Performance, QoS, capacité et sobriété énergétique

« Le réseau est lent » est la phrase la plus prononcée dans un service informatique, juste avant « ça marchait hier ». Elle ne dit rien de la cause : congestion, panne partielle, attaque, application mal écrite ou simple sauvegarde lancée à la mauvaise heure. Ce chapitre apprend à mesurer avant d’agir, à répartir une capacité forcément limitée grâce à la QoS (Quality of Service, qualité de service), à prévoir la croissance, et à réduire la consommation énergétique sans démonter au passage la résilience ni l’observabilité.

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Les cinq grandeurs d’un lien

Le débit est la quantité de données transmise par seconde, à ne pas confondre avec la capacité nominale de l’interface : un port à 1 Gbit/s qui transporte en moyenne 300 Mbit/s a un débit utile de 300 Mbit/s et une utilisation de 30 %. La saturation survient quand la demande instantanée dépasse la capacité : les paquets en excès s’accumulent dans une file d’attente du routeur ou du commutateur.

La latence est le temps de trajet d’un paquet. Elle additionne quatre termes : la propagation (environ 5 µs par kilomètre de fibre, la lumière y circulant à deux tiers de sa vitesse dans le vide), la sérialisation (le temps de poser les bits sur le fil : 1 500 octets à 10 Mbit/s prennent 1,2 ms, à 10 Gbit/s 1,2 µs), le traitement dans les équipements et l’attente en file. Seul le dernier explose quand le lien sature. Une latence qui grimpe de 2 ms à 200 ms aux heures de pointe signale presque toujours des files pleines, pas un câble qui s’allonge.

La gigue est la variation de la latence d’un paquet à l’autre. Un transfert de fichier s’en moque ; la voix et la vidéo interactive, qui doivent restituer les échantillons à intervalle régulier, la compensent avec un tampon côté récepteur, au prix d’un délai supplémentaire. La perte est la proportion de paquets jamais arrivés, par débordement de file, par erreur de transmission ou par filtrage. TCP (Transmission Control Protocol) y voit un signal de congestion et ralentit ; la voix sur UDP (User Datagram Protocol) y gagne un trou audible.

Pour la voix, la recommandation G.114 de l’UIT-T (Union internationale des télécommunications, secteur de la normalisation) considère qu’une latence sous 150 ms dans un sens reste confortable ; au-delà, les interlocuteurs se coupent la parole, ce qui dans certaines réunions passe inaperçu. Ces notions fondamentales sont détaillées dans Données, signaux et latence.

Mesurer avant d’optimiser

La collecte repose sur trois sources complémentaires. Les compteurs d’interface, lus par SNMP (Simple Network Management Protocol) ou par télémétrie en flux, donnent octets, paquets, erreurs et rejets (discards) par port. Les enregistrements de flux, NetFlow ou IPFIX (IP Flow Information Export), disent qui consomme : adresses, ports, volumes. Les sondes actives (ping, mesures périodiques de type TWAMP, Two-Way Active Measurement Protocol, requêtes synthétiques) mesurent latence, gigue et perte du point de vue d’un utilisateur. La mise en place de ces collectes est traitée dans Gestion du réseau et supervision.

Le pas d’échantillonnage change tout. Un graphe moyenné sur 5 minutes affiche 60 % d’utilisation là où des rafales de quelques secondes atteignent 100 % et remplissent les files. C’est pourquoi on regarde, outre la moyenne, le 95e centile sur la période (la valeur dépassée seulement 5 % du temps) et, quand l’équipement le permet, les compteurs de rejets en sortie : un port qui rejette des paquets sature, quelle que soit sa moyenne.

Les heures de pointe et les flux dominants se lisent en croisant ces sources : le profil hebdomadaire révèle la reprise du lundi matin et la sauvegarde nocturne, les flux indiquent que 70 % du volume vient de trois applications.

Reste à distinguer trois causes qui produisent le même symptôme. Une congestion se traduit par une utilisation proche de 100 %, des rejets en file et une latence qui suit la charge. Une panne se signale par des erreurs d’interface (compteur CRC, Cyclic Redundancy Check, en hausse, duplex mal négocié), ou une perte sans saturation. Une attaque de déni de service montre un afflux soudain depuis de nombreuses sources, des ports ou protocoles inhabituels, parfois un débit en paquets par seconde qui écroule un équipement avant que la bande passante soit pleine. Le diagnostic détaillé fait l’objet de Captures, observabilité et diagnostic, et la détection des attaques de Menaces réseau et détection.

Atelier : lire un graphe de saturation

Soit un lien WAN (Wide Area Network) de 100 Mbit/s entre un site et le siège. Le graphe sur 24 heures montre une utilisation en entrée stable autour de 40 % en journée, puis un plateau plat à 98 % de 22 h à 4 h. Le plateau plat est la signature d’un flux qui consomme tout ce qu’on lui donne : un transfert massif, typiquement une sauvegarde ou une réplication. En parallèle, la latence mesurée par la sonde passe de 8 ms à 180 ms pendant le plateau, et le compteur de rejets en sortie du routeur du siège grimpe. Conclusion : congestion réelle, cause identifiée, pas d’urgence tant qu’aucun flux sensible ne circule la nuit.

Prioriser : la boîte à outils de la QoS

La QoS ne crée pas un seul bit de capacité. Elle décide qui attend et qui perd quand la capacité manque. Elle combine quatre mécanismes.

La classification et le marquage identifient le trafic et l’étiquettent. En couche 3, le champ DSCP (Differentiated Services Code Point), défini par la RFC 2474 dans l’architecture DiffServ, occupe 6 bits de l’en-tête IP (Internet Protocol). Les valeurs courantes sont EF (Expedited Forwarding, valeur 46, RFC 3246) pour la voix, la famille AF (Assured Forwarding, RFC 2597) pour les données à garantir, et CS0 (valeur 0) pour le « meilleur effort ». En couche 2, le champ PCP (Priority Code Point) de 3 bits dans l’étiquette 802.1Q joue le même rôle sur les trunks.

La mise en file (queuing) répartit les paquets marqués dans plusieurs files servies selon une politique : une file prioritaire stricte pour la voix, plafonnée pour ne pas affamer les autres, et des files pondérées qui se partagent le reste au prorata de poids configurés. La gestion active de file, comme WRED (Weighted Random Early Detection) ou CoDel (Controlled Delay, RFC 8289), rejette quelques paquets avant que la file soit pleine pour que TCP ralentisse tôt, et limite ainsi le bufferbloat, ces tampons surdimensionnés qui changent une congestion en centaines de millisecondes d’attente.

Le shaping (mise en forme) et le policing (limitation) imposent un débit maximal, mais pas de la même manière. Le shaping retarde l’excédent en le stockant dans un tampon et le réémet plus tard : le flux est lissé, sans perte tant que le tampon suffit, au prix d’un délai. Le policing mesure le débit, en général avec un seau à jetons, et rejette ou remarque immédiatement ce qui dépasse : aucun délai ajouté, mais des pertes que TCP interprète comme une congestion. On applique typiquement un shaping en sortie d’un site vers un opérateur qui facture 100 Mbit/s sur un port physique à 1 Gbit/s, sinon c’est le policing de l’opérateur qui jette les paquets, sans égard pour la voix.

Un modèle à quatre ou cinq classes suffit à la plupart des organisations ; au-delà, personne ne sait plus expliquer pourquoi tel flux est en classe 6.

Atelier : classer des flux par priorité

Flux	Sensibilité	Classe proposée	Traitement
Voix (RTP, Real-time Transport Protocol)	latence, gigue, perte	EF	file prioritaire stricte, plafonnée à environ un tiers du lien
Visioconférence	latence, perte	AF41	file garantie, bande réservée
API (Application Programming Interface) métier, ERP (Enterprise Resource Planning)	latence modérée, perte	AF21 à AF31	file garantie
Web, messagerie	tolérant	défaut (CS0)	meilleur effort
Sauvegarde, batch, réplication	débit, pas de délai	CS1	file « moins que meilleur effort »

La dernière ligne est la plus utile : déclarer explicitement la sauvegarde comme moins prioritaire que le trafic ordinaire garantit qu’elle consomme toute la bande disponible la nuit, mais s’efface dès que les utilisateurs arrivent. C’est la réponse au problème du flux batch qui écrase un flux critique.

Deux règles complètent la politique. D’abord, le marquage doit être posé ou vérifié à la frontière de confiance, au port d’accès ou sur le téléphone IP authentifié, et jamais accepté tel quel depuis un poste : sinon n’importe quel utilisateur, ou un logiciel malveillant, se déclare EF et passe devant. Ensuite, la QoS n’agit qu’aux points de congestion qu’elle contrôle. Sur Internet, le marquage DSCP est le plus souvent ignoré ou réécrit par les opérateurs ; une QoS de bout en bout n’existe que sur un réseau maîtrisé ou chez un opérateur qui la vend contractuellement.

Planifier la capacité

Le capacity planning consiste à anticiper le moment où un lien ou un équipement deviendra insuffisant. La méthode : une ligne de base (95e centile mensuel par lien), la tendance sur plusieurs mois, les projets connus (nouveau site, migration vers le cloud) et un seuil de déclenchement. Un seuil usuel se situe autour de 70 % du 95e centile : au-delà, les rafales commencent à remplir les files, et le délai de livraison d’un nouveau lien opérateur, souvent plusieurs semaines voire plusieurs mois, impose d’avoir commandé avant d’être saturé.

Les pics méritent un traitement à part : une mise à jour de 4 Go poussée simultanément à 200 postes représente 800 Go, soit près de 18 heures à travers un lien de 100 Mbit/s. D’où les caches de distribution locaux et les déploiements par vagues.

Atelier : calculer l’impact d’une sauvegarde sur le WAN

Un site doit répliquer chaque nuit 500 Go vers le siège, sur un lien de 100 Mbit/s, dans une fenêtre de 8 heures.

Volume en bits : 500 × 10⁹ × 8 = 4 × 10¹² bits. À 100 Mbit/s, la durée théorique vaut 4 × 10¹² / 10⁸ = 40 000 s, soit 11 h 07. En pratique, l’en-tête des protocoles et le partage du lien réduisent le débit utile d’environ 5 à 10 %, ce qui porte la durée autour de 12 heures. La fenêtre de 8 heures (28 800 s) exigerait 4 × 10¹² / 28 800 ≈ 139 Mbit/s de débit utile.

Trois réponses possibles, cumulables. Réduire le volume : une sauvegarde incrémentale ou une déduplication à la source ne transfère que les blocs modifiés, souvent quelques pourcents du total. Élargir le lien à 200 Mbit/s. Ou accepter que la réplication déborde sur la matinée, à condition de l’avoir classée CS1 pour qu’elle cède la place aux usagers. Les enjeux de la sauvegarde elle-même sont traités dans Continuité, sauvegardes et PRA.

Réduire le volume : compression, optimisation WAN, cache et CDN

La compression de flux et l’optimisation WAN (accélérateurs placés aux deux extrémités d’un lien) compressent, dédupliquent et accélèrent les protocoles bavards. Leur efficacité est excellente sur des fichiers bureautiques répétitifs, nulle sur des flux déjà compressés ou chiffrés. Or l’essentiel du trafic moderne passe en TLS (Transport Layer Security) : un accélérateur qui veut encore compresser doit déchiffrer, donc détenir les clés : c’est un point d’interception à évaluer comme tel.

Le cache conserve localement une copie des contenus déjà demandés ; le CDN (Content Delivery Network, réseau de diffusion de contenu) généralise l’idée en répartissant des copies au plus près des utilisateurs. Ils réduisent latence et volume, mais un CDN mal configuré peut servir une version périmée ou mettre en cache une page contenant des données personnelles. Le gain se mesure par le taux de succès du cache, pas par la foi.

Sobriété énergétique et effets de bord

Un réseau consomme par ses équipements, dont la consommation est en bonne partie fixe quel que soit le trafic, par le refroidissement des salles et par l’alimentation des terminaux en PoE (Power over Ethernet). Côté hertzien, les stations de base concentrent la plus grande part de la consommation d’un réseau mobile, d’où les modes de veille de cellules aux heures creuses ; côté terrestre, la fibre consomme nettement moins par bit transporté que le cuivre. Les chiffres varient trop selon le matériel pour être cités de façon générale : la seule valeur fiable est celle mesurée sur son propre parc.

Les leviers du green networking sont connus : extinction des ports inutilisés, norme EEE (Energy-Efficient Ethernet), publiée par l’IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) sous la référence 802.3az, qui met en veille les liens cuivre inactifs, coupure planifiée du PoE des points d’accès ou des téléphones la nuit dans les bâtiments vides, consolidation des équipements sous-utilisés, allongement de la durée de vie du matériel, dont la fabrication pèse souvent plus que l’usage.

Chaque levier a un effet de bord. Réduire la redondance (un seul cœur de réseau au lieu de deux, un seul lien opérateur) économise de l’énergie et de l’argent, mais supprime le chemin de secours, et souvent les sondes ou les ports miroirs qui y étaient branchés. Éteindre la nuit un point d’accès qui hébergeait aussi la détection d’intrusion radio rend le bâtiment aveugle précisément quand il est vide. L’arbitrage entre coût, performance, disponibilité et sobriété doit donc être explicite : pour chaque mesure d’économie, écrire ce qui est perdu en résilience et en observabilité, et qui l’accepte. Les réseaux spécialisés et leurs propres contraintes énergétiques sont abordés dans Réseaux spécialisés et sobriété.

Pièges classiques

Activer la QoS sans mesure revient à trier des files qu’on n’a jamais regardées. On réserve 30 % du lien à une visioconférence qui en utilise 3 %, et la vraie cause reste intacte.

Traiter toute lenteur comme un manque de bande passante est l’erreur la plus coûteuse. Une application qui effectue 400 allers-retours séquentiels vers une base distante de 30 ms attendra 12 secondes, que le lien fasse 10 Mbit/s ou 10 Gbit/s.

Réduire la redondance pour économiser sans analyse transforme une économie annuelle en panne prolongée le jour où l’unique lien est coupé par une pelleteuse, cet ennemi héréditaire de la fibre.

À ne pas confondre

QoS et garantie absolue. La QoS répartit la pénurie ; elle ne l’abolit pas. Si la voix à elle seule dépasse la file prioritaire, elle subit des pertes comme le reste. Une garantie suppose un contrôle d’admission (refuser un appel de plus) ou une capacité suffisante.

Shaping et policing. Le premier retarde, le second jette. Le shaping ajoute de la latence et épargne les pertes ; le policing épargne la latence et provoque des pertes.

Sobriété et sous-dimensionnement. La sobriété supprime ce qui ne sert à rien : ports éteints, équipements consolidés, matériel conservé plus longtemps. Le sous-dimensionnement supprime ce qui sert : capacité de pointe, redondance, supervision. Le second finit souvent par coûter plus, en interventions d’urgence.

🐝 Ce qui arrive si on s’en passe

Sans mesure ni priorités, rien ne distingue une attaque par saturation d’une sauvegarde mal planifiée : dans les deux cas, le lien sature et les flux critiques attendent derrière. L’équipe perd alors ses premières heures à chercher la mauvaise cause. Une réduction de redondance décidée pour économiser, sans analyse, supprime le chemin de secours au moment où l’on en aurait besoin, et parfois avec lui les points d’observation qui l’empruntaient. Quant à une qualité de service activée sans mesure préalable, si elle accepte tels quels les marquages venus des postes, elle place en tête de file les flux que n’importe qui sait marquer lui-même, y compris ceux d’un attaquant.

🦫 Explication de la marmotte 🍫

Un réseau a une capacité limitée : seul un certain volume de données peut passer chaque seconde. Quand la demande dépasse cette capacité, les équipements placent les données en file d’attente ; si la file déborde, des données sont perdues. On mesure donc le débit, la saturation, la latence, c’est-à-dire le temps de trajet, la gigue, qui est la variation de ce temps, et les pertes. Ces mesures révèlent les heures de pointe et les flux dominants, et permettent de distinguer une congestion, une panne ou une attaque. La qualité de service consiste à traiter les flux différemment : on marque les données selon leur type, on les répartit dans plusieurs files, et l’équipement sert d’abord les plus urgentes, par exemple la voix ou la vidéo en direct, avant les sauvegardes ou les traitements par lots. On peut aussi lisser un flux en retardant l’excédent, ou supprimer ce qui dépasse une limite fixée. Cela ne crée aucune capacité nouvelle : en cas de saturation, certains flux attendent ou perdent des données. Planifier la capacité revient à prévoir la croissance et les pics pour ajouter des liens à temps. La compression, les caches et les réseaux de diffusion de contenu réduisent le volume transporté. Enfin, le réseau consomme de l’énergie ; éteindre des ports inutilisés ou réduire la redondance économise, mais peut diminuer la résistance aux pannes et la capacité de surveillance.

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La citent

Performance, QoS, capacité et sobriété énergétique

Elle cite

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Performance, QoS, capacité et sobriété énergétique

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Les cinq grandeurs d’un lien

Mesurer avant d’optimiser

Atelier : lire un graphe de saturation

Prioriser : la boîte à outils de la QoS

Atelier : classer des flux par priorité

Planifier la capacité

Atelier : calculer l’impact d’une sauvegarde sur le WAN

Réduire le volume : compression, optimisation WAN, cache et CDN

Sobriété énergétique et effets de bord

Pièges classiques

À ne pas confondre

🐝 Ce qui arrive si on s’en passe

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