L’augmentation constante de la consommation de vidéos par des services par contournement(Over-The-Top) met à mal l’architecture actuelle d’Internet. Alors qu’une écrasante majorité de labande passante aujourd’hui est allouée à la livraison de contenus, les acteurs de l’Internet, tels queles fournisseurs de contenus, les réseaux de distribution de contenus et les fournisseurs d’accès sontobligés d’optimiser leurs réseaux pour supporter la qualité d’expérience attendue par l’utilisateurfinal. Ces réseaux couteux et spécialisés participent à l’ossification de l’Internet, rendant l’évolutionde son architecture plus difficile à moyen terme. En effet, un choix trop spécifique de dimensionnementdes liens et de la localisation des middle-boxes peut être un frein à une mise à jour ultérieureen vue du support de nouveaux cas d’utilisation. Heureusement, les technologies de virtualisationrécemment promues par les grands opérateurs Internet, les vendeurs de solutions et les organismesde standardisation, permettent une réelle programmabilité du réseau et une plus grande versatilitédans les usages de nouveaux équipements. En effet, l’agilité apportée par ces technologies permet ledéploiement de Fonctions Réseaux Virtuelles (VNF, Virtual Network Functions) pouvant s’exécutersur des serveurs de série à bas coût. Quant au Software-Defined Networking , il rend possible unegestion du réseau logiquement centralisée permettant la programmation des commutateurs.L’objectif de cette thèse est de montrer comment la distribution de contenu peut être amélioréecollaborativement à l’aide de la programmabilité de réseaux. Tout d’abord, nous proposons CDNaaS,une solution complète de réseau de livraison de contenu déployée sur une plateforme de "fonctionsréseaux en tant que service" adoptée et évaluée à large échelle dans le cadre du projet Européen FP7T-NOVA. Nous précisons les interfaces, l’architecture et les choix de conception fait pour développerla plateforme afin de fournir performance, auto-dimensionnement et réutilisabilité. Puis, nous proposonsdeux modèles de collaboration permettant aux acteurs de la livraison de contenu de travaillerensemble afin d’augmenter la qualité d’expérience pour l’utilisateur final, tout en promouvant unecompétition saine et une répartition équilibrée de la valeur ajoutée. Finalement, nous étudions lesdéfis liés à l’allocation de ressources virtuelles dans le cas d’un service vCDN, et proposons plusieursheuristiques et algorithmes permettant l’optimisation du coût du service.Cette thèse ouvre la voie à une distribution de contenu collaborative permettant aux utilisateursd’accéder à leurs contenus avec un haut standard de qualité, tout en contribuant à un développementsain de l’Internet. / The constant rise of Over-The-Top video consumption nowadays challenges the current Internetarchitecture. As an overwhelming majority of the bandwidth today is dedicated to the deliveryof video contents, Internet actors such as Content Providers, Content Delivery Network, InternetService Providers are forced to optimize their networks to support the Quality of Experience expectedby the End-Users . Such costly specialized networks participate to the so-called "ossification" of theInternet whichmakes the architecture harder to update, as the placement and dimensioning of linksand middleboxes may be hard to change in the future to support new use cases. Fortunately, thetrend of Virtualizating and Softwarizing the networks pushed by major Telco operators, vendors andstandardization bodies has given hopes that the computing and networking infrastructure can beeasily re-purposed. The agility promoted by technologies such as Network Function Virtualizationand Software Defined Networking makes it possible for middleboxes to be deployed as VirtualNetwork Functions that can run on "commercial off-the-shelf" hardware while having the networkmanaged by a logically centralized controller deploying network configurations on programmableforwarding devices.The goal of this thesis is to show how content distribution can be collaboratively improved thanksto Network Softwarization. First, we propose CDN-as-a-Service (CDNaaS), a complete solution tovirtualize a Content Delivery Network on top of a VNF-as-a-Service platform, adopted and evaluatedat large scale in the FP7 T-Nova European project. We elaborate on the interfaces, architecture anddesign choices made to implement the platform to support performance, automatic scaling andre-usability. Then, we propose two collaboration models allowing the content delivery actors to workjointly on improving End-User Quality of experience while fostering a healthy competition and a fairbalance of revenue. Finally, we study the challenges of NFV resource allocation for the vCDN serviceand propose several heuristics and algorithms to optimize the proposed solution in a cost-effectiveway. This thesis paves the way towards a collaborative content distribution allowing End-Users toaccess their content with the highest standards while contributing to a sound development of theInternet.

Un content delivery network (CDN), ou réseau de diffusion de contenu, Sont considérés comme la solution potentielle pour délivrer le volume de contenu croissant. Bien que les solutions CDN soient progressivement intégrées à l'infrastructure réseau, elles montrent toujours des limites technologiques pour faire face au nombre croissant d'applications exigeantes et gourmande en bande passante. Dans cette thèse, la principale cible de nos contributions est le routage des requêtes, qui est un mécanisme de livraison de contenu qui a un impact clé sur l'échelle et la performance du CDN, ainsi que sur la qualité de l'expérience perçue par l'utilisateur.Nous présentons tout d'abord un schéma flexible et un algorithme d'optimisation, basé sur la théorie de Lyapunov, pour le routage des requêtes dans les CDN. Notre approche en ligne fournit une qualité de service stable aux clients, tout en améliorant les délais de livraison de contenu. Elle réduit également les coûts de transport des données pour les opérateurs et surpasse les techniques existantes en termes de gestion du trafic de pointe.Deuxièmement, pour surmonter les limites du mécanisme de redirection utilisé dans les solutions de routage de demandes, nous introduisons une nouvelle approche de diffusion de contenu intégrant des principes de réseau centré sur l'information ou Information-centric networking (ICN) sans nécessiter de changement dans le réseau sous-jacent. Cette solution améliore les performances de diffusion de contenu et permet la mise en œuvre de stratégies de routage de demandes rentables. / Today, many devices are capable to capture full HD videos and use their network connections to access the Internet. The popularization of these devices and continuous efforts to increase network quality has brought a proper environment for the rise of live streaming. Associated with the large scale of Users Generated Content (UGC), live streaming presents new challenges. Content Delivery Networks (CDN)are considered as the potential solution to deliver this rising content volume. Although CDN solutions are progressively integrated with the network infrastructure, they still show technological limitations in dealing with the increasing amount of bandwidth-hungry and demanding applications. In this thesis, the main target of our contributions is request routing, which is a content delivery mechanism that has a key impact on scale and performance of the CDN, as well as on the perceived Quality of Experience (QoE). First, we present a flexible scheme and an optimization algorithm, based on Lyapunov theory, for request routing in CDNs. Our online approach provides a stable quality of service to clients, while improving content delivery delays. It also reduces data transport costs for operators and outperforms existing techniques in terms of peak traffic management.Second, to overcome the limitations of the redirection mechanism used in current request routing solutions, we introduce a new approach to content delivery incorporating Information-Centric Networking (ICN) principles without requiring any change in the underlying network. This solution improves content delivery performance and enables the implementation of cost efficient request routing strategies.