Dans cette thèse, nous étudions le routage multicast tout optique (AOMR) dans les réseaux WDM. Notre objectif est de trouver un ensemble de structures de diffusion, par exemple un arbre optique ou une forêt optique, pour distribuer des messages multicast vers toutes les destinations en même temps, soit en tenant compte du délai de bout en bout et du stress des liens soit en minimisant le coût total ou le budget en puissance. En ce qui concerne l'AOMR qui tient compte à la fois du délai et du stress des liens, un algorithme efficace évitant les nœuds de branchement ne pouvant pas dupliquer la lumière dans des arbres optiques est proposé. Cet algorithme améliore le délai de bout en bout sur les arbres optiques et trouve un bon compromis entre le délai, le stress des liens et le coût total. En ce qui concerne l'AOMR qui considère la puissance, un nouveau modèle plus précis et plus réaliste de la perte de puissance est introduit lors de la mise en œuvre d'une session multicast. Il distingue deux types de perte de puissance : la partie ponctionnée par les nœuds optiques intermédiaires pour un éventuel monitorage et la partie ponctionnée par les destinations pour la récupération des messages multicast. Basé sur ce nouveau modèle, nous proposons un calcule des arbres optiques optimisant la puissance de l'émetteur réalisé à partir d'une programmation linéaire mixte en nombres d'entiers (MILP). Pour y parvenir, un ensemble d'équations linéaires est introduit pour remplacer les équations non-linéaires induites par les coupleurs optiques. Pour analyser les algorithmes heuristiques de l'AOMR et évaluer leurs performances, nous proposons une analyse mathématique des résultats. Dans notre analyse, nous établis- sons les bornes de coût des routes et les ratios d'approximation des algorithmes dans les réseaux maillés WDM pondérés et non-pondérés. Pour le routage multicast optique de coût minimal, une nouvelle structure appelée hiérarchie optique est proposée. Il est prouvé que la structure optimale n'est pas toujours un arbre optique, mais une hiérarchie optique. Le calcul de la hiérarchie optique est modélisé sous forme d'une ILP. Ce calcul exact permet d'obtenir la solution optimale pour les petites instances. Dans les réseaux WDM à grande échelle, une heuristique efficace utilisant une stratégie de renouvellement du graphe est proposée. Les résultats de simulation justifient l'emploi de la hiérarchie optique pour l'AOMR dans les réseaux WDM avec une capacité clairsemée de duplication.

Au cours des dernières années, le trafic réseau nécessitant une qualité de service (QoS) a augmenté de façon exponentielle. Dans cette thèse, notre objectif est de trouver des routages dans les réseaux câblés et sans fil en prenant en compte les contraintes liées à la QoS et en minimisant le coût de la communication. Nous nous intéressons tout d’abord à la résolution du problème du chemin multi-contraint (MCP) pour lequel un algorithme exact efficace est proposé. Cet algorithme permet d'améliorer le temps d'exécution tout en maintenant la qualité de la solution. En ce qui concerne le problème de la diffusion multipoint (multicast) multi-contraint de coût minimal (MCMCM), une nouvelle formulation utilisant la Programmation Linéaire en Nombres Entiers est proposée. Elle permet de calculer les hiérarchies optimales, structures les plus pertinentes pour résoudre de manière exacte le problème MCMCM. Un algorithme de prétraitement efficace est également conçu pour accélérer le temps de résolution dans les réseaux de grande taille. En ce qui concerne le problème du routage avec QoS dans les « Low Power et Lossy Networks » (LLN), une solution basée sur une nouvelle fonction objective est présentée. Cette solution minimisant une longueur non linéaire est la première à prendre en compte un nombre quelconque de contraintes pour le routage avec QoS. Nous avons conçu un algorithme exact et deux algorithmes de routage heuristique pour résoudre ce problème dans les réseaux LLN avec QoS. / In recent years, the network traffic requiring Quality of Service (QoS) has been growing explosively. In this thesis, we study the multi-constrained QoS routing in networks. The objective is to find routes in wired and wireless networks taking into account constraints related to the QoS and minimizing the cost of the communication. We present several propositions. To solve the Multi-Constrained Path problem (MCP), an efficient exact algorithm is proposed. This algorithm is shown to be able to improve the execution time while maintaining the quality of the solution. Concerning the Multi-Constrained Multicast Minimum Cost problem (MCMCM), a new Integer Linear Programming (ILP) formulation is proposed to compute hierarchies, which are the exact solutions for MCMCM. An efficient preprocessing-based algorithm is also designed to accelerate the resolution time in large size networks. Regarding the problem of QoS routing in Low Power and Lossy Networks (LLNs), a new Objective Function (OF)-based solution is presented. This solution uses a non-linear length function. It is the first that takes into account any number of metrics and constraints for QoS routing. We designed an exact and two heuristic routing algorithms with QoS constraints for LLNs.

Le multicast est un mécanisme efficace qui permet à un grand nombre de récepteurs de recevoir le même contenu puisqu'un paquet traverse une fois et une seule un lien donné. Le multicast a été étudié de longue date et pourtant à ce jour aucun déploiement à grande échelle n'a eu lieu. Aujourd'hui l'une des raisons du non déploiement du multicast auprès des opérateurs de réseaux est la problématique de la sécurité. Or, deux niveaux complémentaires de sécurité doivent être considérés : (1) la sécurité applicative qui est essentiellement la préoccupation des clients finaux et les fournisseurs de contenu, et (2) la sécurité de l'infrastructure de routage multicast, qui est la préoccupation de l'opérateur de réseau. <br />Ce travail considère la sécurité de l'infrastructure multicast du point de vue de l'opérateur de réseau. Or, l'opérateur est essentiellement concerné par un problème de « continuité de service en toutes circonstances », même dans le cas ou son réseau est victime d'une attaque.<br />Dans cette thèse nous identifions les attaques possibles, nous les classons selon leur dangerosité pour l'opérateur, et identifions divers mécanismes de sécurité pour y faire face. Cette étude révèle que l'infrastructure est fortement vulnérable aux attaques DoS consommant les ressources de réseau, ce dernier devenant alors lent voir indisponible. Ces attaques sont faciles à lancer de la périphérie de réseau (intentionnellement ou non) en utilisant les protocoles de gestion de groupe IGMP/MLD. Notre étude révèle également les limites des approches proposées pour répondre à ces attaques. A la lumière de l'analyse détaillée de la problématique, des vulnérabilités, et des solutions actuelles, nous proposons une nouvelle approche pour aider le réseau de l'opérateur à se défendre contre les attaques basées sur IGMP ou MLD. Notre proposition suit une approche pragmatique et flexible, qui garantit qu'elle sera facilement déployée dans les infrastructures existantes, et vise également à protéger les clients légitimes en cas d'attaque.

Au cours de la dernière décennie, le trafic dans les réseaux a connu une croissance explosive en double environ tous les trente trois mois. Les sources à l'origine de cette croissance proviennent de nombreuses applications à grande vitesse qui impliquent la transmission de données dans des groupes de multicast. Pour réaliser la multicast optique, les routeurs optiques peuvent avoir des répartiteurs de lumière spéciaux pour diviser des signaux lumineux et des convertisseurs de longueur d'onde pour modifier les longueurs d'onde où c'est nécessaire. Cependant, la division réduit l'énergie du signal qui nécessite alors une amplification ou une régénération qui nécessitent du matériel coûteux. Les convertisseurs de longueurs d'onde aussi ne sont pas suffisamment matures pour être largement déployés dans les technologies optiques actuelles. Par conséquent, dans les réseaux tout-optique, les unités de transformation des routeurs sont souvent hétérogènes et les algorithmes de routage doivent en tenir compte tout en parvenant à des solutions de compromis coût-performances qui satisfassent les exigences de bande passante et les contraintes optiques.Dans cette thèse, nous étudions les problème de routage multicast tout-optique (AOMR) dans les réseaux tout-optique hétérogènes. L'hétérogénéité provient principalement de l'absence / présence de séparateurs de lumière et de convertisseurs de longueur d'onde et de la répartition inégale des longueurs d'onde dans les liens du réseau. En général, les problèmes de AOMR sont NP-difficiles. L'objectif de la thèse est d'analyser et de formuler les problèmes sous différentes contraintes optiques, pour rechercher des solutions optimales ou proposer des heuristiques efficaces. Les deux contextes possibles, la demande unique ou multiple de multicast, sont examinés. Toutes les propositions présentées dans la thèse sont validées par des simulations approfondies. Les principales contributions peuvent être résumées comme il suit.1) Nous identifions les structures des routes optimales pour les problèmes de l'AOMR dans les réseaux WDM hétérogènes. Comme indiqué dans la thèse, les solutions optimales ne sont plus basées sur des arbres de lumière classiques, mais sur une structure arborescente plus générale appelée hiérarchie. Certaines formes de hiérarchie pour la multicast WDM sont des parcours optiques, des hiérarchies optiques, des hiérarchies-araignée optiques ou encore des ensembles de ces routes optiques. Les algorithmes exacts et les heuristiques proposés dans la thèse sont principalement basés sur les hiérarchies.2) Dans le cas du problème de multicast avec une seule demande dans des réseaux partiellement équipés de diviseurs de lumière, nous proposons une heuristique efficace dont les résultats font le compromis entre la consommation de longueur d'onde, le coût total, et le délai de bout-en-bout.3) Dans le même cas mais dans des réseaux non équipés de diviseurs de lumière, nous prouvons la NP-difficulté, exprimons les problèmes au moyen d'un programme linéaire (ILP) pour trouver les solutions exactes et proposons plusieurs heuristiques pour calculer de bonnes solutions.4) Pour le cas de demandes multicast multiples, nous nous concentrons sur les modèles de trafic statiques dans des réseaux partiellement équipés de diviseurs mais sans convertisseurs de longueur d'onde. Tout d'abord nous proposons une formulation ILP sur la base de hiérarchies optiques afin de rechercher la solution optimale. Ensuite, utilisant un modèle de graphe en couches, nous développons plusieurs heuristiques adaptatives pour calculer des hiérarchies optiques de solutions approximatives. Ces algorithmes adaptatifs surpassent les techniques de routage existants pour minimiser la probabilité de blocage.Dans l'ensemble, la thèse souligne que les solutions optimales pour les problèmes de l'AOMR considérés correspondent à des hiérarchies, que ce soit pour une seule demande ou des demandes multiples. / Over the past decade, network traffic levels experienced an explosive growth at about double amount in approximately every thirty months. The sources accounting for this growth come from numerous high-speed applications (e.g., video-on-demand, high-definition television) which involve the data transmission in multicast groups. To realize optical multicasting, optical routers should have light splitters to split light signals and wavelength converters to change the wavelengths wherever needed. However, the splitting reduces the energy of the output signal which in turn requires the costly power amplification or regeneration. Wavelength converters are also immature to be deployed widely in current optical technologies. Consequently, in all-optical networks, routers are often heterogeneous in their processing units, which challenges the routing. Therefore, it is crucial to design efficient multicast routing strategies at the backbone optical networks, in order to achieve cost-performance tradeoff solutions while satisfying the ever-increasing bandwidth demands and optical constraints.In this thesis, we investigate the all-optical multicast routing (AOMR) problems in heterogeneous optical networks. The heterogeneity mainly comes from the absence/presence of light splitters and wavelength converters and the uneven distribution of wavelengths in the network links. In general, AOMR problems are often NP-hard. The objective of the thesis is to analyze and formulate the problems, to search for the optimal solutions, and to propose efficient heuristics to solve the problems under different optical constraints. Both possible contexts, i.e., single-multicast request and multiple-multicast requests, are examined. All the reported results in the thesis are supported by extensive and careful simulations. The major contributions can be summarized as follows.1) We identify the optimal route structures for AOMR problems under heterogeneous mesh WDM networks. As shown in the thesis, the optimal solutions are no longer based on conventional light-trees, but a more general tree-like structure called hierarchy. Some forms of hierarchy realized for WDM multicasting are light-trails, light-hierarchies, light-spider hierarchies and a set of these light-structures. The exact and heuristic algorithms proposed in the thesis are mainly based on hierarchy. 2) For single-multicast with sparse-splitting case, we propose an efficient heuristic algorithm to produce a good tradeoff solution among wavelength consumption, channel total cost and end-to-end delay.3) For single-multicast with non-splitting case, we prove the NP-hardness, identify the optimal solution as a set of light-spider hierarchies, formulate the problems by means of Integer Linear Program (ILP) formulations to find the exact solution, and propose several cost-effective heuristic algorithms to compute the approximate solutions. 4) For the case with multiple-multicast requests, we focus on static traffic patterns under sparse-splitting without wavelength conversion case. First, an ILP formulation based on light-hierarchies is proposed to search for the optimal solution. By applying the layered graph model, we then develop several adaptive heuristic algorithms to compute light-hierarchies for approximate solutions. These adaptive algorithms outperform the existing fixed routing ones in minimizing the blocking probability. Overall, the thesis points out that the optimal solutions for heterogeneously constrained AOMR problems correspond to hierarchies, regardless of request multiplicity consideration.