QoS (qualité de service)
La qualité de service (QoS, Quality of service) désigne toute technologie capable de gérer la transmission des données, tout en réduisant la perte de paquets, la latence et la gigue (jitter) sur le réseau. Ce concept a pour but de contrôler et de gérer les ressources réseau, en hiérarchisant certains types de données du réseau.
Les réseaux d'entreprise se doivent de fournir des services mesurables et prévisibles aux applications (voix, vidéo ou données « urgentes ») transitant par le réseau. Les organisations utilisent les mécanismes de QoS pour satisfaire les besoins réseau des applications sensibles, par exemple la voix et la vidéo en temps réel, et pour éviter toute dégradation de la qualité due à la perte de paquets, aux retards ou à la gigue.
Pour assurer la qualité de service, les organisations disposent de divers outils et techniques notamment le tampon de gigue (jitter buffer) ou la régulation du flux. Beaucoup d'entre elles intègrent la QoS dans l'accord de niveau de service (SLA) avec leurs prestataires de services réseau pour garantir un certain niveau de performances.
Paramètres de la QoS
La QoS peut se mesurer de manière quantitative, à l'aide notamment des paramètres suivants :
- La perte de paquets qui se produit lorsque les liaisons réseau se congestionnent et que les routeurs et les commutateurs commencent à ne plus tenir compte des paquets. Quand ce phénomène a lieu lors d'une communication en temps réel, par exemple au cours d'un appel vocal ou vidéo, des instabilités ou des trous peuvent apparaître lors de la transmission.
- La gigue peut apparaître en cas d'encombrement du réseau, de dérive temporelle ou de changement d'acheminement. Si elle est trop importante, la qualité de la communication vocale ou vidéo se dégrade.
- La latence est la durée du trajet d'un paquet de sa source jusqu'à sa destination. Elle doit s'approcher autant que possible de zéro. Si un appel vocal sur IP (VoIP) a une latence élevée, on entend de l'écho et un mélange de sons.
- La bande passante est la capacité maximale de transmission, d'un point à un autre, d'un volume de données sur une ligne de communication en un temps donné. La QoS optimise le réseau en en gérant la bande passante et en hiérarchisant les applications selon les ressources dont elles ont besoin.
- La note d'opinion moyenne (MOS, Mean Opinion Score) mesure la qualité de la voix sur une échelle de un à cinq, la plus haute note reflétant la meilleure qualité.
Implémentation de la QoS
Il existe trois modèles d'implémentation de la QoS : l'obligation de moyens, les services intégrés et les services différenciés.
L'obligation de moyen (Best Effort) est un modèle de qualité de service sans hiérarchie entre les paquets et sans garantie de livraison des paquets. Ce modèle s'applique lorsqu'aucune politique de QoS n'est configurée sur un réseau ou quand l'infrastructure est incompatible avec la QoS.
Les services intégrés (IntServ) sont un modèle qui réserve de la bande passante sur un chemin spécifique du réseau. Les applications demandent au réseau de réserver une ressource et les équipements réseau surveillent le flux des paquets pour s'assurer que les ressources réseau sont en mesure de les accepter.
La mise en œuvre des services intégrés exige des routeurs compatibles IntServ et utilise le protocole RSVP (Resource Reservation Protocol) pour réserver des ressources réseau. Peu évolutif, IntServ est très gourmand en ressources réseau.
Cette vidéo explique l'importance de la qualité
de service et sa mise en œuvre.
Les services différenciés (DiffServ) sont un modèle de qualité de service dans lequel les éléments du réseau (routeurs, commutateurs) sont configurés pour traiter différentes classes de trafic selon des priorités différentes. Le trafic réseau doit être répertorié en classes selon les critères de l'entreprise.
Par exemple, on affecte au trafic vocal une priorité plus importante qu'aux autres types. Des priorités ou valeurs DSCP (Differentiated Services Code Point) sont affectées aux paquets à des fins de hiérarchisation. DiffServ utilise aussi le comportement par saut PHB (per-hop behavior) pour appliquer aux paquets les techniques de QoS (mise en file d'attente, priorités).
L'architecture du réseau détermine aussi la façon d'implémenter la QoS dans une organisation. Un réseau MPLS (Multiprotocol Label Switching) inclut une liaison privée qui offre une QoS de bout en bout sur un seul chemin. Les accords SLA pour les réseaux MPLS précisent la bande passante, la QoS, la latence et la disponibilité (en temps). Toutefois, un réseau MPLS peut s'avérer onéreux.
Les réseaux étendus programmables (SD-WAN) utilisent plusieurs types de connectivité notamment MPLS et haut débit. Ils surveillent les connexions réseau en cours pour détecter tout problème de performance éventuel et utilisent différents types de connectivité pour basculer le trafic, selon l'état. Prenons un exemple : si la perte de paquets dépasse un certain seuil sur une connexion, les fonctions SD-WAN vont chercher une autre connexion.
Mécanismes QoS
Certains mécanismes de qualité de service peuvent gérer la qualité du flux de données et garantir les niveaux de QoS indiqués dans les accords SLA. Les mécanismes QoS appartiennent à différentes catégories selon leur rôle dans la gestion du réseau.
- Les outils de classification et de marquage différencient les applications entre elles et trient les paquets selon les types de trafic. Le marquage estampille chaque paquet comme appartenant à une classe réseau que les équipements du réseau seront en mesure de reconnaître. La classification et le marquage sont implémentés sur les équipements réseau comme les routeurs, les commutateurs et les points d'accès.
- Les outils de gestion des encombrements vont placer les paquets dans les files d'attente en fonction de leur classification et de leur marquage. Ils incluent la mise en file d'attente selon la priorité, la méthode du premier entré, premier sorti et la mise en file d'attente de faible latence.
- Les outils de prévention des encombrements guettent les goulets d'étranglement sur le trafic réseau et, s'ils en trouvent, ignorent les paquets de faible priorité. Ils utilisent notamment la détection précoce aléatoire pondérée (WRED) et la détection précoce aléatoire (RED).
- Les outils de régulation manipulent le trafic entrant et font passer en priorité les applications en temps réel plutôt que les moins urgentes (courriers électroniques et messages). Cette catégorie d'outils comprend les tampons, la régulation de flux générique et la régulation de flux en relais de trames. À l'instar de la régulation, les outils de surveillance du trafic se concentrent sur la limitation du trafic excédentaire et le rejet des paquets.
Les outils d'efficacité des liaisons optimisent l'utilisation de la bande passante et évitent aux paquets d'arriver en retard sur le réseau. Si leur usage ne se limite pas à la QoS, ces outils sont utilisés conjointement à d'autres mécanismes QoS. Ils comprennent la compression des en-têtes du protocole de transport en temps réel (RTP, Real-Time Transport Protocol) et du protocole de contrôle de transmission (TCP, Transmission Control Protocol) ainsi que la compression des liaisons.
