-limit 的常见情况

• Queue01 limit-at=0Mbps max-limit=10Mbps
• Queue02 limit-at=4Mbps max-limit=10Mbps
• Queue03 limit-at=2Mbps max-limit=10Mbps priority=3
• Queue04 limit-at=2Mbps max-limit=10Mbps priority=1
• Queue05 limit-at=2Mbps max-limit=10Mbps priority=5

示例 2 的结果

• Queue03 将获得 2Mbps。
• Queue04 将获得 6Mbps。
• Queue05 将获得 2Mbps。
• 说明： 满足所有 limit-at 后，HTB 将把吞吐量分配给优先级最高的队列。

示例 3：Inner 队列的 limit-at

• Queue01 limit-at=0Mbps max-limit=10Mbps。
• Queue02 limit-at=8Mbps max-limit=10Mbps。
• Queue03 limit-at=2Mbps max-limit=10Mbps priority=1。
• Queue04 limit-at=2Mbps max-limit=10Mbps priority=3。
• Queue05 limit-at=2Mbps max-limit=10Mbps priority=5。

示例 3 的结果

• Queue03 将获得 2Mbps。
• Queue04 将获得 6Mbps。
• Queue05 将获得 2Mbps。
• 说明： 满足所有 limit-at 后，HTB 将把吞吐量分配给优先级最高的队列。但在本例中，inner 队列 Queue02 指定了 limit-at，这样做为队列 Queue04 和 Queue05 预留了 8Mbps 的吞吐量。在这两者中，Queue04 的优先级最高，因此它获得了额外的吞吐量。

示例 4：Leaf 队列的 limit-at

• Queue01 limit-at=0Mbps max-limit=10Mbps。
• Queue02 limit-at=4Mbps max-limit=10Mbps。
• Queue03 limit-at=6Mbps max-limit=10Mbps priority=1。
• Queue04 limit-at=2Mbps max-limit=10Mbps priority=3。
• Queue05 limit-at=12Mbps max-limit=15Mbps priority=5。

示例 4 的结果

• Queue03 将获得约 3Mbps。
• Queue04 将获得约 1Mbps。
• Queue05 将获得约 6Mbps。
• 说明： 仅仅为了满足所有 limit-at，HTB 就被迫分配 20Mbps——6Mbps 给 Queue03，2Mbps 给 Queue04，12Mbps 给 Queue05，但我们的出接口只能处理 10Mbps。由于出接口队列通常是 FIFO，吞吐量分配将保持 6:2:12 即 3:1:6 的比例。