Le temps d'aller-retour et l'intervalle entre paquets
Grandeurs hors système · exprimées en secondes SI · le RTT et le Δt entre paquets
En 1983 Mike Muuss, qui cherchait l'origine d'une panne sur un réseau, écrivit en une seule soirée un petit programme qui envoyait à une machine une courte requête et affichait le temps écoulé jusqu'à la réponse. Il en prit le nom chez les sondeurs : un sous-marin lance un clic et écoute l'écho, et la distance se calcule à partir d'une seule différence de temps. De cette habitude de mesure est née l'unité : ce qu'on enregistre n'est ni l'aller ni le retour, mais la boucle entière.
La finesse est ici que l'aller-retour se mesure avec une seule horloge : la requête part de la machine même où la réponse arrive, et la différence des relevés ne dépend donc pas de l'accord des horloges à l'autre bout. Le délai dans un seul sens ne s'obtient pas si aisément — il y faut des horloges accordées plus finement que le délai lui-même, soit un protocole particulier de transfert de l'heure, soit un récepteur du temps satellitaire à chaque extrémité.
01 · Définition
Le temps d'aller-retour est l'intervalle entre l'envoi d'un paquet et l'arrivée de la réponse, mesuré par une seule et même horloge. L'intervalle entre paquets est le temps qui sépare l'émission de deux paquets voisins d'un même flux ; il n'est pas fixé par le réseau mais par celui qui le charge.
L'aller-retour se compose de trois termes de nature différente, et les distinguer importe, car chacun se soigne autrement. Le premier est le temps de propagation, que déterminent la longueur du parcours et la vitesse de la lumière dans la fibre, et qui ne cède à rien sinon à un câble plus court. Le deuxième est la sérialisation, le temps de pousser le paquet dans la ligne, et il diminue à mesure que la liaison est plus rapide. Le troisième est la file d'attente dans les tampons des nœuds intermédiaires, et lui seul dépend de la charge du réseau à cet instant.
Il en découle une circonstance peu évidente : on peut élargir la liaison au décuple sans que l'aller-retour change en rien, car l'élargissement n'ôte que la sérialisation, tandis que les files d'attente et la longueur du trajet restent en place. Bien plus, dans des tampons faits « à toutes fins utiles » avec de la marge, les paquets ne se perdent pas mais attendent, et l'aller-retour sous charge monte à des secondes — c'est le mal qu'on a nommé bufferbloat.
L'intervalle entre paquets n'est pas là par hasard : presque tout ce qui arrive à un flux se décide au rapport de l'intervalle à l'aller-retour. Tant que les paquets sortent plus souvent que ne reviennent les accusés de réception, l'émetteur travaille en aveugle et doit tenir dans le trajet autant de données qu'il en entre physiquement — et cette quantité est exactement le produit du débit par l'aller-retour.
Choisissez un trajet et promenez le curseur sur la taille du paquet. Le paquet bleu part de la baie de gauche vers celle de droite et revient en orange ; la bande sous le trajet décompose l'aller-retour en trois termes, pour qu'on voie à quoi il passe réellement. Élargir la liaison ne raccourcit que la partie du milieu — celle qui, sur les longs trajets, est de toute façon la plus petite.
La mémoire a baissé de prix avant que les algorithmes ne changent, et les constructeurs se mirent à loger dans les appareils des files de centaines de paquets, jugeant qu'un tampon de trop ne saurait nuire. Ce fut l'inverse : une file pleine ne perd pas les paquets mais les retarde, l'émetteur ne reçoit aucun signal d'encombrement et continue de charger. L'aller-retour d'une liaison domestique sous charge atteignit une seconde et demie, le débit restant le même.
02 · Conversion
Aller-retour, tuyau et flux de paquets
Entrez un aller-retour dans les unités que vous voulez, et la fiche le convertira dans les autres, puis calculera ce qui en dépend : combien de données tiennent dans le trajet à différents débits, quelle limite pose la fenêtre et quel intervalle entre paquets choisissent les divers codeurs.
Le débit servant à calculer la capacité est pris sur le trajet choisi dans la partie interactive ; dans les réglages fins on peut le fixer à un gigabit.
Ping ne mesure pas tout à fait ce dont un programme applicatif a besoin. Le traitement d'une requête d'écho sur un nœud lointain suit une voie particulière, souvent en contournant le calculateur principal, et son délai ne coïncide donc pas avec celui d'une vraie connexion ; d'autres appareils répondent à ces requêtes en tout dernier lieu, voire pas du tout. C'est pourquoi un grand ping ne signifie pas toujours une connexion lente, ni un petit n'en garantit une rapide.
| Valeur | Remarque | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Ordres de grandeur
échelle logarithmique : de la microseconde à la seconde04 · Instruments de mesure
Avec quoi on attrape le temps d'aller-retour
Le programme envoie un paquet portant un horodatage et attend son retour, et la différence des relevés est l'aller-retour. Son mérite est qu'une seule horloge suffit et qu'on ne demande rien à l'interlocuteur sinon de vouloir répondre ; son défaut, qu'il répond par une voie particulière, pas nécessairement rapide.
Ayant enregistré tout l'échange, on tire l'aller-retour du flux lui-même : du temps entre le départ d'un segment et l'arrivée de son accusé de réception. On mesure ainsi précisément le délai que voit le programme applicatif, et du même coup la dispersion devient visible — ce qui, dans une conversation, gêne plus qu'un délai régulier.
Les appareils qui horodatent directement dans la puce réseau ôtent l'incertitude qu'introduit le système d'exploitation et portent la résolution à des dizaines de nanosecondes. Ils échangent selon une convention particulière où chaque bout pose deux marques — et c'est cela qui permet de partager l'aller-retour en ses deux moitiés inégales.
Le délai dans un seul sens ne se mesure que là où les horloges des deux bouts sont ramenées à un temps commun plus finement que le délai lui-même — pour cela on jalonne les lignes d'un protocole de synchronisation particulier ou l'on installe des récepteurs du temps satellitaire. Sans cela l'aller-retour demeure le seul chiffre honnête.
05 · Règles d’écriture
L'aller-retour avec son unité, la dispersion à part
On écrit la désignation en trois capitales latines sans points, la valeur avec son unité et l'indication de ce qui a été mesuré au juste : un sondage unique, la moyenne d'une série ou sa médiane. La dispersion se donne à côté, en nombre distinct, car une moyenne seule ne dit rien de la régularité des paquets.
La première écriture se passe d'unité, et par là même de sens : cent trente de quoi — millisecondes ou microsecondes ? La deuxième fait passer une supposition pour une mesure, alors que la route aller et la route retour empruntent souvent des voies différentes et que les moitiés sortent inégales. La troisième répète l'erreur la plus répandue et tient l'aller-retour pour une propriété de la liaison et non du trajet entier. La quatrième confond les grandeurs : un intervalle entre paquets n'est pas un aller-retour.
06 · Unités voisines
L'aller-retour décrit le trajet du côté du temps, le débit du côté de la quantité, et leur produit donne une troisième grandeur, la capacité du trajet, sans laquelle aucune connexion rapide à grande distance ne se règle. À côté se tient la dispersion du délai, qui dans la conversation et dans le jeu gêne plus qu'un retard régulier.
ce qui tient dans une seconde
débit × aller-retour
gigue selon la RFC 3550
Parmi les fiches de Simetrium se trouvent à côté le bit et octet, dans lesquelles on compte la capacité du trajet, seconde, à laquelle les deux grandeurs se ramènent en fin de compte, décibel issus des bilans de liaison et le cycle d'horloge, qui fixe la limite de résolution des horodatages matériels.
07 · Section historique
Le clic et l'écho
Quand on transmit le premier mot entre l'université de Californie et l'institut de Menlo Park, l'opérateur le dictait par téléphone et attendait la confirmation lettre à lettre. La liaison rompit à la troisième lettre, mais la procédure elle-même — envoyé, attendu la réponse, regardé l'horloge — se trouva être exactement celle qui sert encore aujourd'hui.
Mike Muuss écrivit son programme en une soirée, en cherchant l'origine d'une panne, et le nomma d'après le son du sondeur sous-marin : une brève impulsion, puis l'attente du retour. Le nom se révéla si juste que le verbe « pinguer » entra dans la langue bien au-delà du métier des réseaux et désigne désormais tout court message envoyé pour savoir si quelqu'un est là.
À l'automne 1986 le débit de l'une des liaisons universitaires tomba au millième : les émetteurs, ne recevant pas d'accusés de réception, envoyaient toujours de nouvelles copies et achevaient le trajet. Van Jacobson proposa un remède qui agit encore : surveiller l'aller-retour et sa dispersion, et prendre leur croissance pour un signe d'encombrement, retenant l'envoi avant que les pertes ne commencent.
Les algorithmes actuels de contrôle de flux ne surveillent plus les pertes mais directement la croissance de l'aller-retour, et retiennent l'envoi avant que la file n'ait le temps de se remplir. Les routeurs domestiques ont reçu des disciplines qui tiennent le tampon court à dessein — et l'aller-retour sous charge tombe d'une seconde et demie à des dizaines de millisecondes sur la même liaison.
La moitié de l'aller-retour est une supposition, non une mesure
L'aller-retour est commode en ce qu'il n'exige pas l'accord des horloges : l'envoi comme la réception sont marqués par un seul appareil, et un écart des échelles n'entre tout simplement pas dans la différence. Voilà pourquoi ping fonctionne partout et ne demande aucun réglage, tandis que le délai dans un seul sens est une grandeur bien plus capricieuse, qui réclame un accord plus fin que ce qu'on mesure.
L'habitude de couper l'aller-retour en deux se maintient pour cette raison, bien qu'elle ait peu de fondement : le flux vers l'interlocuteur et celui qui en revient prennent souvent des routes différentes, de longueur et de charge différentes, si bien que les vraies moitiés peuvent différer du double. La grandeur la plus facile à mesurer de tout le métier des réseaux est aussi la plus souvent mal lue.
Catalogue · unités de mesure
Une fiche pour chaque grandeur
Sept unités de base du SI, vingt-deux dérivées portant un nom propre, et des grandeurs hors système sans lesquelles ni la technique ni le calendrier ne fonctionneraient.