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Le point sur... Débit et qualité de service

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4 octobre 2010
Le débit, c’est-à-dire la quantité de données transmise par unité de temps, est souvent considéré comme le principal voire le seul indicateur de performance d’une connexion au réseau internet. Le développement d’applications multimédia et interactives le rend pourtant de moins en moins dissociable d’autres paramètres de qualité de service tels que le délai de transmission ou le taux d’erreur. Les infrastructures doivent évoluer pour prendre en compte ces nouveaux besoins.

Le débit

Le débit d’une connexion est la quantité de données transmise pendant une unité de temps. On l’exprime en bits par seconde, écrit bit/s (le bit étant la quantité élémentaire d’information numérique, un 0 ou un 1), ou encore en octets (8 bits) par seconde. Par exemple, les offres commerciales ADSL dites "jusqu’à 20 méga" correspondent à un débit maximal de 20 millions de bits par seconde, soit environ 2,5 méga-octets (Mo) par seconde. Ce débit permet de télécharger une photo haute définition (1 Mo) en 0,4s ou le contenu d’un DVD (4,5 Giga-octets) en 30 minutes.

Compte-tenu de la nature bidirectionnelle des communications sur l’internet, chaque machine connectée envoyant et recevant des informations, on distingue le débit montant (de l’usager vers le réseau) et le débit descendant (du réseau vers l’usager). On parle de symétrie lorsque les deux débits sont équivalents.

Le débit est lié à l’infrastructure du réseau : il est limité par la rapidité de traitement des équipements actifs (routeurs, modems...) et la nature des supports physiques de transmission (fils de cuivre, fibre optique, air pour la radio...). Il peut être dédié à un utilisateur si celui-ci dispose d’un support physique dédié (ligne téléphonique pour l’ADSL), ou partagé entre différents utilisateurs (canal fréquentiel propagé dans l’air ambiant commun dans le cas du Wi-Fi).

Débit utile et vitesse de transmission

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Ordre de grandeur des débits, par technologie

Il est nécessaire de distinguer la vitesse de transmission du débit utile : la vitesse de transmission correspond à la quantité totale d’information transmise par le support physique. Compte tenu des différentes techniques mises en œuvre pour assurer la transmission, seule une partie de ce signal physique correspond aux données réellement utiles à l’application employée par l’utilisateur. On peut rapprocher cette nuance de la différence entre un colis, transporté par voie postale, et son contenu. La masse et le volume du colis sont supérieurs à ceux de l’objet transporté.

Débit utile et vitesse de transmission sont d’autant plus différents que le support de transmission est soumis à des perturbations. Ainsi, sur un réseau radio, les interférences et les pertes peuvent être nombreuses, ce qui impose la mise en œuvre de mécanismes palliatifs de contrôle et de correction assez lourds : ces derniers consomment une partie importante de la vitesse de transmission, au détriment du débit utile.

Du bas débit au très haut débit

Le débit est souvent qualifié par sa "hauteur" : les offres commerciales et les technologies vont ainsi du "bas débit" au "très haut débit". On y associe généralement des valeurs chiffrées, mais en réalité la notion de "hauteur" de débit reste assez floue ; il n’existe pas de définition technique ou réglementaire du bas débit ou du haut débit.

En 2000, le Conseil Économique et Social définissait ainsi le haut débit : « un débit élevé est un débit supérieur à la pratique courante du moment considéré, mais il s’avérera un débit standard quelques années plus tard ».

On peut toutefois retenir le principe suivant : le haut débit correspond à un niveau de service autorisant les usages actuels (navigation web, téléphonie sur IP, télévision...) avec un bon niveau de confort. Le très haut débit correspond dès lors à des usages innovants basés sur le son, l’image et la vidéo, et avec des contraintes d’interactivité et d’usages multiples simultanés.

La qualité de service

Sur l’internet, la qualité de service (QoS, pour Quality of Service), au sens technique, s’observe au niveau des paquets de données transportés. Elle désigne la capacité du réseau à offrir des garanties sur différents paramètres de leur transmission : débit, délai de transmission (latence), variation du délai de transmission (gigue) et taux d’erreur, détaillés dans le tableau ci-après. Les valeurs nécessaires au bon fonctionnement de la téléphonie sur IP (ToIP), une application sensible au délai mais ne nécessitant pas un débit très élevé, sont données à titre comparatif.

ParamètreDéfinitionFacteursValeurs usuellesApplications sensibles (exemples)Valeurs ToIP
Débit Quantité de données transmise pendant une unité de temps Capacité du support physique ; vitesse moyenne des équipements actifs Du kbit/s au Gbit/s Téléchargement de fichiers, transmission vidéo... < 100 kbit/s
Délai de transmission (latence) Temps nécessaire à la traversée du réseau Encombrement du support physique ; vitesse instantanée des équipements actifs Quelques dizaines de ms Téléphonie, jeu en ligne... < 150 à 300ms
Variation du délai (gigue) Écart entre les délais de transmission des différents paquets consécutifs Variation temporelle de l’encombrement du réseau ; différence des chemins parcourus par des paquets consécutifs De quelques ms à quelques dizaines de ms Téléphonie, vidéo en streaming... < 15 ms
Taux d’erreur Pourcentage de paquets de données perdus/altérés sur le total de paquets envoyés Saturation des équipements actifs ; niveau d’atténuation et saturation du support physique Quelques pourcents Téléphonie, télévision, jeu en ligne... < 5%

Tous les paramètres doivent être pris en compte dans la conception d’un réseau, en fonction des usages prévus. Ainsi, la desserte par satellite interdit les applications interactives (comme la visioconférence) car la latence est très élevée (environ 500 ms contre 50 pour l’ADSL), en raison du temps de parcours des ondes entre la Terre et le satellite.

Internet étant un ensemble de réseaux interconnectés d’architectures et de performances variables, les paramètres de QoS dépendent de l’ensemble des maillons traversés pour atteindre un destinataire. Un goulot d’étranglement ponctuel, sur une liaison de plusieurs milliers de kilomètres, suffit pour réduire le débit ou augmenter la latence.

Améliorer le débit et la qualité de service

L’internet accueille de plus en plus d’applications multimédia et interactives : téléphonie, vidéo en direct ou à la demande (VOD), jeux en ligne, sites « web 2.0 »... Pour répondre à ces besoins, l’infrastructure du réseau doit évoluer afin d’augmenter les débits montant et descendant, mais aussi afin d’améliorer les autres paramètres de QoS, en s’appuyant sur des techniques complémentaires :

*l’utilisation de supports physiques plus fiables et de plus grande capacité de transport, comme la fibre optique,
*l’utilisation d’équipements actifs plus rapides et de protocoles uniques (tels que l’IP),
*le traitement différencié des flux, selon le type de données transmises, par des mécanismes de tri et de priorisation.

Les autres critères de performances d’un réseau

Au delà des paramètres "instantanés" (mesurables sur une communication donnée) définissant la qualité de service, d’autres facteurs déterminent le niveau de performance ou la qualité d’un réseau. On peut notamment citer :

- le taux de disponibilité temporelle du réseau

- le coût de fonctionnement, la facilité d’administration

- la capacité d’évolution technologique de l’infrastructure

Pour en savoir plus
Documentation
- Compléments d’information sur la QoS
- Fiche "Le point sur... Le réseau internet

Contact
Groupe Aménagement Numérique des Territoires - CETE de l’Ouest


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