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http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php
http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm ´Ecole doctorale IAEM Lorraine Centre de Recherche en
D´epartement de formation doctorale en Automatique Automatique de Nancy
UFR STMIA
Am´elioration de la Mesure de la Bande
Passante dans un R´eseau Bas´e sur IP
`THESE
Soutenance publique : le 27 Novembre 2007
pour l’obtention du
Doctorat de l’universit´e Henri Poincar´e – Nancy 1
(sp´ecialit´e Automatique, Traitement du signal et G´enie informatique)
par
Ahmed AIT ALI
Composition du jury
Rapporteurs : M. Philippe Owezarski Charg´e de recherche (HDR) CNRS au LAAS, Toulouse
Mme V´eronique V`eque Professeur a` l’Universit´e Paris-Sud, Orsay
Examinateurs : M. Olivier Festor Directeur de recherche INRIA au LORIA, Nancy
M. Bernard Thirion Professeur `a l’Universit´e de Haute Alsace, Mulhouse
M. Francis Lepage Professeur a` l’Universit´e Henri Poincar´e, Nancy 1
M. Thierry Divoux Professeur a` l’Universit´e Poincar´e, Nancy 1
Nancy Universit´e, Centre de Recherche en Automatique de Nancy — CNRS — UMR 7039
Facult´e des Sciences et Techniques, B.P 239 Vandoeuvre L`es NancyMis en page avec la classe thloria.`A ma grand-m`ere.
iiiTable des mati`eres
Introduction g´en´erale
Introduction
´Partie I Etat de l’art
Chapitre 1
M´etrologie R´eseaux : Outils et Techniques
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2 La qualit´e de service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3 Les m´etriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3.1 Les m´etriques IETF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.4 La mesure des m´etriques de la QoS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.4.1 Les mesures passives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.4.2 Les mesures actives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.5 Les projets et plates-formes de mesures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.5.1 Le projet NIMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
iiiTable des mati`eres
1.5.2 Le projet RIPE Test Traffic Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.5.3 Le projet MINC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.5.4 Le projet Netsizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.6 Les projets de m´etrologie en France . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.6.1 Le projet SATURNE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.6.2 Le projet METROPOLIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.7 Techniques et outils de mesure des param`etres QoS . . . . . . . . . . . . . . 25
1.7.1 D´elai unidirectionnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.7.2 D´elai aller-retour. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.7.3 Variation du d´elai (gigue) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.7.4 Pertes de paquets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.8 OWAMP (One-Way Active Measurement Protocol) . . . . . . . . . . . . . . 33
1.9 La bande passante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.9.1 La capacit´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.9.2 La bande passante disponible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
1.10 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Partie II Contributions
Chapitre 2
Analyseet´etudecomparativedestechniquesetoutilsdemesuredelabande
passante disponible
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.2 Outils de mesure de la bande passante disponible. . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.2.1 L’outil Spruce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.2.2 L’outil Pathload . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.2.3 L’outil Pathchirp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.2.4 L’outil IGI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
´2.3 Evaluation de performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.3.1 M´ethodologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.3.2 Les r´esultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
iv2.3.3 La pr´ecision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.3.4 L’intrusivit´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
2.3.5 Le temps de r´eponse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.3.6 Compatibilit´e des mesures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.3.7 R´ep´etabilit´e des mesures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Chapitre 3
Un nouveau mod`ele d´eterministe pour la mesure de la bande passante dis-
ponible
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.2 Mod´elisation de la bande passante disponible . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.3 IGMPS un nouvel outil de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.3.1 Architecture d’un outil de mesure de la bande passante disponible . . 81
3.3.2 Impl´ementation de l’outil IGMPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.4 Validation et ´evaluation de performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.4.1 M´ethodologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.4.2 Les r´esultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.4.3 Am´elioration de la pr´ecision d’IGMPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.4.4 Intrusivit´e et temps de r´eponse d’IGMPS . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.5 Les param`etres de performance d’IGMPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.5.1 La taille des paquets sondes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.5.2 Nombre de paires d’une s´equence de mesure . . . . . . . . . . . . . . 101
3.6 Comparaison entre IGMPS et Spruce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3.7 Les limites de l’outil IGMPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
3.8 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
Chapitre 4
Mod´elisation stochastique de la technique de la paire de paquets
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.2 La file M/D/1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
4.3 Concepts th´eoriques de la file M/D/1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
4.3.1 Nombre moyen de paquets dans la file M/D/1 . . . . . . . . . . . . . 110
4.3.2 Temps d’attente moyen virtuel dans la file M/D/1 . . . . . . . . . . . 114
4.4 Le mod`ele M/D/1 des dispersions finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
´4.5 Evaluation du mod`ele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4.5.1 M´ethodologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
vTable des mati`eres
4.5.2 R´esultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.6 Effet de la taille des paquets du trafic concurrent . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
Chapitre 5
Analysedesensibilit´eappliqu´ee`alamesuredelabandepassantedisponible
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5.2 Analyse de sensibilit´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.3 Objectifs de l’analyse de sensibilit´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.4 Les m´ethodes de l’analyse de sensibilit´e globale . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.4.1 La m´ethode de Sobol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
5.4.2 La m´ethode FAST (Fourier Amplitude Sensitivity Test) . . . . . . . . 137
5.5 L’analyse de sensibilit´e appliqu´ee a` la mesure de la bande passante disponible 139
5.5.1 Le mod`ele de mesure de la bande passante disponible . . . . . . . . . 139
5.5.2 L’outil Simlab pour l’analyse de sensibilit´e . . . . . . . . . . . . . . . 141
5.5.3 Choix de la m´ethode de l’analyse de sensibilit´e . . . . . . . . . . . . . 143
5.5.4 M´ethodologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
5.5.5 Les distributions des param`etres d’entr´ee du mod`ele . . . . . . . . . . 145
5.5.6 Les r´esultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.6 Analyse des erreurs et des incertitudes de mesures . . . . . . . . . . . . . . . 152
5.6.1 Incertitudes `a l’envoi des paquets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
5.6.2 Incertitudes `a la r´eception des paquets . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
5.6.3 Incertitude r´esultant de l’estimation de la capacit´e du lien bottleneck 156
5.6.4 Incertitudes dues a` la corr´elation des paquets . . . . . . . . . . . . . . 157
5.7 Analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
5.8 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Conclusion et perspectives
Conclusion
Perspectives
viAnnexe
Annexe A
La m´etrologie et notions associ´ees
A.1 D´efinition de la m´etrologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
A.2 Quelques d´efinitions associ´ees a` la m´etrologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
A.2.1 La justesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
A.2.2 La fid´elit´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
A.2.3 La pr´ecision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
A.3 Quelques outils de mesure et leurs caract´eristiques . . . . . . . . . . . . . . . 174
Bibliographie 177
vii