# Token-Based Rate Limiting & Quota Policies

**Last updated:** 2026-02
**Status:** GA
**Category:** API Management & AI Gateway

---

## Introduksjon

Token-basert rate limiting er den viktigste mekanismen for å kontrollere forbruk av AI-tjenester i Azure API Management. I motsetning til tradisjonell request-basert throttling, teller APIM faktisk antall tokens som konsumeres av hver LLM-forespørsel og håndhever grenser basert på dette. Dette er essensielt for norsk offentlig sektor der flere etater og prosjekter deler Azure OpenAI-ressurser og trenger presis kostnadskontroll.

APIM tilbyr to parallelle sett med token-policies: ett spesifikt for Azure OpenAI (`azure-openai-token-limit`) og ett generelt for alle LLM-er (`llm-token-limit`). Begge fungerer likt, men det generelle settet støtter også tredjeparts LLM-endepunkter som er kompatible med OpenAI API-formatet. For de fleste scenarier anbefales `llm-token-limit` da det gir størst fleksibilitet.

I tillegg til tokens per minutt (TPM) rate limits, støtter APIM token-kvoter over lengre perioder (time, dag, uke, måned, år). Kombinasjonen av rate limits og kvoter gir finkornet kontroll: rate limits beskytter mot plutselige spikes, mens kvoter sikrer rettferdig fordeling over tid.

---

## Token-telling i APIM

### Hvordan APIM teller tokens

APIM bruker to metoder for token-telling:

| Metode | Tidspunkt | Nøyaktighet | Konfigurasjon |
|--------|-----------|-------------|---------------|
| **Estimert (prompt)** | Før request sendes til backend | Omtrentlig, basert på tegnantall | `estimate-prompt-tokens="true"` |
| **Faktisk (completion)** | Etter respons fra backend | Eksakt, fra `usage`-feltet i respons | Alltid aktiv for completions |

**Estimering av prompt tokens:**
Når `estimate-prompt-tokens="true"` er satt, beregner APIM et estimat av prompt-tokens basert på innholdet i forespørselen. Dette muliggjør pre-validering: hvis estimatet allerede overskrider kvoten, avvises forespørselen umiddelbart uten å bruke backend-ressurser.

```
Token-estimat = f(antall tegn i prompt, modelltype)
```

> **Viktig:** Token-estimatet er en tilnærming. Det faktiske tokenforbruket kan avvike, spesielt for ikke-engelske tekster (norsk bruker typisk 20-40% flere tokens enn engelsk for tilsvarende tekst).

### Token-flyt i APIM

```
1. Request mottas av APIM gateway
2. IF estimate-prompt-tokens=true:
     Estimer prompt tokens
     IF estimat > gjenstående kvote:
       RETURNER 429 umiddelbart (ingen backend-kall)
3. Send request til Azure OpenAI backend
4. Motta respons med usage-data:
   {
     "usage": {
       "prompt_tokens": 127,
       "completion_tokens": 350,
       "total_tokens": 477
     }
   }
5. Oppdater token-teller med faktiske verdier
6. Emit metrikk til Application Insights
```

---

## Policy-referanse

### llm-token-limit (anbefalt for nye implementasjoner)

```xml
<llm-token-limit
    counter-key="@(context.Subscription.Id)"
    tokens-per-minute="50000"
    token-quota="1000000"
    token-quota-period="monthly"
    estimate-prompt-tokens="true"
    remaining-tokens-variable-name="remainingTokens"
    remaining-token-quota-variable-name="remainingQuota"
    tokens-consumed-variable-name="tokensConsumed">
</llm-token-limit>
```

**Attributter:**

| Attributt | Påkrevd | Beskrivelse | Eksempel |
|-----------|---------|-------------|---------|
| `counter-key` | Ja | Nøkkel for å identifisere konsumenten | `@(context.Subscription.Id)` |
| `tokens-per-minute` | Ja | Maks tokens per minutt (TPM) | `50000` |
| `token-quota` | Nei | Total tokenkvote for perioden | `1000000` |
| `token-quota-period` | Nei | Kvoteperiode | `hourly`, `daily`, `weekly`, `monthly`, `yearly` |
| `estimate-prompt-tokens` | Nei | Pre-estimer prompt tokens | `true` / `false` |
| `remaining-tokens-variable-name` | Nei | Variabel for gjenstående TPM | `remainingTokens` |
| `remaining-token-quota-variable-name` | Nei | Variabel for gjenstående kvote | `remainingQuota` |
| `tokens-consumed-variable-name` | Nei | Variabel for brukte tokens | `tokensConsumed` |
| `retry-after-variable-name` | Nei | Variabel for retry-after sekunder | `retryAfter` |

### azure-openai-token-limit (Azure OpenAI-spesifikk)

```xml
<azure-openai-token-limit
    counter-key="@(context.Subscription.Id)"
    tokens-per-minute="50000"
    estimate-prompt-tokens="true"
    remaining-tokens-variable-name="remainingTokens">
</azure-openai-token-limit>
```

> **Merk:** `azure-openai-token-limit` støtter kun TPM rate limiting, ikke token-kvoter over lengre perioder. Bruk `llm-token-limit` for full kvotestøtte.

---

## Counter-key-strategier

Valg av `counter-key` bestemmer granulariteten av rate limiting:

### Strategi 1: Per subscription (standard)

```xml
<llm-token-limit
    counter-key="@(context.Subscription.Id)"
    tokens-per-minute="50000" />
```

**Bruk:** Standard for de fleste scenarier. Hvert team/prosjekt får egen APIM subscription med dedikert kvote.

### Strategi 2: Per IP-adresse

```xml
<llm-token-limit
    counter-key="@(context.Request.IpAddress)"
    tokens-per-minute="10000" />
```

**Bruk:** Beskyttelse mot individuelle klienter som overforbruker. Nyttig for interne applikasjoner.

### Strategi 3: Per avdeling/etat (custom header)

```xml
<llm-token-limit
    counter-key="@(context.Request.Headers.GetValueOrDefault("x-etat-id", "default"))"
    tokens-per-minute="100000"
    token-quota="5000000"
    token-quota-period="monthly" />
```

**Bruk:** Offentlig sektor der flere etater deler infrastruktur. Krever at klienter sender header.

### Strategi 4: Per bruker (JWT claim)

```xml
<llm-token-limit
    counter-key="@(context.Request.Headers.GetValueOrDefault("Authorization", "").AsJwt()?.Claims["oid"]?.FirstOrDefault() ?? "anonymous")"
    tokens-per-minute="5000" />
```

**Bruk:** Individuell brukerbegrensning. Krever JWT-token med brukeridentitet.

### Strategi 5: Kombinert (subscription + bruker)

```xml
<llm-token-limit
    counter-key="@(context.Subscription.Id + "-" + context.Request.Headers.GetValueOrDefault("x-user-id", "shared"))"
    tokens-per-minute="5000" />
```

**Bruk:** Finkornet kontroll der hvert team har en total kvote, men individuelle brukere innen teamet også begrenses.

---

## Rate Limit-algoritmer

### Classic tiers: Sliding Window

I Classic tiers (Developer, Basic, Standard, Premium) bruker APIM en sliding window-algoritme:

```
Tidslinje:
[────────── 60 sek vindu ──────────]
     ^-- request evalueres her

Tokens brukt i vinduet: 45 000 av 50 000 TPM
Ny request med estimert 6 000 tokens → AVVIST (429)
Ny request med estimert 4 000 tokens → GODKJENT
```

**Egenskaper:**
- Jevn fordeling over tid
- Kan gi uventede 429-svar ved burst-trafikk
- Teller akkumuleres over glidende 60-sekunders vindu

### V2 tiers: Token Bucket

V2 tiers (Basic v2, Standard v2, Premium v2) bruker en token bucket-algoritme:

```
Bucket-kapasitet: 50 000 tokens
Refill rate: 50 000 tokens / 60 sek = 833 tokens/sek

Tidspunkt 0:  Bucket = 50 000 (full)
Request A:    -10 000 → Bucket = 40 000
Request B:    -15 000 → Bucket = 25 000
... 10 sek ...
Refill:       +8 330  → Bucket = 33 330
Request C:    -35 000 → AVVIST (overstiger bucket)
```

**Egenskaper:**
- Tillater korte bursts opp til bucket-kapasiteten
- Jevnere throttling-opplevelse
- Mer effektiv for ujevn trafikk (typisk for AI-workloads)

---

## Kvoter over lengre perioder

### Kvote vs. Rate Limit

| Egenskap | Rate Limit (TPM) | Kvote |
|----------|-------------------|-------|
| **Tidshorisont** | Per minutt | Time, dag, uke, måned, år |
| **Formål** | Beskytt mot spikes | Rettferdig fordeling over tid |
| **Counter scope** | Per gateway-instans (regional) | Globalt (på tvers av regioner) |
| **HTTP-kode ved overskridelse** | 429 Too Many Requests | 403 Forbidden |
| **Retry-After header** | Ja | Ja |

### Eksempel: Månedlig kvote med daglig rate limit

```xml
<policies>
    <inbound>
        <!-- Rate limit: 50 000 TPM -->
        <llm-token-limit
            counter-key="@(context.Subscription.Id)"
            tokens-per-minute="50000"
            estimate-prompt-tokens="true" />

        <!-- Kvote: 2 000 000 tokens per måned -->
        <llm-token-limit
            counter-key="@(context.Subscription.Id)"
            token-quota="2000000"
            token-quota-period="monthly"
            tokens-per-minute="999999999"
            estimate-prompt-tokens="true" />
    </inbound>
</policies>
```

### Kvoteberegning for offentlig sektor

Eksempel for en etat med 50 ansatte som bruker AI-tjenester:

| Brukerkategori | Antall | TPM per bruker | Månedlig kvote per bruker | Total månedlig |
|----------------|--------|----------------|---------------------------|----------------|
| Power users | 5 | 10 000 | 500 000 | 2 500 000 |
| Standard users | 30 | 3 000 | 100 000 | 3 000 000 |
| Light users | 15 | 1 000 | 30 000 | 450 000 |
| **Totalt** | **50** | - | - | **5 950 000** |

**Buffer-anbefaling:** Legg til 20-30% buffer for uforutsette topper.

---

## Multi-region-hensyn

### Rate limits er regionale

```
APIM Gateway (Norway East)   →  Rate limit counter: 50 000 TPM
APIM Gateway (Sweden Central) →  Rate limit counter: 50 000 TPM
                                  (separate tellere!)
```

**Viktig:** I multi-region deployments har hver regional gateway sin egen rate limit-teller. En konsument kan potensielt bruke 50 000 TPM i Norway East OG 50 000 TPM i Sweden Central = 100 000 TPM totalt.

### Kvoter er globale

```
APIM Instance (global)
  ├── Gateway (Norway East)    ─┐
  └── Gateway (Sweden Central) ─┤── Delt kvote-teller: 2 000 000/mnd
                                 └── (synkronisert globalt)
```

**Anbefaling for offentlig sektor:** Bruk kvoter for total kostnadskontroll, og rate limits for burst-beskyttelse. Vurder å justere regionale rate limits basert på forventet trafikkfordeling.

---

## Feilhåndtering og respons-headers

### HTTP-responser ved overskridelse

| Scenario | HTTP-kode | Response header | Body |
|----------|-----------|-----------------|------|
| TPM rate limit nådd | 429 | `Retry-After: <sekunder>` | Feilmelding med gjenstående tokens |
| Kvote brukt opp | 403 | `Retry-After: <sekunder til reset>` | Feilmelding med kvoteinformasjon |
| Prompt estimat overskrider | 429 | `Retry-After: <sekunder>` | Avvist uten backend-kall |

### Bruk av context-variabler

```xml
<policies>
    <inbound>
        <llm-token-limit
            counter-key="@(context.Subscription.Id)"
            tokens-per-minute="50000"
            remaining-tokens-variable-name="remainingTokens"
            tokens-consumed-variable-name="tokensConsumed"
            retry-after-variable-name="retryAfter" />
    </inbound>

    <outbound>
        <!-- Inkluder gjenstående tokens i respons-header -->
        <set-header name="X-Remaining-Tokens" exists-action="override">
            <value>@(context.Variables.GetValueOrDefault<int>("remainingTokens").ToString())</value>
        </set-header>
        <set-header name="X-Tokens-Consumed" exists-action="override">
            <value>@(context.Variables.GetValueOrDefault<int>("tokensConsumed").ToString())</value>
        </set-header>
    </outbound>
</policies>
```

---

## Burst Allowances og Concurrency Control

### Kombinere token limit med concurrency limit

For å beskytte mot mange samtidige store requests:

```xml
<policies>
    <inbound>
        <!-- Maks 10 samtidige requests per subscription -->
        <limit-concurrency key="@(context.Subscription.Id)" max-count="10">
            <!-- Token rate limiting innenfor concurrency-grensen -->
            <llm-token-limit
                counter-key="@(context.Subscription.Id)"
                tokens-per-minute="50000"
                estimate-prompt-tokens="true" />
        </limit-concurrency>
    </inbound>
</policies>
```

### Burst-håndtering med Token Bucket (V2 tiers)

Token bucket-algoritmen i V2 tiers tillater naturlig burst-kapasitet:

| Konfigurasjon | Effektiv burst | Sustained rate |
|---------------|----------------|----------------|
| TPM=50 000 | Opp til 50 000 tokens i enkelt-request | ~833 tokens/sek |
| TPM=100 000 | Opp til 100 000 tokens i enkelt-request | ~1 667 tokens/sek |
| TPM=200 000 | Opp til 200 000 tokens i enkelt-request | ~3 333 tokens/sek |

---

## Monitorering av token-forbruk

### Token-metrikk policy

```xml
<outbound>
    <llm-emit-token-metric namespace="ai-token-usage">
        <dimension name="Subscription" value="@(context.Subscription.Id)" />
        <dimension name="Etat" value="@(context.Request.Headers.GetValueOrDefault("x-etat", "ukjent"))" />
        <dimension name="Model" value="@(context.Request.Headers.GetValueOrDefault("x-model", "default"))" />
    </llm-emit-token-metric>
</outbound>
```

### KQL-spørring for token-forbruk

```kusto
customMetrics
| where name == "Total Tokens"
| extend etat = tostring(customDimensions["Etat"])
| summarize TotalTokens = sum(value) by etat, bin(timestamp, 1h)
| order by timestamp desc
| render timechart
```

### Azure Monitor Alert for kvote-overskridelse

```json
{
  "type": "Microsoft.Insights/metricAlerts",
  "properties": {
    "criteria": {
      "metricName": "Total Tokens",
      "metricNamespace": "ai-token-usage",
      "operator": "GreaterThan",
      "threshold": 4000000,
      "timeAggregation": "Total",
      "dimensions": [
        {
          "name": "Subscription",
          "operator": "Include",
          "values": ["*"]
        }
      ]
    },
    "windowSize": "P1D",
    "evaluationFrequency": "PT1H"
  }
}
```

---

## Tier-kompatibilitet

| Policy | Classic | V2 | Consumption | Self-hosted | Workspace |
|--------|---------|----|-----------|-----------  |-----------|
| `azure-openai-token-limit` | Ja | Ja | Nei | Ja | Ja |
| `llm-token-limit` | Ja | Ja | Nei | Ja | Ja |
| `azure-openai-emit-token-metric` | Ja | Ja | Nei | Ja | Ja |
| `llm-emit-token-metric` | Ja | Ja | Nei | Ja | Ja |
| `rate-limit-by-key` | Ja | Ja | Nei | Ja | Ja |
| `quota-by-key` | Ja | Nei | Nei | Ja | Ja |

> **Merk:** Token-policies er IKKE tilgjengelige i Consumption tier. For AI-workloads, bruk minimum Basic v2 eller Standard v2.

---

## Best Practices

### Anbefalt oppsett for norsk offentlig sektor

1. **Bruk `llm-token-limit`** fremfor `azure-openai-token-limit` for fremtidig fleksibilitet
2. **Aktiver `estimate-prompt-tokens`** for å avvise for store requests tidlig
3. **Kombiner TPM rate limit med månedlig kvote** for dobbel beskyttelse
4. **Bruk subscription-basert counter-key** som primær granularitet
5. **Legg til custom header-dimensjoner** for kostnadsrapportering per etat/prosjekt
6. **Sett opp Azure Monitor Alerts** ved 80% kvotebruk
7. **Dokumenter kvoteallokeringer** i tjenestekataloger og SLA-er
8. **Test med GenAI Gateway Toolkit** for å verifisere policy-oppførsel under last

---

## For Cosmo

- Token rate limiting er den viktigste AI gateway-policyen -- alltid start her når du setter opp APIM for Azure OpenAI. Bruk `llm-token-limit` som standard, med `estimate-prompt-tokens="true"` for tidlig avvisning.
- Counter-key-strategien bestemmer granulariteten: subscription-basert for team-nivå, custom headers for etat/prosjekt, JWT claims for bruker-nivå. For offentlig sektor anbefales subscription per team + custom header for kostnadsrapportering.
- V2 tiers bruker token bucket-algoritme som håndterer bursts bedre enn sliding window i Classic tiers -- anbefal Standard v2 for nye deployments.
- Rate limits er regionale (per gateway-instans), men kvoter er globale. I multi-region oppsett må du dimensjonere rate limits per region, men bruke kvoter for total kostnadskontroll.
- Kombiner alltid `llm-token-limit` med `llm-emit-token-metric` for full observabilitet, og sett opp alerts ved 80% kvotebruk for proaktiv kapasitetsstyring.
