Dans les dernières années, l’utilisation d’Internet a sensiblement changé en passant d’un modèle de communication centré sur les machines á un centré sur les contenus. La plus part de services utilisés par les clients d’Internet aujourd’hui sont déjà centré sur les contenus même et pas sur leurs emplacement. Dans ce contexte, beaucoup de projets de recherche proposent un changement de l’architecture de l’Internet, en mettent des contenu identifié par leur nom au centre du réseau. Ce group de proposition est identifiés sous le nom de Information Centric Networking (ICN). Cette thèse se focalise sur la proposition Content-Centric Network (CCN). Dans une premier temps, nous analysons les performance du modèle de communication CCN en se concentrent sur le partage de la bande passante et de la mémoire et en proposant des formules pour la caractérisation du temps de transfert. Deuxièmement, nous proposons un protocole de contrôle de congestion et des mécanismes de forwarding pour CCN. En particulier on présent un premier mécanisme de contrôle de congestion, Interest Control Protocol (ICP), qui utilise une fenêtre contrôlé avec le mécanisme Additive Increase Multiplicative Decrease au récepteur. En complément avec ça, nous présentons un mécanisme distribué (hop-by-hop) pour obtenir une détection/réaction à la congestion plus rapide. Nous proposons aussi une modification d'ICP en implémentant le mécanisme Remote Adaptive Active Queue Management pour exploiter efficacement le multi-chemin. En fin, nous présentons un mécanisme de forwarding distribué qui base ses décisions sur des mesure de qualité d’interface par chaque préfixe disponible dans les tableaux de routage. / The advent of the World Wide Web has radically changed Internet usage from host-to-host to service access and data retrieval. The majority of services used by Internet’s clients are content-centric (e.g. web). However, the original Internet revolves around host-to-host communication for which it was conceived. Even if Internet has been able to address the challenges offered by new applications, there is an evident mismatch between the architecture and its current usage. Many projects in national research agencies propose to redesign the Internet architecture around named data. Such research efforts are identified under the name of Information Centric Networking. This thesis focuses on the Content-Centric Networking (CCN) proposition. We first analyze the CCN communication model with particular focus on the bandwidth and storage sharing performance, We compute closed formulas for data delivery time, that we use in the second part of the thesis as guideline for network protocol design. Second, we propose some CCN congestion control and forwarding mechanisms. We present a first window based receiver driven flow control protocol, Interest Control Protocol (ICP). We also introduce a hop-by-hop congestion control mechanism to obtain early congestion detection and reaction. We then extend the original ICP congestion control protocol implementing a Remote Adaptive Active Queue Management mechanism in order to efficiently exploit heterogeneous (joint/disjoint) network paths. Finally, we introduce a distributed forwarding mechanism that bases its decisions on per prefix and per interface quality measurement without impacting the system scalability.

Au cours des dernières années, les fournisseurs de contenu ont connu une forte augmentation des demandes de contenus vidéo et de services riches en média. Compte tenu des limites de la mise à l'échelle du réseau et au-delà des réseaux de diffusion de contenu, les fournisseurs de services Internet développent leurs propres systèmes de mise en cache afin d'améliorer la performance du réseau. Ces facteurs expliquent l'enthousiasme à l'égard du concept de réseau centré sur le contenu et de sa fonction de mise en cache en réseau. La quantification analytique de la performance de la mise en cache n'est toutefois pas suffisamment explorée dans la littérature. De plus, la mise en place d'un système de caching efficace au sein d'une infrastructure réseau est très complexe et demeure une problématique ouverte. Pour traiter ces questions, nous présentons d'abord dans cette thèse un modèle générique et précis de cache nommé MACS (Markov chain-based Approximation of Caching Systems) qui peut être adapté très facilement pour représenter différents schémas de mise en cache et qui peut être utilisé pour calculer différentes mesures de performance des réseaux multi-cache. Nous avons ensuite abordé le problème de l'allocation des ressources de cache dans les réseaux avec capacité de caching. Moyennant notre outil analytique MACS, nous présentons une approche permettant de résoudre le compromis entre différentes mesures de performance en utilisant l'optimisation multi-objectif et nous proposons une adaptation de la métaheuristique GRASP pour résoudre le problème d'optimisation. / In the last few years, Content Providers (CPs) have experienced a high increase in requests for video contents and rich media services. In view of the network scaling limitations and beyond Content Delivery Networks (CDNs), Internet Service Providers (ISPs) are developing their own caching systems in order to improve the network performance. These factors explain the enthusiasm around the Content-Centric Networking (CCN) concept and its in-network caching feature. The analytical quantification of caching performance is, however, not sufficiently explored in the literature. Moreover, setting up an efficient caching system within a network infrastructure is very complex and remains an open problem. To address these issues, we provide first in this thesis a fairly generic and accurate model of caching nodes named MACS (Markov chain-based Approximation of Caching Systems) that can be adapted very easily to represent different caching schemes and which can be used to compute different performance metrics of multi-cache networks. We tackled after that the problem of cache resources allocation in cache-enabled networks. By means of our analytical tool MACS, we present an approach that solves the trade-off between different performance metrics using multi-objective optimization and we propose an adaptation of the metaheuristic GRASP to solve the optimization problem.