L'Internet sert de support de communication à un grand nombre d'applications dans le cadre des réseaux d'entreprise. Cependant, un certain nombre d'applications multimédia (e.g. téléphonie IP) nécessite un support de mécanisme de qualité de service dans le réseau. Chaque mécanisme du QoS est provisionné en fonction du contrat (SLA - Service Level Agreement) établit entre l'utilisateur/application et l'ISP (Internet Service Provider). Le rôle important de la gestion du QoS est de conserver toutes les caractéristiques établies par le SLA pendant toute la durée du contrat. Cette gestion peut être statique ou dynamique. Dans le cas statique, la gestion de la QoS dans le réseau est effectuée d'une manière expérimentale et non-efficace, manuellement par l'administrateur de réseau sur une grande échelle de temps. La gestion dynamique de la QoS est effectuée en utilisant des mécanismes adaptables et de façon automatique pour une gestion flexible et efficace des ressources du réseau. Dans cette thèse, nous considérons les éléments suivants qui compose de l'architecture pour la gestion dynamique des ressources : signalisation, algorithmes d'allocation de la bande passante et de contrôle de ressources, algorithmes de mesure des ressources dans le réseau, algorithmes de négociation entre plusieurs domaines. Nous proposons des critères de classification pour les protocoles QoS de signalisation en Internet et nous avons effectué une analyse des protocoles QoS les plus utilisés utilisant cette classification. Nous avons étudié l'impact entre les paramètres de SLA (bande passante, gigue, délai, perte des paquets) et les paramètres de différents mécanismes de QoS implémentés dans un réseau Linux Diffserv. En utilisant le réseau Linux Diffserv, nous montrons que la gestion statique de la QoS dans certains cas n'est pas efficace. Nous proposons un mécanisme d'allocation dynamique de la bande passante dans les routeurs à l'intérieur du réseau (Linux Diffserv). Avec notre algorithme nous proposons plusieurs règles de partage des ressources.

Mes travaux de recherche s'intéressent à la simulation distribuée et aux possibilités offertes par le paradigme pair-à-pair. Le modèle pair-à-pair est généralement asymétrique. Il est constitué de réseaux de machines totalement hétérogènes avec des configurations matérielles et des débits de connexion très variables. Les nœuds constituant un tel réseau sont hautement dynamiques et organisés de manière totalement décentralisée.<br /><br />Une étude comparative entre les deux paradigmes grille de calcul et pair-à-pair est présentée. Elle révèle que la taxonomie des systèmes de l'informatique répartie est simpliste et sommaire. Nous en présentons une autre plus raffinée. Elle prend en compte de nouveaux paramètres pouvant aider l'utilisateur à faire un choix entre les grilles de calculs et le modèle pair-à-pair.<br /><br />Ces nouveaux paramètres sont pris en compte dans le développement de la plate-forme PHAC (P2P-based Highly Available Computing Framework) présentée dans ce mémoire. Il s'agit d'un environnement de programmation de haut niveau qui permet de construire un réseau pair-à-pair hautement disponible et adapté aux besoins de l'utilisateur. La plate-forme tient compte des spécificités des réseaux pair-à-pair telles que la volatilité et l'hétérogénéité des pairs. La robustesse du réseau est étudiée selon une voie expérimentale. Les résultats montrent que le réseau est suffisamment robuste pour distribuer des simulations de manière transparente.

Les protocoles historiques d’Internet (TCP/IP) qui servaient à interconnecter les tous premiers ordinateurs ne sont plus adaptés à la diffusion massive de contenus qui en est fait aujourd’hui. De nouveaux protocoles réseau centrés sur les contenus (Information-Centric Networking) sont actuellement conçus pour optimiser ces échanges en pariant sur un changement de paradigme où les contenus, plutôt que les machines sont adressables à l’échelle d’Internet. Cependant, un tel changement ne peut se faire que progressivement et si tous les impératifs opérationnels sont assurés. Ainsi, cette thèse a pour objectif d’étudier et de lever les principaux verrous technologiques empêchant l’adoption du protocole NDN (Name Data Networking) par les opérateur en garantissant la sécurité, les performances, l’interopérabilité, la bonne gestion et le déploiement automatisé d’un réseau NDN. Dans un premier temps, nous évaluons les performances actuelles d’un réseau NDN à l’aide d’un outil de notre conception, ndnperf, et constatons le coût élevé pour un serveur utilisant ce protocole. Puis nous proposons un ensemble de solutions pour améliorer l’efficacité d’un serveur NDN pouvant être jusqu’à 6,4 fois plus efficient que les paramètres de base. Ensuite nous nous intéressons à la sécurité de NDN à travers l’évaluation de l’attaque par empoisonnement de contenus, connue pour être critique mais jamais caractérisée. Cette étude se base sur deux scénarios, en utilisant un serveur et un client pour effectuer la pollution, ou en exploitant une faille dans le traitement des paquets au niveau du routeur. Nous montrons ainsi la dangerosité de l’attaque et proposons une correction de la faille la permettant. Dans un troisième temps, nous cherchons à adapter le protocole HTTP pour qu’il puisse être transporté sur un réseau NDN à des fins d’interopérabilité. Pour ce faire, nous avons développé deux passerelles qui effectuent les conversions nécessaires pour qu’un contenu web puisse rentrer ou sortir d’un réseau NDN. Après avoir décrit notre solution, nous l’évaluons et l’améliorons afin de pouvoir bénéficier d’une fonctionnalité majeure de NDN, à savoir la mise en cache des contenus dans le réseau à hauteur de 61,3% lors de tests synthétiques et 25,1% lors de simulations de navigation avec plusieurs utilisateurs utilisant une loi Zipf de paramètre 1,5. Pour finir, nous proposons une architecture à base de microservices virtualisés et orchestrés pour le déploiement du protocole NDN en suivant le paradigme NFV (Network Function Virtualization). Les sept microservices présentés reprennent soit une fonction atomique du routeur, soit proposent un nouveau service spécifique. Ces fonctions peuvent ensuite être chaînées pour constituer un réseau optimisé. Cette architecture est orchestrée à l’aide d’un manager qui nous permet de pleinement tirer parti des avantages des microservices comme la mise à l’échelle des composants les plus lents ou encore le changement dynamique de topologie en cas d’attaque.Une telle architecture, associée aux contributions précédentes, permettrait un déploiement rapide du protocole NDN, notamment grâce à un développement facilité des fonctions, à l’exécution sur du matériel conventionnel, ou encore grâce à la flexibilité qu’offre ce type d’architecture. / Internet historical protocols (TCP/IP) that were used to interconnect the very first comput-ers are no longer suitable for the massive distribution of content that is now being made. New content-based network protocols (Information-Centric Networking) are currently being designed to optimize these exchanges by betting on a paradigm shift where content, rather than machines, are addressable across the Internet. However, such a change can only be made gradually and if all operational imperatives are met. Thus, this thesis aims to study and remove the main tech-nological obstacles preventing the adoption of the NDN (Name Data Networking) protocol by operators by guaranteeing the security, performance, interoperability, proper management and automated deployment of an NDN network. First, we evaluate the current performance of an NDN network thanks to a tool we made, named ndnperf, and observe the high cost for a provider delivering fresh content using this protocol. Then, we propose some optimizations to improve the efficiency of packet generation up to 6.4 times better than the default parameters. Afterwards, we focus on the security of the NDN protocol with the evaluation of the content poisoning attack, known as the second more critical attack on NDN, but never truly characterized. Our study is based on two scenarios, with the usage of a malicious user and content provider, or by exploiting a flaw we found in the packet processing flow of the NDN router. Thus, we show the danger of this kind of attacks and propose a software fix to prevent the most critical scenario. Thirdly, we are trying to adapt the HTTP protocol in a way so that it can be transported on an NDN network for interoperability purposes. To do this, we designed an adaptation protocol and developed two gateways that perform the necessary conversions so that web content can seamlessly enter or exit an NDN network. After describing our solution, we evaluate and improve it in order to make web content benefit from a major NDN feature, the in-network caching, and show up to 61.3% cache-hit ratio in synthetic tests and 25.1% in average for browsing simulations with multiple users using a Zipf law of parameter 1.5. Finally, we propose a virtualized and orchestrated microservice architecture for the deploy-ment of an NDN network following the Network Fonction Virtualization (NFV) paradigm. We developed seven microservices that represent either an atomic function of the NDN router or a new one for specific purposes. These functions can then be chained to constitute a full-fledged network. Our architecture is orchestrated with the help of a manager that allows it to take the full advantages of the microservices like scaling the bottleneck functions or dynamically change the topology for the current needs (an attack for example). Our architecture, associated with our other contributions on performance, security and in-teroperability, allows a better and more realistic deployment of NDN, especially with an easier development of new features, a network running on standard hardware, and the flexibility allowed by this kind of architecture.

L’eau est une ressource vitale, indispensable à la vie sur terre. A l’instar de nombreuses autres ressources naturelles, l’eau propre à la consommation est soumise à une forte pression à cause de l’impact de l’activité humaine d’une part et de l’augmentation continue de la population mondiale d’autre part. Une pression tellement forte que l’eau propre représente l’un des 17 objectifs de développement durable des Nations Unies. Dans ce contexte, une gestion rationnelle et durable de la ressource s’avère indispensable. Dans ce but, un système intelligent de supervision des réseaux d’eau potable peut s’avérer très utile. Les systèmes existant sont toutefois peu intégrés et compacts, nécessitent souvent une alimentation externe, et restent relativement chers pour un déploiement massif sur les réseaux. La présente thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet de recherche européen, PROTEUS, visant à pallier ces différents problèmes en mettant au point un système de mesure pour la supervision de la ressource en eau permettant la mesure de 9 paramètres physico-chimiques, reconfigurable, et énergétiquement autonome. La contribution de la présente thèse à ce projet porte sur la conception et l’optimisation des différents capteurs physiques (conductivité électrique, pression, température et débit) ainsi qu’à leur co-intégration sur une même puce. Le système proposé montre des performances au moins égales à celle de l’état de l’art en ce qui concerne la robustesse, assurée par la redondance de nombreux éléments sensibles, le domaine de sensibilité et la consommation énergétique. Le présent manuscrit est par conséquent construit comme suit : le premier chapitre est une introduction générale à la supervision de grandeurs environnementales et à la puce multi-capteurs. Le second chapitre décrit la structure de la puce multi-capteurs ainsi que les méthodes de fabrication utilisées, avec une attention particulière accordée aux capteurs de pression et de conductivité électrique. Le troisième chapitre porte sur l’utilisation de résistances électriques pour la mesure de diverses grandeurs physiques, notamment la température. Le dernier chapitre s’attarde plus particulièrement sur l’utilisation de ce type de résistances pour la mesure de débit avant de conclure et de proposer des perspectives pour des travaux futurs / Water is a vital element for every living being on the earth. Like many other dwindling natural resources, clean water faces a strong pressure because of human activity and the rapid growth of global population. The situation is so critical that clean water has been identified as one of the seventeenth sustainable development goals of the United Nations. Under these conditions, a sustainable management of water resources is necessary. For this purpose, a smart solution for water networks monitoring can be very helpful. However, commercially available solutions lack compactness, self-powering capabilities cost competitiveness, necessary to enable the large rollout over water networks. The present thesis takes place in the framework of a European research project, PROTEUS, which addresses these different problems by designing and fabricating a multi-parameter sensor chip (MPSC) for water resources monitoring. The MPSC enables the measurement of 9 physical and chemical parameters, is reconfigurable and self-powered. The present thesis addresses more precisely physical sensors, their design, optimization and co-integration on the MPSC. The developed device exhibits state of the art or larger performances with regard to its redundancy, turn-down ratio and power consumption. The present manuscript is split into two main parts: Part-I and Part-II. Part-I deals with non-thermal aspects of the MPSC, the pressure and conductivity sensor for instance, as well as the fabrication process of the whole device (Chapter 1 and 2). The background of environmental monitoring is presented in Chapter 1 along with the State of Art review. Chapter 2 describes fabrication methods of the MPSC. Preliminary characterization results of non-thermal sensors are also reported in this chapter. Chapter 3 and 4, included in Part-II, deal with thermal sensors (temperature and flow-rate). Chapter 3 describes the many possible uses of electric resistances for sensing applications. Finally, in chapter four, we focus on flowrate sensors before concluding and making a few suggestions for future works

Avec les progrès dans les communications sans fil, le réseau maillé sans fils (WMN) est apparu comme une solution à la couverture et à la capacité limitée des réseaux d'infrastructure. Un WMN est un réseau ad-hoc multi-sauts dans lequel les routeurs participants acheminent le trafic pour le compte de tiers. Malgré les avantages et l'efficacité accrue de nombreuses applications, plusieurs problèmes doivent encore être résolus, notamment des facteurs critiques influant sur les performances des WMNs tels que l'évolutivité, la stabilité de la connectivité réseau, la qualité de service, la sécurité et les problèmes d'interférence. Face à ce défi, cette thèse explore une nouvelle approche des réseaux, à savoir le concept de réseau défini par logiciel (SDN). Dans une configuration SDN, l'intelligence située au niveau des périphériques réseau est déplacée dans une entité centrale communément appelée le contrôleur SDN. Dans cette architecture, le contrôleur SDN prend toutes les décisions et dicte à chaque périphérique réseau comment router les flux de données. Dans cette thèse, l'accent est mis sur l'évaluation des améliorations de la gestion de réseau que SDN pourrait apporter aux WMNs. En particulier, nous avons analysé et déterminé le type de granularité de contrôle SDN envisageable pour ce type de réseaux ainsi que les solutions techniques permettant de mettre en œuvre ce concept pour de meilleures performances. / With advances in wireless communications, Wireless Mesh Network (WMN) has emerged as one solution to the limited coverage and capacity of infrastructure networks. A WMN is a multihop ad-hoc network where participating routers forward traffic on behalf of others. Despite the advantages and increased efficiency in many applications, several challenges still need to be solved and especially critical factors influencing the performance of WMNs such as scalability, network connectivity steadiness, Quality of Service (QoS), security, and interference problems. In the face of this challenge, this thesis explores a new approach for networks, namely the concept of Software-Defined Network (SDN). In an SDN configuration, the intelligence located at network devices level is moved within a central entity commonly referred to as the SDN controller. In this architecture, the SDN controller takes all decisions and dictates to each network device how to route data flows. In this thesis, the focus is on evaluating network management improvements that SDN could make in WMNs. Particularly, we analyzed and determined what kind of SDN control granularity that could be envisaged for this type of networks as well as the technical solutions to implement this concept for better performance.

Les attaques cybernétiques causent une perte importante non seulement pour les utilisateurs finaux, mais aussi pour les fournisseurs de services Internet (FAI). Récemment, les clients des FAI ont été la cible numéro un de cyber-attaques telles que les attaques par déni de service distribué (DDoS). Ces attaques sont favorisées par la disponibilité généralisée outils pour lancer les attaques. Il y a donc un besoin crucial de contrer ces attaques par des mécanismes de défense efficaces. Les chercheurs ont consacré d’énormes efforts à la protection du réseau contre les cyber-attaques. Les méthodes de défense contiennent d’abord un processus de détection, complété par l’atténuation. Le manque d’automatisation dans tout le cycle de détection à l’atténuation augmente les dégâts causés par les cyber-attaques. Cela provoque des configurations manuelles de périphériques l’administrateur pour atténuer les attaques affectent la disponibilité du réseau. Par conséquent, il est nécessaire de compléter la boucle de sécurité avec un mécanisme efficace pour automatiser l’atténuation. Dans cette thèse, nous proposons un cadre d’atténuation autonome pour atténuer les attaques réseau qui visent les ressources du réseau, comme par les attaques exemple DDoS. Notre cadre fournit une atténuation collaborative entre le FAI et ses clients. Nous utilisons la technologie SDN (Software-Defined Networking) pour déployer le cadre d’atténuation. Le but de notre cadre peut se résumer comme suit : d’abord, les clients détectent les attaques et partagent les informations sur les menaces avec son fournisseur de services Internet pour effectuer l’atténuation à la demande. Nous développons davantage le système pour améliorer l’aspect gestion du cadre au niveau l’ISP. Ce système effectue l’extraction d’alertes, l’adaptation et les configurations d’appareils. Nous développons un langage de politique pour définir la politique de haut niveau qui se traduit par des règles OpenFlow. Enfin, nous montrons l’applicabilité du cadre par la simulation ainsi que la validation des tests. Nous avons évalué différentes métriques QoS et QoE (qualité de l’expérience utilisateur) dans les réseaux SDN. L’application du cadre démontre son efficacité non seulement en atténuant les attaques pour la victime, mais aussi en réduisant les dommages causés au trafic autres clients du FAI / Cyber attacks cause significant loss not only to end-users, but also Internet Service Providers (ISP). Recently, customers of the ISP have been the number one target of the cyber attacks such as Distributed Denial of Service attacks (DDoS). These attacks are encouraged by the widespread availability of tools to launch the attacks. So, there is a crucial need to counter these attacks (DDoS, botnet attacks, etc.) by effective defense mechanisms. Researchers have devoted huge efforts on protecting the network from cyber attacks. Defense methodologies first contains a detection process, completed by mitigation. Lack of automation in the whole cycle of detection to mitigation increase the damage caused by cyber attacks. It requires manual configurations of devices by the administrator to mitigate the attacks which cause the network downtime. Therefore, it is necessary to close the security loop with an efficient mechanism to automate the mitigation process. In this thesis, we propose an autonomic mitigation framework to mitigate attacks that target the network resources. Our framework provides a collaborative mitigation strategy between the ISP and its customers. The implementation relies on Software-Defined Networking (SDN) technology to deploy the mitigation framework. The contribution of our framework can be summarized as follows: first the customers detect the attacks and share the threat information with its ISP to perform the on-demand mitigation. We further develop the system to improve the management aspect of the framework at the ISP side. This system performs the alert extraction, adaptation and device configurations. We develop a policy language to define the high level policy which is translated into OpenFlow rules. Finally, we show the applicability of the framework through simulation as well as testbed validation. We evaluate different QoS and QoE (quality of user experience) metrics in SDN networks. The application of the framework demonstrates its effectiveness in not only mitigating attacks for the victim, but also reducing the damage caused to traffic of other customers of the ISP

Les réseaux de télécommunications deviennent de plus en plus complexes, notamment de par la multiplicité des technologies mises en oeuvre, leur couverture géographique grandissante, la croissance du trafic en quantité et en variété, mais aussi de par l' évolution des services fournis par les opérateurs. Tout ceci contribue à rendre la gestion de ces réseaux de plus en plus lourde, complexe, génératrice d'erreurs et donc coûteuse pour les opérateurs. On place derrière le terme réseaux autonomiques l'ensemble des solutions visant à rendre la gestion de ce réseau plus autonome. L'objectif de cette thèse est de contribuer à la réalisation de certaines fonctions autonomiques dans les réseaux de télécommunications. Nous proposons une stratégie pour automatiser la gestion des pannes tout en couvrant les différents segments du réseau et les services de bout en bout déployés au-dessus. Il s'agit d'une approche basée modèle qui adresse les deux difficultés du diagnostic basé modèle, à savoir: a) la façon d'obtenir un tel modèle, adapté à un réseau donné à un moment donné, en particulier si l'on souhaite capturer plusieurs couches et segments réseau et b) comment raisonner sur un modèle potentiellement énorme, si l'on veut gérer un réseau national par exemple. Pour répondre à la première diffculté, nous proposons un nouveau concept : l'automodélisation, qui consiste d'abord à construire les différentes familles de modèles génériques, puis à identifier à la volée les instances de ces mod èles qui sont déployées dans le réseau géré. La seconde diffculté est adressée grâce à un moteur d'auto-diagnostic actif, basé sur le formalisme des réseaux Bayesiens et qui consiste à raisonner sur un fragment du modèle du réseau qui est augmenté progressivement en utilisant la capacite d'automodélisation: des observations sont collectées et des tests réalisés jusqu'à ce que les fautes soient localisées avec précision. Cette approche de diagnostic actif a été expérimentée pour réaliser une gestion multi-couches et multi-segments des alarmes dans un reseau IMS (IP Multimedia Subsystem).