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The work presented in this thesis is divided into two parts centered around routing. First, we focus on multi-criteria path computations, which are particularly useful for routing traffic requiring low latency. The NP-hard problem studied, called DCLC, becomes radically more complex when we consider the operational constraints added by the technology used to deploy these paths, Segment Routing. We propose different methods and algorithms to solve DCLC in such an operational context, and show the efficiency of our solutions via an evaluation on large-scale networks. We then focus on the adverse effects induced by inter-protocol interactions. Interactions between BGP (the routing protocol used in the Internet) and the IGP (used within a network) cause long convergence times during topological changes. We rework these interactions and propose OPTIC, reducing this convergence time to a marginal duration. We show the feasibility of OPTIC via theoretical evaluation based on real data.; Les travaux présentés dans cette thèse se décomposent en deux parties centrées autour du routage. Nous nous intéressons d'abord aux calculs de chemins multicritères, notamment utiles pour router du trafic exigeant une latence faible. Le problème NP-Difficile étudié, appelé DCLC, devient radicalement plus complexe lorsque l'on considère les contraintes opérationnelles rajoutées par la technologie utilisée pour déployer ces chemins, Segment Routing. Nous proposons différents méthodes et algorithmes afin de résoudre DCLC dans un tel contexte opérationnel, et montrons l'efficacité de nos solutions via une évaluation sur des réseaux large-échelle. Nous nous concentrons ensuite sur les effets néfastes induits par les interactions inter-protocolaires. Les interactions entre BGP (le protocole de routage utilisé dans l'Internet) et l'IGP (utilisé au sein d'un réseau) provoquent un temps de convergence long lors de changements topologiques. Nous retravaillons ces interactions et proposons OPTIC, ramenant ce temps de convergence à une durée marginale. Nous montrons la faisabilité d'OPTIC via évaluation théorique basée sur des données réelles.

New advances in Segment Routing optimisation

International audience; Longtemps freinée par des technologies peu extensibles et difficilesà automatiser, l'ingénierie de trafic retrouve peù a peu de son allant. D'une part, les services de communicationémergents, comme le cloud gaming et l'industrie 4.0, nécessitent des chemins spécifiques offrant des garanties strictes. D'autre part, Segment Routing (SR), une technologie de routage par la source plus extensible que le plan de contrôle MPLS, offre aux opérateurs la possibilité de déployer des chemins contraintsà grandeéchelle. Ces chemins peuvent par exemple respecter une contrainte de latence maximum tout en minimisant le "coût interne" pour l'opérateur (coût IGP). En effet, ce type de chemins est requis pour les applications nécessitant un haut niveau d'interactivité sans négliger la bande passante. Cependant, calculer de telles routes multi-contraintes est un problème NP-Difficile bien connu : DCLC. Bien que de nombreuses solutions existent, elles ne sont pas adaptéesà Segment Routing qui ajoute une contrainte opérationnelle aux deux contraintes de qualité de service. De plus, ces propositions n'offrent généralement pas de garanties fortes en terme de temps d'exécution. Dans ce travail, afin de proposer une solution exacte mais pratique et efficace, nous tirons parti des avantages et inconvénients de SR ainsi que des limites inhérentes aux réseaux d'opérateurs. Notre algorithme, BEST2COP, conçu pour etre massivement parallélisable, résout efficacement DCLC même lorsque la double valuation du graphe est aléatoire. Que ce soit sur des graphes aux structures réelles ou aléatoires, BEST2COP résout DCLC en largement moins d'une seconde sur des domaines SR de plus de mille noeuds.

In recent years, next to Cloud Computing, Network Function Virtualization (NFV) has emerged as one of the most interesting paradigm inside the ICT world, leading to unexplored scenarios and new features such as Service Chaining. The latter is the capability where packets are steered through a sequence of services on their way to the destination. These services could also be located inside different Public Cloud Regions, hence giving us the possibility to exploit for the first time a Multi-Cloud approach. One way to actually perform Service Chaining is through the new Segment Routing protocol for IPv6. Within this context we have started to investigate how we could create inside Amazon Web Services a Multi-Cloud configuration to provide Service Chaining. As an initial step, we have deployed, inside an Amazon Virtual Private Cloud, a software router compatible with Segment Routing called Vector Packet Processing (VPP). Then, we have automated its deployment with Terraform, a CloudOrchestrator tool. Afterwards, taking advantage of our scripts, we have repeated the same configuration in different Amazons Region, connecting them together through Segment Routing protocol. Finally, we started a first extensive measurements campaign, looking in particular on how VPP and Segment Routing presence could affect the overall performance inside Amazon Web Services., Au cours des dernières années, à coté du Cloud Computing, la virtualisation des fonctions de réseau (NFV) est devenue l'un des paradigmes les plus intèressants du monde des ICT, donnant lieu à des scénarios inexplorés et à de nouvelles fonctionnalités telles que Service Chaining. Ce dernier est la capacité où les paquets sont dirigés à travers une séquence de services sur leur chemin vers la destination. Ces services pourraient également etre situés dans différentes régions de cloud public, nous permettant ainsi d'exploiter pour la première fois une approche multi-cloud. Le nouveau protocole de routage par segment pour IPv6 (Segment Routing-SRv6) est un moyen efficace d'enchainer les services. Dans ce contexte, nous avons commencé à étudier comment créer une configuration multi-cloud dans Amazon Web Services afin de fournir un chainage de services. Dans un premier temps, nous avons déployé, au sein d Amazon Virtual Private Cloud, un routeur logiciel compatible avec le routage par segment appelé Vector Packet Processing (VPP). Ensuite, nous avons automatisé son déploiement avec Terraform, un outil pour d'orchestration. Ensuite, profitant de nos scripts, nous avons répété la meme configuration dans diffèrentes régions d'Amazon, en les connectant ensemble via le SRv6. Enfin, nous avons lancé une première campagne de mesures étendue, en examinant en particulier l'impact de la présence de VPP et SRv6 sur les performances globales d'Amazon Web Services.

With the development of demand for computing resources, data center architectures are growing both in scale and in complexity.In this context, this thesis takes a step back as compared to traditional network approaches, and shows that providing generic primitives directly within the network layer is a great way to improve efficiency of resource usage, and decrease network traffic and management overhead.Using recently-introduced network architectures, Segment Routing (SR) and Bit-Indexed Explicit Replication (BIER), network layer protocols are designed and analyzed to provide three high-level functions: (1) task mobility, (2) reliable content distribution and (3) load-balancing.First, task mobility is achieved by using SR to provide a zero-loss virtual machine migration service.This then opens the opportunity for studying how to orchestrate task placement and migration while aiming at (i) maximizing the inter-task throughput, while (ii) maximizing the number of newly-placed tasks, but (iii) minimizing the number of tasks to be migrated.Second, reliable content distribution is achieved by using BIER to provide a reliable multicast protocol, in which retransmissions of lost packets are targeted towards the precise set of destinations having missed that packet, thus incurring a minimal traffic overhead.To decrease the load on the source link, this is then extended to enable retransmissions by local peers from the same group, with SR as a helper to find a suitable retransmission candidate.Third, load-balancing is achieved by way of using SR to distribute queries through several application candidates, each of which taking local decisions as to whether to accept those, thus achieving better fairness as compared to centralized approaches.The feasibility of hardware implementation of this approach is investigated, and a solution using covert channels to transparently convey information to the load-balancer is implemented for a state-of-the-art programmable network card.Finally, the possibility of providing autoscaling as a network service is investigated: by letting queries go through a fixed chain of applications using SR, autoscaling is triggered by the last instance, depending on its local state., Du fait de la croissance de la demande en ressources de calcul, les architectures de centres de données gagnent en taille et complexité.Dès lors, cette thèse prend du recul par rapport aux architectures réseaux traditionnelles, et montre que fournir des primitives génériques directement à la couche réseau permet d'améliorer l'utilisation des ressources, et de diminuer le trafic réseau et le surcoût administratif.Deux architectures réseaux récentes, Segment Routing (SR) et Bit-Indexed Explicit Replication (BIER), sont utilisées pour construire et analyser des protocoles de couche réseau, afin de fournir trois primitives: (1) mobilité des tâches, (2) distribution fiable de contenu, et (3) équilibre de charge.Premièrement, pour la mobilité des tâches, SR est utilisé pour fournir un service de migration de machine virtuelles sans perte.Cela ouvre l'opportunité d'étudier comment orchestrer le placement et la migration de tâches afin de (i) maximiser le débit inter-tâches, tout en (ii) maximisant le nombre de nouvelles tâches placées, mais (iii) minimisant le nombre de tâches migrées.Deuxièmement, pour la distribution fiable de contenu, BIER est utilisé pour fournir un protocole de multicast fiable, dans lequel les retransmissions de paquets perdus sont ciblés vers l'ensemble précis de destinations n'ayant pas reçu ce packet : ainsi, le surcoût de trafic est minimisé.Pour diminuer la charge sur la source, cette approche est étendue en rendant possible des retransmissions par des pairs locaux, utilisant SR afin de trouver un pair capable de retransmettre.Troisièmement, pour l'équilibre de charge, SR est utilisé pour distribuer des requêtes à travers plusieurs applications candidates, chacune prenant une décision locale pour accepter ou non ces requêtes, fournissant ainsi une meilleure équité de répartition comparé aux approches centralisées.La faisabilité d'une implémentation matérielle de cette approche est étudiée, et une solution (utilisant des canaux cachés pour transporter de façon invisible de l'information vers l'équilibreur) est implémentée pour une carte réseau programmable de dernière génération.Finalement, la possibilité de fournir de l'équilibrage automatique comme service réseau est étudiée : en faisant passer (avec SR) des requêtes à travers une chaîne fixée d'applications, l'équilibrage est initié par la dernière instance, selon son état local.

International audience; As experimenting with energy-aware techniques on large-scale production infrastructure is prohibitive , a large number of proposed traffic-engineering strategies have been evaluated only using discrete-event simulations. The present work discusses (i) challenges towards building testbeds that allow researchers and practitioners to validate and evaluate the performance and quality of energy-aware traffic-engineering strategies , (ii) requirements to fulfill when porting simulations to testbeds, and (iii) two proof-of-concept testbeds. One testbed uses and provides Software-Defined Network (SDN) services created on the Open Network Operating System (ONOS) while the other is a composition of virtual Open vSwitches (OVS) controlled by the Ryu SDN framework. The aim of the testbeds is to validate previously proposed energy-aware traffic engineering strategies in different environments. We detail the platforms and illustrate how they have been used for performance evaluation. Additionally, the paper compares results obtained in the testbeds with evaluations performed using discrete-event simulations and presents challenges faced while implementing energy-aware traffic engineering mechanisms as SDN services in testbed environments.

National audience; This research paper proposes IEEE802.3az incorporated green algorithmic schemes on the software defined networking-based segment routing (SDN-based SR) centralized network. The proposed schemes are the green (i.e. the EAGER and CARE metrics) SDN-based SR networks with and without traffic engineering (TE) tunneling. Green metrics extend the IEEE 802.3az energy saving to the whole network, while tunneling avoids the load sharing mechanism included in the segment routing that is not convenient for energy saving purpose. The findings of emulation revealed that the energy efficiency under the EAGER-tunneling strategy is comparable to the conventional metric with TE tunneling, and the saving realized under the CARE-tunneling scheme is twofold in comparison with the LEGACY-tunneling strategy. Meanwhile, the energy saving performance achieved with all three metrics under TE non-tunneling was inferior to those with tunneling. Nonetheless, the lower end-to-end delay and lower maximum link utilization (MLU) were achievable with the non-tunneling strategy.

International audience; The continuous growth of traffic and the energy consumption of network equipments can limit the deployment of large-scale distributed infrastructure. This work aims to improve the energy efficiency of backbone networks by dynamically adjusting the number of active links according to network load. We propose an intra-domain software-defined network approach to select and turn off a subset of links. The SPRING protocol (a.k.a. segment routing) is used to make our algorithms converge faster. The algorithms—implemented and evaluated using the OMNET++ discrete event simulator—can achieve energy savings of around 44 % when considering real backbone networks.

National audience; La consommation d'énergie est devenue un facteur limitant pour le déploiement d'infrastruc-tures distribuées à grande échelle. Ce travail 1 a pour but l'amélioration de l'efficacité éner-gétique des réseaux de coeur en éteignant un sous-ensemble des liens grâce à une approche SDN (Software Defined Network). Nous présentons l'architecture logicielle STREETE (SegmenT Routing based Energy Efficient Traffic Engineering) qui adapte dynamiquement le nombre de liens du réseau qui sont allumés en fonction de la charge du réseau. Le coeur de la solution repose sur le protocole SPRING, aussi appelé Segment Routing, un protocole novateur en cours de standardisation par l'IETF. Les algorithmes ont été implémentés et évalués en utilisant le si-mulateur OMNET++. Les résultats expérimentaux montrent que le nombre de liens allumés peut être réduit de 44% tout en gardant une haute qualité de service. Mots-clés : efficacité énergétique, réseaux de coeur, SDN, ingénierie de trafic, SPRING, Segment Routing, MPLS.

International audience; Energy consumption has become a limiting factor for deploying large-scale distributed infrastructures. This work 1 seeks to improve the energy efficiency of backbone networks by providing an intra-domain Software Defined Network (SDN) approach to selectively turn off a subset of links. We propose the STREETE framework (SegmenT Routing based Energy Efficient Traffic Engineering) that dynamically adapts the number of powered-on links to the traffic load. The core of the solution relies on SPRING, a novel protocol being standardized by IETF. It is also known under the name of Segment Routing. The algorithms have been implemented and evaluated using the OMNET++ simulator. Experimental results show that the consumption of 44% of links can be reduced while preserving good quality of service.