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Quality of Service : Les principes de la QOS

Quality of Service : Les principes de la QOS

Damien.SO Damien.SO
12 minutes de lecture

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Quality Of Service : Les périphériques réseau ne se soucient pas vraiment du type de trafic qu'ils doivent transmettre.

Dans le fonctionnement de la base d'un commutateur, lorsqu'il reçoit une trame Ethernet, il recherche l'adresse MAC de destination et il va transférer la trame vers cette destination.

Dans le cas d'un routeur, le principe est identique. C'est-à-dire que lorsqu'il reçoit un paquet IP, il recherche l'adresse IP de destination dans sa table de routage, et envoie le paquet vers la destination.

Le routeur ou le switch, ne font différence entre une trame ou un aucun paquet, que ce soit destiné à télécharger une vidéo ou bien à communication téléphonique en voip.

Ce mode de fonctionnement est appelé :

  • " Meilleur effort "
  • Ou bien FIFO (First In First Out), qui se traduit, en français, par « Premier entré, premier sorti », en gros ça veut dire : « Premier arrivé, premier servi »

Ce type de logique par défaut peut parfois poser un problème.

Par exemple, sur cette topologie, nous avons un petit réseau, composé de :

  • routeurs
  • commutateurs
  • pièces
  • Et 2  téléphones IP

Les liaisons sont toutes en Gigabit Ethernet, sauf entre les deux routeurs, où nous avons une liaison série très lente… C'est-à-dire seulement 1,54 Mégabit par seconde.

Lorsque le PC et le téléphone IP, de gauche, transmettent des données et des paquets vocaux, destinés aux équipements de droite, et bien, il est fort probable que la liaison série soit encombrée et que le routeur place les paquets en fichier d'attente.

Le problème avec ça, c'est que le fichier d'attente d'un routeur n'est pas illimité…

Et que doit faire le routeur lorsque son fichier d'attente est plein ?

Eh bien les paquets seront probablement supprimés.

Alors quand il s'agit de paquets de données du PC, ce n'est pas forcément un problème, car les utilisateurs se plaindront uniquement d'une mauvaise vitesse de transfert.

Par contre, quand il s'agit de paquets vocaux, et bien là, les utilisateurs se plaindront de ne pas comprendre leurs interlocuteurs.

La Quality of Service consiste à utiliser des outils pour changer la façon dont le routeur ou le commutateur traite les différents paquets.

Par exemple, nous pouvons configurer le routeur afin que le trafic vocal soit priorisé avant le trafic de données.

La QOS permet de traiter  4 types de trafic réseau :

  • On a le Débit (Bandwidth)
  • La Gigue (Jitter)
  • Le délai (Delay)
  • Et la Perte de paquet (Loss)

Types de trafic

Avec la Quality of Service, nous pouvons modifier la priorité de certains types de trafic.

La configuration du Quality Of Service dépendra principalement des applications qui seront utilisées.

C’est pourquoi nous allons examiner de plus près, les différentes applications et types de trafic.

Application par lots (Batch Application)

Pour le 1ᵉʳ exemple, on va prendre un utilisateur qui souhaite télécharger un fichier sur internet.

Par exemple, la version 7.3 de Packet Tracer sur le site de Netacad.

La version Windows en 64 bits faits 146 MO.

Nous allons voir à quel point la bande passante, le délai, la gigue et la perte sont importants pour télécharger un fichierqui paraît aussi basique que celui-ci.

La version Windows en 64 bits fait exactement 146Mo, ou bien 154 019 600 octets.

Un paquet IP fait 1500 octets par défautsans les en-têtes IP et TCP.

Il reste donc 1460 octets pour le segment TCP.

Alors, à votre avis, combien de paquets IP faudrait-il pour transférer ce fichier vers son ordinateur ?

Pour ça, il faut soustraire « 154 019 600 » par « 1460 ». Ce qui donne environ 105 492 paquets IP

Débit (Bandwidth)

Plus on a une bande passante élevée et moins on attendra pour recevoir le fichier.

Retard (Delay)

Entre le serveur Netacad, où est situé le logiciel « Packet Tracer » et le PCil y a un délai qu’on appelle unidirectionnel.

Lorsque l’on clique sur le lien de téléchargement, il ne reste plus qu’à attendre que ça se termine.

Il n’y a plus d’interaction entre nous et le téléchargement.

Les paquets arrivent tranquillement, peu importe le retard ou la variation du retard, qu’on appelle la gigue (Jitter), entre les paquets.

Perte de paquet (Loss)

Les transferts de fichiers comme celui-ci utilise le protocole TCP.

Et lorsque certains paquets sont perdus, eh bien TCP retransmettra les données, en s’assurant que le téléchargement arrive complètement sur l’ordinateur.

Un navigateur Web qui télécharge un fichier est une application non interactive, qu’on peut aussi appeler une application par lot.

La bande passante est agréable à avoir, car elle réduit le temps d’attente pour que le téléchargement se termine.

Le retard, la gigue et la perte ne sont pas critiques.

C’est-à-dire qu’ils importent peu.

Avec la Quality Of Service, nous pouvons attribuer suffisamment de bande passante à des applications comme celles-ci pour garantir que les téléchargements se terminent à temps et ainsi, réduire au minimum la perte de paquets pour éviter les retransmissions.

Application interactive

Un autre type d’application est l’application interactive. C’est le type d’application que l’on retrouve, quand on utilise Telnet ou SSH pour se connecter à son routeur ou à son commutateur.

Ce type d’applications ne nécessite pas beaucoup de bande passante, mais elles sont tout de même assez sensibles au retard et à la perte de paquets.

Imaginez devoir attendre un certain délai entre chaque commande passée sur un switch ou un routeur… Ou même en cas de forte perturbation, qu’il y ait une courte pause entre chaque caractère que vous tapez…

Cela peut devenir très ennuyeux en pleine configuration.

Eh bien, avec la Quality of ServiceQoS, nous pouvons garantir qu’en cas de congestion, les applications interactives soient desservies en priorité, avant les applications par lot, qui elles, sont très gourmandes en bande passante.

Application voix et vidéo

Les applications vocales et vidéo, sont les applications les plus difficiles, que vous pouvez gérer sur votre réseau, car elles sont très sensibles :

  • Au retard (Delay)
  • À la gigue (Jitter)
  • Et à la perte de paquets (loss).

Dans l’exemple, nous avons un utilisateur qui parle avec son téléphone IP.

La VoIP utilise un codec qui traite le son analogique en un signal numérique.
Le son analogique est numérisé, pendant une certaine période de temps, qui est généralement de 20 ms.

Avec le codec G711, chaque 20 ms d’audio correspond à 160 octets de données.

Le téléphone va créer un paquet IP avec un en-tête UDP et RTP (Realtime Transport Protocol), en y ajoutant les données vocales, avant de le transférer à sa destination.

Les en-têtes IP, UDP et RTP ajoutent 40 octets en plus au paquet, ce qui donne un total de 200 octets.

Ce qui veut dire, que pour une seconde d’audio, le téléphone va créer 50 paquets IP.

Et 50 paquets IP * 200 octets = 10000 octets par seconde.

Ce qui équivaut à 80 kbps.

Le codec G.729 permet d’utiliser moins de bande passante, pour 1 seconde ça revient à 24 kbps.

Par contre, la qualité audio s’en trouve réduite…

La bande passante n’est pas vraiment un problème pour la VoIP, son réel problème est sur le « retard »…

Parce que si vous parlez avec quelqu’un au téléphone, fréquemment, c'est en temps réel. Et si le délai est trop élevé, alors la conversation deviendra un peu comme une conversation au talkie-walkie.

C’est-à-dire, le genre de conversation, ou vous devez attendre quelques secondes, avant d’obtenir une réponse.

La gigue est aussi un problème, car le codec attend de recevoir un certain nombre de paquets IP pour qu’il puisse les reconvertir en un signal analogique.

Et la perte de paquets est également un gros problème.

Ce n’est pas très agréable de communiquer avec une personne s’il manque plusieurs mots à la conversation…

Alors, malgré tous ces problèmes, le trafic vocal sur un réseau de données est tout de même possible, mais il faudra obligatoirement de la QoS pour d’assurer qu’il y a suffisamment de bande passante et pour contrôler le retard, la gigue et la perte de paquets.

Et voici des limites recommandées à ne pas dépasser :

  • One-way delay (délai) : < 150 ms.
  • Jitter (Retard) : <30 ms.
  •  Loss (Perte) : < 1%

Quant au trafic vidéo, il a des exigences similaires au trafic vocal.

Il demande tout de même plus de bande passante que le trafic vocal, mais cela dépend vraiment du codec et du type de vidéo, diffusez.

Par exemple, si j’enregistre une vidéo où je configure un routeur, et bien comme la plupart de l’écran reste fixe, ça demandera moins de bande passante qu’une vidéo de sport.

Comme pour le trafic vocal, le trafic vidéo est aussi sensible aux retards, à la gigue et à la perte de paquets.

Et voici les recommandations à ne pas dépasser pour de la vidéo :

  • One-way delay (Retard) : 200 – 400 ms.
  • Jitter (Gigue) : 30 – 50 ms.
  • Loss (perte) : 0.1% – 1%

Outils QoS

Nous avons parlé un peu de la raison pour laquelle nous avons besoin de la Quality Of Service et des différents types d’applications qui ont des exigences différentes.

On va maintenant aborder rapidement les outils à utiliser pour implémenter la Quality Of Service :

  • Permets d’identifier et marquer les paquets, dans le but qu’ils puissent recevoir un traitement différent.
  • On a une gestion de la File d’attente et de la congestion :
    C’est-à-dire qu’au lieu d’avoir une grande file d’attente où les paquets seront traités avec le mécanisme FIFO (First In First Out), « Premier arrivé, premier servi » et bien, il est possible de créer plusieurs files d’attente avec des priorités différentes.
  • Le Shaping et le Policing :
    Sont utilisés pour limiter le trafic.
  • Et on a l'évitement de la congestion :
    Qui permettent de gérer la perte de paquets et de réduire la congestion.

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