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Bande passante




Quel est le rôle de la bande passante dans un système informatique ?

La bande passante désigne le volume de données qui peut être transféré d’un point à un autre d’un réseau en un laps de temps défini. Généralement, elle s’exprime sous la forme d’un débit binaire, ou bitrate, mesuré en bits par seconde (bps).

 

 

Ce chiffre correspond à la capacité de transmission d’une connexion et influe considérablement sur la qualité et la vitesse d’un réseau. 

Il existe plusieurs méthodes pour mesurer la bande passante. Certaines servent à calculer le flux de données en temps réel, tandis que d’autres mesurent le flux maximum, le flux moyen, ou ce qui est considéré comme le bon flux.

La notion de bande passante joue un rôle prépondérant dans d’autres domaines technologiques. Dans celui du traitement du signal, par exemple, elle permet de décrire la différence entre les fréquences hautes et basses d’une transmission telle qu’un signal radio, et se mesure en règle générale en hertz (Hz).

On peut comparer la bande passante à la circulation de l’eau à travers une canalisation. Dans cette analogie, elle correspond à la vitesse à laquelle l’eau (c'est-à-dire les données) s’écoule par le tuyau (c'est-à-dire la connexion) dans des conditions différentes. Au lieu de la quantifier en litres par minute, comme on le ferait pour l’eau, on la mesure en bits par seconde. La quantité d’eau que la canalisation peut en théorie accueillir représente la bande passante maximale, alors que le volume d’eau qui passe à l’instant T à travers la conduite correspond à la bande passante actuelle.

Expression de la bande passante


À l’origine, la bande passante s’exprimait en bits par seconde, une unité abrégée en bps. Cela étant, les réseaux d’aujourd'hui offrent un débit nettement supérieur qu’il est plus commode de traduire à l’aide d’unités de plus grande taille. Aussi est-il fréquent de voir des nombres portant des préfixes issus du système métrique, comme Mbps, (mégabits par seconde), Gbps (gigabits par seconde), ou Tbps (térabits par seconde). Pour rappel :

M = méga = 1,000 bits

G = giga = 1,000 mégas = 1,000,000,000 bits

T = téra = 1,000 gigas = 1,000,000,000,000 bits

 

Après le térabit viennent le pétabit, l’exabit, le zettabit, et le yottabit, qui représentent chacun une puissance 10 supplémentaire.

La bande passante peut également s’exprimer en bytes par seconde, une unité qui est en règle générale désignée par le symbole B. Ainsi, 10 mégabytes par seconde seraient notés comme 10 MB/s ou 10 MBps.

Un byte équivaut à huit bits.

Ainsi, 10 MB/s = 80 mb/s.

Bytes et bits utilisent les mêmes préfixes métriques. De fait, 1 TB/s est un térabyte par seconde.

Mesurer la bande passante


Pour mesurer la bande passante, on utilise la plupart du temps un logiciel ou un firmware que l’on associe à une interface réseau. Parmi les outils de mesure les plus répandus, on peut citer, entre autres, l’utilitaire Test TCP (TTCP) ou bien PRTG Network Monitor.

TTCP mesure le débit d’un réseau IP entre deux hôtes ; l’un fait office de destinataire, et l’autre d’expéditeur. Chaque partie affiche le nombre de bytes transmis et le temps nécessaire pour que chaque paquet effectue un aller simple.

PRTG propose une interface graphique et des diagrammes permettant de mesurer l’évolution de la bande passante sur des périodes prolongées et de comptabiliser le trafic entre différentes interfaces.

 

 

Pour mesurer la bande passante, on comptabilise d’habitude la quantité totale de trafic envoyé et reçu au cours d’une période donnée. Les mesures qui en résultent sont alors exprimées sous la forme d’un nombre par seconde.

Une autre méthode de mesure de la bande passante consiste à transférer un ou plusieurs fichiers dont on connaît la taille et de décompter la durée du transfert. Le résultat se convertit en bps en divisant le poids des fichiers par la quantité de temps requis pour leur acheminement. La plupart des tests de rapidité accessibles sur le web s’appuient sur cette méthode pour calculer la vitesse de connexion à l’internet de l’ordinateur d’un utilisateur.

S’il n’existe pas de moyen pour mesurer la bande passante totale disponible, plusieurs méthodes permettent de définir la bande passante mesurée, en fonction des besoins de l’utilisateur.

Débit maximal théorique – Il s’agit du taux de transmission le plus élevé, dans des conditions idéales. Ces conditions ne pouvant être réunies dans la réalité, cette valeur n’est jamais atteinte. D’habitude, le débit maximal théorique sert uniquement à des fins de comparaison, car il permet de mettre en parallèle la qualité de fonctionnement d’une connexion et son potentiel maximal théorique.

Bande passante effective – le plus haut débit fiable d'un chemin de réseau. Toujours inférieure au maximum théorique, elle est parfois considérée comme le meilleur débit « utilisable ». Nécessaire pour comprendre la quantité de trafic qu’une connexion peut absorber.

Débit – correspond au taux moyen de transferts de données menés à bien et reflète fidèlement la vitesse habituelle ou moyenne d’une connexion. Le débit se calcule en divisant le poids des données transférées par la durée du transfert. Mesuré en bytes par seconde, il permet, au même titre que la bande passante effective et le maximum théorique, de déterminer la qualité des performances de la connexion.

Débit utile – Mesure la quantité de données utiles transférées et exclut les données indésirables comme les retransmissions de paquets ou l’overhead provoqué par le découpage du fichier en trames. On calcule le débit utile en divisant la taille du fichier transféré par la durée du transfert.

Méthode de transfert total – Décompte l’ensemble du trafic sur une période donnée, la plupart du temps un mois. Cette technique est particulièrement pratique pour facturer en fonction de la quantité de bande passante utilisée.

Méthode du 95e percentile – Pour éviter que les mesures de la bande passante soient faussées par des pointes de consommation, les opérateurs utilisent souvent la méthode du 95e percentile. L’idée est de mesurer en continu la consommation de bande passante, puis d’éliminer les 5 % les plus élevés. Cela permet d’indexer le montant facturé à une utilisation « normale » de la bande passante sur une période donnée.

Sur un réseau bien réel, la bande passante varie au fil du temps en fonction de la consommation qu’on en fait et des connexions réseau. Ainsi, on ne peut se contenter de la mesurer de manière ponctuelle si l’on veut se faire une idée de la consommation effective. Dans cette optique, il faut effectuer plusieurs mesures pour déterminer des moyennes ou des tendances.

Bandwidth Monitoring

Bande passante, vitesse et débit


On peut envisager de plusieurs manières la circulation des données sur un réseau. La vitesse d’un réseau se définit comme le bit rate du circuit, déterminé par la vitesse du signal physique du medium.

La bande passante représente la capacité du circuit physique à transmettre des données et est déterminée par la quantité de capacité réseau disponible en fonction de la connexion. Là où une connexion réseau Gigabit Ethernet (GbE) affichera des taux de transfert de données d'un gigabit par seconde, la bande passante dont disposera un ordinateur connecté au web via une carte Fast Ethernet sera limitée à 100 Mbps.

Le débit correspond au taux de transmissions menées à bien, tandis que la bande passante est la somme des données qui passent par l’interface réseau, que celles si soient transmises ou non. C’est la raison pour laquelle le débit est toujours inférieur à la bande passante.

Pourquoi mesurer la bande passante


On peut être amené à mesurer la bande passante pour plusieurs motifs. Si la bande passante utilisable est plus faible que le débit maximal théorique, c’est probablement que le réseau est affecté par des problèmes, a fortiori lorsqu’elle varie considérablement d’une zone à l’autre d’un réseau où elle est censée être répartie uniformément.

En outre, il est nécessaire de mesurer sa bande passante pour s’assurer que la connexion fournie est à la hauteur de ce pour quoi l’on paie. Les particuliers peuvent tester leur bande passante en ligne, par exemple via le test de vitesse DSLReports, afin de déterminer dans quelle mesure ils profitent du débit « allant jusqu’à 40 Mb/s » que leur facture leur FAI. En ce qui concerne les connexions destinées aux entreprises, la meilleure méthode consiste à mesurer le débit entre des locaux raccordés par une connexion dédiée.

Gestion de la bande passante

Afin de gérer la bande passante de manière optimale, ou de contrôler la qualité de service (QoS), il importe tout d’abord de comprendre quelle bande passante est utilisée. Une fois que ceci aura été déterminé, il convient de la mesurer en continu afin de pourvoir aux besoins de l’ensemble des utilisateurs.

Étranglement de bande passante

Après avoir identifié les tendances de consommation de bande passante et déterminé si certains utilisateurs ou certaines applications accaparent les ressources au point que les autres doivent se contenter de performances réseau amoindries, on peut utiliser différents outils pour limiter la quantité de bande passante mise à leur disposition.

Limites de bande passante

Certains types de connexions ont une bande passante maximum bien définie. La bande passante effective dépend d’une multitude de facteurs dont l’environnement, le câblage ou encore la consommation, et se situe généralement en dessous du maximum théorique.

 

Normes de bande passante pour les connexions filaires

Dialup Modem 56 kbps
T1 (Digital leased landline connection) 1.544 Mbps
E1 (Digital leased landline connection European) 2.048 Mbps
Asynchronous DSL 4 Mbps
Ethernet 10 Mbps
T3 (Digital leased landline connection) 44.763 Mbps
VDSL 55 Mbps
VDSL 2 100 Mbps
Fast Ethernet 100 Mbps
OC3 (Ficer optic leased landline connection) 155 Mbps
OC 12 (Ficer optic leased landline connection) 622 Mbps
Gigabit Ethernet 1000 Mbps or 1 Gbps
VSDL 2 Vplus 300 Mbps
10 Gigabit Ethernet 10 Gbps
100 Gigabit Ethernet 100 Gbps

 

 

Vitesses de téléchargement maximales standards des réseaux sans fil

La vitesse d’une connexion réseau sans fil varie considérablement en fonction des conditions de ladite connexion. Les chiffres indiqués ci-dessous correspondent à la vitesse maximale selon la norme ou la spécification.

802.11b 11 Mbps
802.11g 54 Mbps
802.11n 600 Mbps
802.11ac 600 Mbps
3G - HSPA 7.2 Mbps
3G - HSPA+ 21 Mbps
3G - DC-HSPA+ 42 Mbps
4G - LTE 100 Mbps
5G (proposed) 1 Gpbs (or higher)

 

Acheter de la bande passante


La bande passante s’achète d’ordinaire auprès des opérateurs télécom. La plupart du temps, ceux-ci vantent un débit maximal théorique, ce qui signifie que le client peut profiter d’un taux de transfert inférieur ou égal à, par exemple, 40 MB/s, mais qu’il ne doit pas s’attendre à ce qu’il atteigne systématiquement cette vélocité lorsque la connexion est utilisée. En pratique, la vitesse peut être supérieure ou inférieure à cette valeur en fonction de l’heure de la journée, de même qu’elle peut varier dans certaines circonstances. Les entreprises, elles aussi, achètent du débit auprès des opérateurs télécom. Cependant, les contrats destinés aux professionnels sont généralement assortis d’engagements de performance chiffrés, notamment concernant la bande passante minimum utilisable, le taux de disponibilité minimal, et d’autres paramètres.

En outre, la mesure de la bande passante peut être prise en compte pour facturer en fonction de la consommation plutôt qu’au forfait. Ainsi, le propriétaire d’un site web peut ne payer à son hébergeur que la quantité de bande passante utilisée par son site pendant une période donnée, comme une période de facturation d’un mois.

Problèmes de bande passante

Manque de bande passante

Si les protocoles actuels parviennent plutôt bien à éviter les pertes de paquets, une insuffisance de bande passante peut malgré tout ralentir les opérations au point d’empêcher leur exécution, ce qui peut conduire à l’expiration des sessions ou d’autres problèmes à l’origine du plantage d’applications ou bases de données. Quand on sauvegarde ou copie des données sur un réseau, le manque de bande passante peut ralentir considérablement les sauvegardes au point qu’elles chevauchent les autres procédés par lot ou débordent sur les heures de travail.

En outre, les utilisateurs disposant d’une connexion dont le débit est trop limité peuvent parfois constater une forte latence entre le moment où ils exécutent une action, comme cliquer sur un bouton, et la réponse à ladite action. De même, quand il faut attendre que des informations se chargent, le manque de bande passante peut ralentir considérablement les opérations, et même pousser les utilisateurs à renoncer à attendre plus longtemps.

Pour les utilisateurs qui souhaitent passer des appels téléphoniques via leur réseau, c'est-à-dire en VoIP (Voice over Internet Protocol), manquer de la bande passante peut nuire à la qualité des appels. En effet, la plupart des systèmes VoIP adaptent la définition d’un appel à la bande passante disponible. S’il n’y en a pas suffisamment, l’appel peut avoir un son métallique ou se réverbérer. Et si la qualité est trop médiocre, l’appel peut même être perturbé par des coupures qui empêchent d’entendre certaines parties de la conversation.

Les appels vidéo nécessitent encore plus de bande passante. Quand celle-ci vient à manquer, la conversation pâtit d’un son dégradé et la vidéo se retrouve saccadée ou de mauvaise qualité.

Concernant la navigation web, la Commission fédérale des communications (FCC), équivalent américain de l’ARCEP, recommande une bande passante minimale de 4 Mbps pour profiter de performances adéquates lors du visionnage en streaming de vidéos en HD. Beaucoup de lecteurs vidéo parviennent à se contenter d’une bande passante plus limitée en mettant les données en mémoire tampon ou en les téléchargeant préalablement à ce qui est affiché. Si la connexion est trop lente, l’utilisateur devra soit patienter un certain temps avant que la vidéo ne démarre – le temps que le système précharge une grande quantité de données – ou s’attendre à ce que le flux vidéo s’interrompe tout à coup quand le système sera à court de vidéo préchargée.

Le manque de bande passante est également source de frustration chez les fans des jeux vidéo. Quand ils affrontent d’autres joueurs en ligne, ceux qui disposent de la connexion la plus rapide voient ce qui se passe avec un temps d’avance sur leurs adversaires, et les données relatives à leurs réactions sont transmises et reçues plus rapidement. La FCC recommande une vitesse minimale de téléchargement de 4 Mbps pour le jeu vidéo multijoueur en ligne en HD.

 

Email

0.5 Mbps

Navigation web

0.5 Mbps to 1.0 Mbps

Écoute de musique en streaming

0.5 Mbps

Appels téléphoniques (VoIP)

0.5 Mbps

Visionnage de vidéos en streaming

0.7 Mbps

Visionnage de films en streaming (hors HD)

1.5 Mbps

Visionnage de films HD en streaming

4 Mbps

Vidéoconférence standard

1 Mbps

Vidéoconférence HD

4 Mbps

Console de jeu connectée

1 Mbps

Jeu vidéo multijoueur HD en ligne

4 Mbps


Tableau des vitesses de téléchargement minimales requises selon la FCC

Excès de bande passante

L’excès de bande passante pose peu de problèmes techniques. En revanche, une bande passante de forte capacité représente un coût. Ainsi, il n’est pas toujours économique d’en avoir trop.

Latence

La conception du réseau et son infrastructure peuvent également donner lieu à des problèmes de bande passante. La latence mesure les retards sur le réseau qui peuvent ralentir le débit ou le débit utile. Un réseau dont la latence est faible connaîtra des retards assez courts, et inversement. Une forte latence empêche les données d’exploiter pleinement les capacités du réseau, ce qui réduit la bande passante.

Résolution des problèmes de bande passante

 

Identifier et régler les problèmes de bande passante permet d’améliorer les performances réseau sans recourir à des mises à niveau onéreuses.

Ping et Traceroute

Des outils comme ping et traceroute permettent de régler des problèmes rudimentaires.

L’envoi d’un signal ping à un serveur test, par exemple, permettra d’obtenir des informations sur le temps requis pour que les données soient acheminées et reçues, mais aussi sur le délai moyen de l’aller-retour. Si les temps de réponse sont élevés, cela signifie que le réseau est marqué par une forte latence.

L’outil traceroute permet de déterminer s’il y a assez de connexions réseau individuelles, ou hops, sur le chemin de connexion. En outre, traceroute précise le temps pris par chaque hop. Un temps supérieur à la moyenne sur un hop est le signe d’un problème.

Test Your Ping Speed

TTCP

TTCP mesure le temps requis pour que les données soient acheminées d’une interface réseau à une autre dotée d’un récepteur à l’autre extrémité. Cela élimine du calcul le voyage retour et permet de localiser rapidement les problèmes. Si la bande passante mesurée est inférieure à la normale, d’autres mesures peuvent isoler le problème. Une mesure effectuée sur une autre interface du même réseau ira-t-elle plus vite ? Si tel est le cas, quelle est la différence entre les deux systèmes ? En mesurant la bande passante en continu, les administrateurs peuvent cibler les goulots d’étranglement du réseau.

PRTG Network Monitor

Fort d’une interface qui agrège les données et les convertit en graphiques, PRTG peut également vous aider à régler les problèmes de bande passante qui ne sont pas structurels. Par exemple, en mesurant la consommation de bande passante au long cours, on peut s’apercevoir que certains utilisateurs ou certaines applications consomment parfois une quantité anormalement élevée de bande passante et provoquent une congestion du réseau qui rejaillit sur les temps de réponse des processus et applications des autres utilisateurs.