À ses débuts, Internet avait pour seul objectif de transmettre les paquets à leur destination. Conçu pour le transport asynchrone des données, IP (Internet Protocol) n’a pas été prévu pour les applications en temps réel comme la téléphonie ou la vidéo, très contraignantes. Le besoin en équipements de plus en plus fiables, d’un bout à l’autre du réseau, est donc devenu incontournable. Cependant, les défauts rencontrés sur les réseaux (perte de paquets, congestion) ne peuvent pas être surmontés sans une rénovation profonde de l’architecture.
Utilisation : garantir quatre paramètres
Les opérateurs et équipementiers se sont donc attelés à une double tâche : mettre en place de nouveaux mécanismes pour s’assurer de la disponibilité des applications ?” c’est-à-dire contrôler le nombre de paquets perdus ?” tout en ne reniant pas les principes fondamentaux d’Internet, à savoir sa simplicité, sa fiabilité et son universalité. Voilà donc tout l’enjeu de la qualité de service, ou QoS. En fait, cette dernière consiste à contrôler quatre paramètres : le débit alloué à une application, le délai pour qu’elle traverse le réseau (aussi appelé latence), la variation des délais de traversée (ou gigue) et le nombre maximal de paquets perdus qu’elle peut tolérer.
Principe de fonctionnement : sous l’influence de trois protocoles
Afin de garantir cette qualité de service, trois protocoles se sont imposés : Intserv (Integrated Service, protocole inclus dans RSVP, Ressource Reservation Protocol), Diffserv (Differentiated Services) et MPLS (MultiProtocol Label Switching). Leur standardisation est effectuée par l’IETF (Internet Engineering Task Force). Le premier, Intserv, repose sur un mécanisme de réservation des ressources. Dans la pratique, il dédie une partie de la bande passante pour assurer l’acheminement des messages prioritaires. Trois options ou classes de service (CoS) sont possibles, selon la qualité et la fiabilité désirées : Best Effort (priorité basse) permet d’allouer des ressources en fonction de l’ordre d’arrivée des requêtes ; Controlled Load (priorité moyenne) est destinée aux applications critiques pour lesquelles le temps de latence est important ; Guaranteed Service (priorité haute) tient compte à la fois de la bande passante et des délais d’acheminement. Très complexe à mettre en ?”uvre, Intserv convient plutôt aux réseaux de petites tailles, mais n’est pas vraiment adapté à Internet dans son ensemble. De ce fait, il a été peu déployé. Pour pallier ces carences, l’IETF a adopté un second modèle, Diffserv, qui assure une distinction des paquets par classes de flux. Les données sont identifiées grâce à un marquage dans le champ ToS (Type of Service, champ spécifique réservé dans l’en-tête IP de 8 bits), qui fixe les priorités. Cette zone se décompose en un premier champ de trois bits baptisé ” IP Precedence “, qui précise le niveau de priorité appliqué au paquet. Vient ensuite un champ de 4 bits, dont la valeur détermine un critère de routage. Le dernier bit du champ reste inutilisé. Cette classification s’opère à l’entrée du réseau étendu, déchargeant ainsi les routeurs de la tâche. Diffserv définit quatre classes de services : Best Effort (priorité basse) ; Assured Forwarding (AF), qui garantit la transmission des données sans tenir compte des délais ; Expedited Forwarding (EF), correspondant à la priorité maximale, qui garantit le délai pour un trafic en temps réel ; et Default Forwarding (DF), utilisé uniquement pour les flux Internet qui ne nécessitent pas un trafic en temps réel. Chaque n?”ud du réseau apporte un traitement différencié en fonction de la classe de service du paquet. Mais l’arrivée de MPLS a changé la donne. Cette nouvelle architecture permet de véhiculer davantage de trafic IP à des vitesses de transmission très élevées. Dans ce cas, les paquets transférés sont directement étiquetés (label de 32 bits) à l’entrée du réseau, spécifiant leur chemin, ce qui évite au routeur de chercher l’adresse à laquelle le paquet doit être envoyé. MPLS s’appuie sur les classes de service Diffserv et fonctionne avec tout protocole existant ?” IP, bien sûr, mais aussi ATM et Frame Relay ?”, ce qui en fait un protocole de choix, car les réseaux transportent de plus en plus de paquets issus de diverses plates-formes.
Acteurs : équipementiers et opérateurs au créneau
L’implantation des mécanismes de qualité de service a des répercussions sur tous les équipements du réseau : n?”uds, routeurs, commutateurs, etc. La plupart des équipementiers et opérateurs implémentent les mécanismes de QoS et participent de concert aux groupes de travail pour la standardisation de ces protocoles au sein de l’IETF, en collaboration avec de nombreuses universités. Citons tout de même Cisco, IBM, ou bien encore Juniper, qui sont très actifs dans la définition des mécanismes MPLS. Sans oublier certains produits destinés à simplifier la gestion de la QoS : les serveurs de règles, tels qu’OPS de Nortel Networks, Policy Xpert de HP et QPM de Cisco. Enfin, des constructeurs et éditeurs tels que Concord (eHealth), Ipanema (QoSmart), Allot Communications (NetEnforcer), Packeteer (Packet-Shaper) ou Keynote proposent des produits de mesure et de gestion.
Alternatives : augmenter la bande passante
Pour résoudre les problèmes de qualité de service sur Internet, l’une des techniques consiste à augmenter fortement la bande passante (ce que l’on nomme overprovisionning, ou abondance de ressources). La méthode n’est, bien entendu, pas toujours la plus économique. De même, afin de commuter les paquets à des vitesses de l’ordre du terabit/s (un million de mégabit/s) ou de mettre en ?”uvre des algorithmes de routage sophistiqués, l’augmentation de la puissance de calcul, et donc de la puissance des processeurs, est une technique souvent utilisée. Enfin, la mise à disposition de terminaux intelligents capables de traiter des paquets de données ainsi que les nouvelles technologies d’accès (xDSL, câble, BLR) améliorent les conditions de trafic, et ce, jusqu’au dernier kilomètre.
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