Cette thèse a été motivée par le développement des réseaux à très haut débit (au-delà de 1 Gb/s). Nous avons étudié comment ce type de réseaux peut changer les concepts et les protocoles utilisés actuellement. Nous avons considéré deux problèmes : le premier est le multihoming : la possibilité pour un hôte de bénéficier de plusieurs connexions simultanées aux fournisseurs d'accès, et le deuxième la distribution de contenu. Nous avons étudié le nouveau protocole de niveau transport SCTP et proposé des extensions qui permettent d'augmenter les performances et la fiabilité de communication grâce au multi-accès. Le protocole SCTP et les extensions proposées ont été testés et validés sur le réseau à très haut débit VTHD++. Pour le deuxième problème, nous avons conçu et prototypé un protocole de diffusion de contenu basé sur la notion d'inondation. Grâce au routage par contenu proposé pour le protocole, le contenu peut être livré aux consommateurs sans connaître leur localisation.

Le but de cette thèse est d’étudier et d’évaluer le rôle de la virtualisation des réseau de diffusion de contenu. Nous proposons une implémentation d’une architecture CDN permettant à un opérateur de réseau de virtualiser son infrastructure CDN et de la louer à des fournisseurs de contenu. Afin d’avoir une allocation optimale des ressources, nous proposons une méthode qui combine les informations fournies lors de la demande par le fournisseur de contenu avec les données du réseau et de l’infrastructure de calcul. Nous avons modélisé ce problème d’allocation de ressources en problème d’optimisation, résolu par un algorithme. Les résultats obtenues donnent suite à la proposition d’algorithmes et d’heuristiques de placement pour l’allocation conjointe de vCPU-à-VM et le placement des VMs dans les Pms. / The goal of this thesis is to study and evaluate the role a Virtual CDNs in improving the end-users QoE while saving on service providers’ costs and service availability. First, we present the design and implementation of an architecture for on-demand deployment of a vCDN infrastructure over a telco cloud. Second, we propose different algorithms for solving the Virtual Network Function (VNF) placement problem. We propose a polynomialtime heuristic algorithms to solve a relaxed version of the problem’s assumptions, we show experimentally that the derived solutions are close to the optimal. Finally, we study and evaluate solutions for the placement of VNF at the edge, by moving from the traditional central cloud to the edge one. We have also shown how our method can reduce delays and still provide a highly-available service.

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.

Le multicast fiable est certainement la solution la plus efficace pour la distribution de contenu via un<br />tres grand nombre (potentiellement des millions) de recepteurs. Dans cette perspective les protocoles<br />ALC et FLUTE, standardises via l'IETF (RMT WG), ont ete adoptes dans 3GPP/MBMS et dans le<br />DVB-H IP-Datacast dans les contextes des reseaux cellulaires 3G.<br />Ce travail se concentre sur le multicast fiable et a comme requis principal le passage l'echelle massif<br />en terme de nombre de clients. Cette these se base sur les solutions proposees via l'IETF RMT WG.<br />Ces protocoles de multicast fiable sont construit autour de plusieurs briques de base que nous avons<br />etudie en detail:<br />* La brique Forward Error Correction (FEC) :<br />Nous examinons la classe de codes grands blocs Low Density Parity Check (LDPC). Nous concevons<br />des derivees de ces codes, et les analysons en detail. Nous en concluons que les codes<br />LDPC et leur implementation ont des performances tres prometteuses, surtout si ils sont utilisees<br />avec des fichiers de taille importante.<br />* La brique controle de congestion :<br />Nous examinons le comportement dans la phase de demarrage de trois protocoles de controle de<br />congestion RLC, FLID-SL, WEBRC. Nous demontrons que la phase de demarrage a un grand<br />impact sur les performances de telechargement.<br />Cette these a aussi plusieurs contributions au niveau applicatif:<br />* Extensions de FLUTE :<br />Nous proposons un mecanisme permettant d'agreger plusieurs fichiers dans le protocole FLUTE.<br />Ceci ameliore les performance de transmission.<br />* Streaming video :<br />Nous proposons SVSoA, une solution de streaming base sur ALC. Cette approche beneficie de<br />tout les avantages de ALC en terme de passage a l'echelle, controle de congestion et corrections<br />d'erreurs.<br /><br />Mots cles : Multicast fiable, FLUTE, ALC, codes correcteur d'erreurs, Forward Error Correction<br />(FEC), Low Density Parity Check (LDPC) Codes, diffusion de contenu

L’objectif de cette thèse est de présenter de nouveaux algorithmes de répartition des ressources sous la forme de machines virtuelles (VMs) et fonction de réseau virtuel (VNFs) dans les Clouds et réseaux de diffusion de contenu (CDNs). La thèse comprend deux principales parties: la première se concentre sur la rentabilité des Clouds distribués, et développe ensuite les raisons d’optimiser les coûts ainsi que les émissions de carbone. Cette partie comprend quatre contributions. La première contribution est une étude de l’état de l’art sur la répartition des coûts et des émissions de carbone dans les environnements de clouds distribués. La deuxième contribution propose une méthode d’allocation des ressources, appelée NACER, pour les clouds distribués. La troisième contribution présente une méthode de placement VM efficace en termes de coûts et de carbone (appelée CACEV) pour les clouds distribués verts. Pour obtenir une meilleure performance, la quatrième contribution propose une méthode dynamique de placement VM (D-CACEV) pour les clouds distribués. La deuxième partie propose des algorithmes de placement de VNFs dans les Clouds et réseaux de CDNs pour optimiser les coûts. Cette partie comprend cinq contributions. Une étude de l’état de l’art sur les solutions proposées est le but de la première contribition. La deuxième contribution propose une méthode d’allocation des ressources, appelée CCVP, pour le provisionnement de service réseau dans les clouds et réseaux de ISP. La troisième contribution implémente le résultat de l’algorithme CCVP dans une plateforme réelle. La quatrième contribution considère l’effet de la permutation de VNFs dans les chaîne de services et la cinquième contribution explique le placement de VNFs pour les services à valeur ajoutée dans les CDNs / High energy costs and carbon emissions are two significant problems in distributed computing domain, such as distributed clouds and Content Delivery Networks (CDNs). Resource allocation methods (e.g., in form of Virtual Machine (VM) or Virtual Network Function (VNF) placement algorithms) have a direct effect on cost, carbon emission and Quality of Service (QoS). This thesis includes three related parts. First, it targets the problem of resource allocation (i.e., in the form of network aware VM placement algorithms) for distributed clouds and proposes cost and carbon emission efficient resource allocation algorithms for green distributed clouds. Due to the similarity of the network-aware VM placement problem in distributed clouds with a VNF placement problem, the second part of the thesis, getting experience from the first part, proposes a new cost efficient resource allocation algorithm (i.e., VNF placement) for network service provision in data centers and Internet Service Provider (ISP) network. Finally, the last part of the thesis presents new cost efficient resource allocation algorithms (i.e., VNF placement) for value-added service provisioning in NFV-based CDNs

Le trafic vidéo s’est considérablement accru et est prévu de doubler pour représenter 82% du trafic Internet d’ici 2021. Une telle croissance surcharge les fournisseurs de services Internet (ISP), nuisant à la Qualité d’Expérience (QoE) perçue par les utilisateurs. Cette thèse vise à améliorer la QoE des utilisateurs de streaming vidéo sans hypothèse de changement d’infrastructure physique des opérateurs. Pour cela, nous combinons les technologies de caching réseau, de streaming HTTP adaptatif (HAS), et de transport multipath. Nous explorons d’abord l’interaction entre HAS et caching, pour montrer que les algorithmes d’adaptation de qualité vidéo ont besoin de savoir qu’il y a un cache et ce qui y est stocké, et proposons des algorithmes bénéficiant de cette connaissance. Concluant sur la difficulté d’obtenir la connaissance de l’état du cache, nous étudions ensuite un système de distribution vidéo à large échelle, où les caches sont représentés par un réseau de distribution du contenu (CDN). Un CDN déploie des caches à l’intérieur des réseaux des ISP, et dispose de ses propres serveurs externes. L’originalité du problème vient de l’hypothèse que nous faisons que l’utilisateur est simultanément connecté à 2 ISP. Ceci lui permet d’accéder en multipath aux serveurs externes aux ISP (pouvant ainsi accroître le débit mais chargeant plus les ISP), ou streamer le contenu depuis un cache plus proche mais avec un seul chemin. Ce désaccord entre les objectifs du CDN et de l’ISP conduit à des performances sous-optimales. Nous développons un schéma de collaboration entre ISP et CDN qui permet de nous rapprocher de l’optimal dans certains cas, et discutons l’implémentation pratique. / Video traffic volume grew considerably in recent years and is forecasted to reach 82% of the total Internet traffic by 2021, doubling its net volume as compared to today. Such growth overloads Internet Service Providers' networks (ISPs), which negatively impacts users' Quality of Experience (QoE). This thesis attempts to tackle the problem of improving users' video QoE without relying on network upgrades. For this, we have chosen to combine such technologies as in-network caching, HTTP Adaptive Streaming (HAS), and multipath data transport. We start with exploration of interaction between HAS and caching; we confirm the need of cache-awareness in quality adaptation algorithms and propose such an extension to a state-of-the-art optimisation-based algorithm. Concluding on the difficulty of achieving cache-awareness, we take a step back to study a video delivery system on a large scale, where in-network caches are represented by Content Delivery Networks (CDNs). They deploy caches inside ISPs and dispose of their own outside video servers. As a novelty, we consider users to have a simultaneous connectivity to several ISP networks. This allows video clients either to access outside multipath servers with aggregate bandwidth (which may increase their QoE, but will also bring more traffic into ISP), or stream their content from a closer cache through only single connectivity (bringing less traffic into ISP). This disagreement in ISP and CDN objectives leads to suboptimal system performance. In response to this, we develop a collaboration scheme between two actors, performance of which can approach optimal boundary for certain settings, and discuss its practical implementation.