Définition de la Qualité de service

Selon la recommandation E.800 du CCITT, la qualité de service (QoS pour Quality of Service) correspond à « l’effet général de la performance d’un service qui détermine le degré de satisfaction d’un utilisateur du service ». Cette définition n’est que subjective et reflète la perception de la qualité de service observée par un utilisateur.

Plus techniquement, nous proposons une seconde définition de la qualité de service: la qualité de service constitue, pour un élément du réseau (une application, un hôte ou même un routeur), la capacité d’obtenir un certain niveau d’assurance de telle sorte que la fluidité du trafic et/ou les services requis soient au mieux satisfaits.

Enfin, une troisième définition consisterait à dire que la qualité de service correspond à tous les mécanismes d’un réseau qui permettent de partager équitablement et selon les besoins requis des applications, toutes les ressources offertes, de manière à offrir, autant que possible, à chaque utilisateur la qualité dont il a besoin. Généralement, cette qualité est axée sur le débit, le délai et la perte des paquets : la téléphonie par Internet a pour but de pouvoir converser en temps réel (facteur du délai) sans entre-coupures engendrées par des délais supplémentaires; télécharger une application volumineuse ne demande pas plus que de disposer d’une assez large bande passante pour récupérer le fichier le plus vite possible (facteur du débit); les deux applications sont demandeuses (fermement ou plus souplement) en matière de réception de l’intégralité des paquets (facteur de pertes).

Pour un maximum de fiabilité, la qualité de service requiert la coopération de toutes les couches actives du réseau ainsi que celle de chaque élément du réseau, de bout en bout . Des politiques de gestion différentes sont adoptées pour garantir de la qualité de service, selon que l’on se place au niveau des couches du modèle OSI, ou au niveau matériel du réseau (QoS gérée entre les hôtes et les routeurs ou entre les routeurs eux-mêmes).

Nous pouvons considérer la qualité de service comme un aspect tridimensionnel basé sur trois composantes : une composante « étendue », un modèle de contrôle et une garantie de transmission Par la composante « étendue » nous définissons les limites de services de qualité de service : par exemple, nous pouvons citer la réservation de ressources d’un flot par le protocole RSVP (Resource Reservation Protocol). La réservation s’effectuera entre les hôtes pour délivrer un niveau spécifié de qualité de service. Le modèle de contrôle décrit la granularité, la durée et l’emplacement du contrôle des requêtes de qualité de service. Il est alors nécessaire de disposer d’un ensemble flexible de politiques, de pouvoir éviter ou empêcher des failles de qualité de service, etc. Nous pouvons citer à titre d’exemple la technique du contrôle d’admission des flots à l’intérieur d’un réseau, les mécanismes de gestion de files d’attente, etc. [36] La garantie de transmission est accentuée par la ‘mesurabilité’ qui consiste à pouvoir disposer de moyens permettant le contrôle des performances du réseau. La performance d’un réseau est évaluée selon le débit et délai de transmission, la largeur et la disponibilité de la bande passante offerte, le taux de pertes des paquets, etc.…

Paramètres de garantie de la qualité de service 

La notion de qualité de service est, comme nous l’avons précédemment explicité, un aspect multidimensionnel basé sur des critères plus ou moins complexes à pouvoir garantir. Les principaux aspects connus de la qualité de service sont le délai, la gigue, le débit, la bande passante et la disponibilité (souvent exprimée en termes de taux d’erreurs).

Garanties de délai

L’information qui circule à l’intérieur d’un réseau est hétérogène, tant sur l’aspect de son flux, de sa nature ou de sa fréquence. En effet, les utilisateurs du réseau manipulent aussi bien des applications de transfert de fichiers que des applications multimédia. Contrairement à une opération simple du type de transfert de fichier, le domaine du multimédia requiert beaucoup plus de garanties en matière de qualité de service temporelle. Plus particulièrement, ces dernières applications sont sensibles au délai et à la gigue (variation du délai), mais aussi aux pertes d’information. Ainsi, la téléphonie par Internet, la vidéo-conférence, le multimédia interactif, etc… requièrent de strictes garanties en délai, en gigue et en taux de pertes. Citons à titre d’exemple le cas des jeux interactifs multimédia : les paquets de ces applications, qui subiront un délai de transit significatif ne seront plus correctement utilisés et détérioreront l’efficacité et la synchronisation de l’application. La perte des paquets aura un impact plus accentué sur la qualité du jeu puisque le son et la vidéo seront particulièrement dégradés.

Le terme « délai » englobe en réalité trois aspects temporels différents : Le délai de propagation, déterminé par la distance physique qui sépare la source de la destination ; Le délai de transmission dépendant de la taille des flots. Ce paramètre est aussi étroitement lié à l’utilisation du réseau et au partage de la bande passante disponible ; Enfin, le délai d’attente et de traitement des paquets à l’intérieur des files d’attente, déterminé par la charge du réseau, ainsi que les politiques de traitement de l’information dans les routeurs pour obtenir une fluidité maximale de l’écoulement de l’information.

Garantir le délai implique la nécessité de mettre en œuvre des mécanismes permettant de gérer au mieux l’acheminement de l’information vers la destination en un temps minimal, tenant compte des trois natures de délais précédemment cités. Ainsi, pour minimiser le délai d’écoulement des flots de données, il est nécessaire que ces derniers qui transitent sur le réseau passent un temps négligeable, voire nul, au sein des routeurs. La configuration de ces derniers requiert donc une mise en œuvre de disciplines de services efficaces et adaptées aux besoins des applications pour leur assurer les garanties nécessaires en délais mais aussi en débit.

La gigue, résultant du paramètre « délai », correspond à la variation du délai d’acheminement de bout en bout. Des délais relativement importants éventuellement substitués par les traitements lents des routeurs nuisent automatiquement à la qualité de service par ce paramètre : des variations de délais apparaîtront et affecteront la qualité demandée. Le taux moyen d’erreurs sur une liaison définit la disponibilité d’un réseau. L’efficacité d’un réseau dépend donc des erreurs qui surgissent sur les liaisons. Des taux d’erreurs minimes, voire nuls caractérisent un certain rendement et paramètrent une bonne qualité de service en matière de disponibilité du réseau. On associe souvent le taux d’erreurs au paramètre temporel, les erreurs affectant directement le transfert des flots, et retardant/bloquant ainsi leur arrivée à destination.

Les délais et les pertes sont les deux facteurs les plus connus qui nuisent aux garanties temporelles et qui engendrent l’amoindrissement des possibilités d’une application, voire rendent celle-ci totalement inefficace et inopérante.

Garanties de débit 

Comme nous l’avons indiqué précédemment, les applications actuelles consomment de plus en plus de bande passante , ce qui ralentit ou bloque le déroulement d’autres applications. De même, une utilisation massive du réseau (plusieurs flots provenant de plusieurs utilisateurs traversant le réseau au même instant) entraîne des conséquences de ralentissement de traversée des flots. La notion de bande passante d’un réseau intervient à ce niveau : un minimum de bande passante est requis pour assurer des garanties de qualité de service point à point, demandées à intervalles différents . La capacité d’un réseau doit être suffisamment importante pour pouvoir laisser passer de l’information sans pour autant qu’il y ait de retard d’acheminement, ni de distorsion des flux d’origine en matière de pertes de paquets. C’est pourquoi nous portons davantage notre attention sur le débit de transfert sur le réseau. Ceci nous conduit à traiter les flots à l’intérieur d’un réseau en fonction du débit que chaque application cliente envisage de consommer. Pour cela, des mécanismes sont implémentés dans les routeurs pour contrôler le trafic et le lisser.