📚 课程目录第4章 TC限速环境搭建

4. TC 限速环境搭建：实验环境准备

TC 限速实验依赖 Linux 内核的 net/sched 子系统。本章指导你从零搭建可复现的限速验证环境，涵盖虚拟机/容器选型、工具链安装、内核模块确认及基础连通性测试。完成本步后，你将获得一个可直接执行 TC 命令的纯净实验节点。

4.1 环境选型：虚拟机 vs 容器

TC 操作需要修改网络接口的 qdisc（排队规则），对内核命名空间和网络栈有完整访问需求。下表对比两种常见方案：

对比维度	虚拟机（VM）	容器（Container）
内核隔离	独立内核，完全隔离	共享宿主机内核，需特权模式
TC 模块支持	默认完整支持	需宿主机加载模块 + 容器特权
网络栈	独立 netns，操作 eth0	默认共享宿主机 netns，建议创建独立 netns
资源开销	较高（GB 级内存）	极低（MB 级）
适用场景	生产级复现、多节点拓扑	快速验证、单节点限速

推荐方案：本课程使用 Ubuntu 22.04 LTS 虚拟机（内核 5.15+）作为主实验环境，同时提供容器命令作为备选。VM 可避免特权容器带来的安全风险，且 TC 模块默认全量加载。

4.2 安装 iproute2 工具包

TC 命令由 iproute2 包提供。大多数 Linux 发行版已预装，但最小化安装可能缺失。执行以下命令安装：

# Debian/Ubuntu
sudo apt update
sudo apt install -y iproute2

# CentOS/RHEL/Rocky
sudo yum install -y iproute

# 验证安装
tc -V
# 输出示例：tc utility, iproute2-5.15.0

  版本要求：建议 iproute2 版本 ≥ 5.10.0，以支持最新的 qdisc 类型（如 fq_codel、bpf）。低于 4.20 的版本可能缺少 netem 或 htb 的某些参数。

4.3 确认内核支持 TC 模块

TC 依赖内核编译选项 CONFIG_NET_SCHED 及具体调度器模块。通过以下步骤确认：

检查内核是否编译了 TC 框架

# 查看 /proc/config.gz 或 /boot/config-$(uname -r)
zgrep CONFIG_NET_SCHED /proc/config.gz
# 输出应为：CONFIG_NET_SCHED=y

列出当前已加载的 qdisc 模块

ls /lib/modules/$(uname -r)/kernel/net/sched/
# 常见文件：sch_htb.ko, sch_tbf.ko, sch_netem.ko, sch_fq_codel.ko 等

动态加载缺失模块（如需要）

sudo modprobe sch_htb
sudo modprobe sch_netem
sudo modprobe sch_fq_codel
# 验证加载
lsmod | grep sch_

容器环境特别说明：容器内执行 modprobe 需要 --privileged 标志或 --cap-add=NET_ADMIN。如果宿主机未加载对应模块，容器内也无法使用。建议在宿主机先执行 modprobe sch_htb sch_netem。

4.4 基础网络连通性测试

在施加 TC 限速前，必须确认实验节点网络基线正常。测试步骤：

查看当前网络接口与 IP

ip addr show
# 确认接口状态为 UP，记录接口名（如 eth0, ens33）和 IP 地址

测试到网关的连通性

ping -c 4 $(ip route | grep default | awk '{print $3}')
# 预期：0% packet loss，延迟 < 5ms（本地环境）

测试到外部公网（如 8.8.8.8）的连通性

ping -c 4 8.8.8.8
# 如果无公网访问，至少确保同网段另一节点可达

记录基线延迟与丢包率

# 使用 mtr 或简单 ping 统计
ping -c 100 -i 0.01 192.168.1.1 | tail -3
# 输出示例：
# --- 192.168.1.1 ping statistics ---
# 100 packets transmitted, 100 received, 0% packet loss, time 1012ms
# rtt min/avg/max/mdev = 0.312/0.456/0.789/0.089 ms

基线数据用途：记录限速前的延迟、丢包、吞吐量。后续执行 TC 限速后，对比同一指标即可量化限速效果。建议将基线数据保存到 /tmp/tc_baseline.txt。

4.5 环境准备总览

下图展示实验环境的逻辑架构与关键组件：

4.6 快速验证脚本

将以下脚本保存为 check_tc_env.sh，一键验证环境完整性：

#!/bin/bash
# TC 实验环境快速检查脚本
echo "=== 1. 检查 iproute2 ==="
tc -V || { echo "FAIL: tc not found"; exit 1; }

echo "=== 2. 检查内核 TC 模块 ==="
for mod in sch_htb sch_netem sch_fq_codel sch_tbf; do
  if lsmod | grep -q "$mod"; then
    echo "OK: $mod loaded"
  else
    echo "WARN: $mod not loaded, try: sudo modprobe $mod"
  fi
done

echo "=== 3. 检查网络接口 ==="
ip -br addr show | grep -v lo
IFACE=$(ip -br addr show | grep -v lo | awk '{print $1}')
if [ -z "$IFACE" ]; then
  echo "FAIL: no active interface"
  exit 1
fi

echo "=== 4. 测试网关连通性 ==="
GW=$(ip route | grep default | awk '{print $3}')
ping -c 2 -W 1 "$GW" &>/dev/null && echo "OK: gateway $GW reachable" || echo "WARN: gateway unreachable"

echo "=== 环境检查完成 ==="

  执行方式：chmod +x check_tc_env.sh && sudo ./check_tc_env.sh。脚本会输出每个检查项的状态，FAIL 项必须修复，WARN 项建议修复。

4.7 常见问题与解决

问题现象	可能原因	解决方案
`tc: command not found`	iproute2 未安装	`sudo apt install iproute2`
`RTNETLINK answers: Operation not supported`	内核未编译对应 qdisc 模块	`modprobe sch_htb` 或重新编译内核
`ping: connect: Network is unreachable`	接口未配置 IP 或路由错误	`ip addr add` 配置 IP，`ip route add default`
容器内 tc 执行无权限	缺少 NET_ADMIN capability	启动容器加 `--cap-add=NET_ADMIN`

完成以上步骤后，你的实验环境已就绪。下一阶段将进入 TC 限速规则的实际配置与验证。