La popularité croissante des applications Internet très gourmandes en bande passante (P2P, streaming,...) nous pousse à considérer le problème suivant :Comment construire des systèmes de communications collectives efficaces sur une plateforme à grande échelle ? Le développement de schéma de communications collectives dans le cadre d'un réseau distribué à grande échelle est une tâche difficile, qui a été largement étudiée et dont de multiples solutions ont été proposées. Toutefois, une nouvelle approche globale et systématique est nécessaire, une approche qui combine des modèles de réseaux et la conception algorithmique.Dans ce mémoire nous proposons l'utilisation de modèles capables de capturer le comportement d'un réseau réel et suffisamment simples pour que leurs propriétés mathématiques puissentêtre étudiées et pour qu'il soit possible de créer des algorithmesoptimaux. Premièrement, nous considérons le problème d'évaluation de la bande passante disponible pour une connexion point-à-point donnée. Nousétudions la façon d'obtenir des jeux de données de bande passante, utilisant plateforme PlanetLab. Nous présentons aussi nos propres jeux de données, jeux obtenus avec bedibe, un logiciel que nous avons développé. Ces données sont nécessaires pour évaluer les performances des différents algorithmesde réseau. Bien qu'on trouve de nombreux jeux de données de latence,les jeux de données de bande passante sont très rares. Nous présentons ensuite un modèle, appelé LastMile, qui estime la bande passante. En profitant des jeux de données décrits précédemment, nous montrons que cet algorithme est capable de prédire la bande passante entre deux noeuds donnés avec une précision comparable au meilleur algorithme connu de prédiction (DMF). De plus le modèle LastMile s'étend naturellement aux prédictions dans le scénario de congestion (plusieurs connexions partageant un même lien). Nous sommes effectivement en mesure de démontrer, à l'aide des ensembles de données PlanetLab, que la prédiction LastMile est préférable dans des tels scénarios.Dans le troisième chapitre, nous proposons des nouveaux algorithmes pour résoudre le problème de diffusion. Nous supposons que le réseau est modélisé par le modèle LastMile. Nous montrons que, sous cette hypothèse, nous sommes en mesure de fournir des algorithmes avec des ratios d'approximation élevés. De plus nous étendons le modèle LastMile, de manière à y intégrer des artéfacts de connectivité, dans notre cas ce sont des firewalls qui empêchent certains nœuds de communiquer directement entre eux. Dans ce dernier cas, nous sommes également en mesure de fournir des algorithmes d'approximation avec des garanties de performances prouvables. Les chapitres 1 à 3 forment les trois étapes accomplies de notre programme qui visent trois buts. Premièrement, développer à partir dezéro un modèle de réseau de communication. Deuxièmement, prouver expérimentalement sa performance. Troisièmement, montrer qu'il peut être utilisé pour développer des algorithmes qui résolvent les problèmes de communications collectives. Dans le 4e chapitre, nous montrons comment on peut concevoir dessystèmes de communication efficaces, selon différents modèles decoûts, en utilisant des techniques combinatoires,tout en utilisant des hypothèses simplificatrices sur la structure duréseau et les requêtes. Ce travail est complémentaire au chapitre précédent puisque auparavant, nous avons adopté l'hypothèse que les connectionsétaient autonomes (i.e. nous n'avons aucun contrôle sur le routage des connexions simples). Dans le chapitre 4, nous montrons comment résoudre le problème du routage économe en énergie, étant donnée une topologie fixée. / The increasing popularity of Internet bandwidth-intensive applications prompts us to consider followingproblem: How to compute efficient collective communication schemes on large-scale platform?The issue of designing a collective communication in the context of a large scale distributed networkis a difficult and a multi-level problem. A lot of solutions have been extensively studied andproposed. But a new, comprehensive and systematic approach is required, that combines networkmodels and algorithmic design of solutions.In this work we advocate the use of models that are able to capture real-life network behavior,but also are simple enough that a mathematical analysis of their properties and the design of optimalalgorithms is achievable.First, we consider the problem of the measuring available bandwidth for a given point-topointconnection. We discuss how to obtain reliable datasets of bandwidth measurements usingPlanetLab platform, and we provide our own datasets together with the distributed software usedto obtain it. While those datasets are not a part of our model per se, they are necessary whenevaluating the performance of various network algorithms. Such datasets are common for latencyrelatedproblems, but very rare when dealing with bandwidth-related ones.Then, we advocate for a model that tries to accurately capture the capabilities of a network,named LastMile model. This model assumes that essentially the congestion happens at the edgesconnecting machines to the wide Internet. It has a natural consequence in a bandwidth predictionalgorithm based on this model. Using datasets described earlier, we prove that this algorithm is ableto predict with an accuracy comparable to best known network prediction algorithm (DistributedMatrix Factorization) available bandwidth between two given nodes. While we were unable toimprove upon DMF algorithm in the field of point-to-point prediction, we show that our algorithmhas a clear advantage coming from its simplicity, i.e. it naturally extends to the network predictionsunder congestion scenario (multiple connections sharing a bandwidth over a single link). We areactually able to show, using PlanetLab datasets, that LastMile prediction is better in such scenarios.In the third chapter, we propose new algorithms for solving the large scale broadcast problem.We assume that the network is modeled by the LastMile model. We show that under thisassumption, we are able to provide algorithms with provable, strong approximation ratios. Takingadvantage of the simplicity and elasticity of the model, we can even extend it, so that it captures theidea of connectivity artifacts, in our case firewalls preventing some nodes to communicate directlybetween each other. In the extended case we are also able to provide approximation algorithmswith provable performance.The chapters 1 to 3 form three successful steps of our program to develop from scratch amathematical network communication model, prove it experimentally, and show that it can beapplied to develop algorithms solving hard problems related to design of communication schemesin networks.In the chapter 4 we show how under different network cost models, using some simplifyingassumptions on the structure of network and queries, one can design very efficient communicationschemes using simple combinatorial techniques. This work is complementary to the previous chapter in the sense that previously when designing communication schemes, we assumed atomicityof connections, i.e. that we have no control over routing of simple connections. In chapter 4 weshow how to solve the problem of an efficient routing of network request, given that we know thetopology of the network. It shows the importance of instantiating the parameters and the structureof the network in the context of designing efficient communication schemes.

La sécurité des services informatiques d'aujourd'hui dépend significativement de la bonne configuration des systèmes qui sont de plus en plus distribués. Au même temps, la gestion des configurations de sécurité est encore fortement basée sur des activités humaines, qui sont coûteuses et sujettes à erreurs. Au cours de la dernière décennie, il a été reporté à plusieurs reprises qu'une partie significative des incidents de sécurité et des pertes de données a été causée par des configurations incorrectes des systèmes. Pour résoudre ce problème, plusieurs techniques ont été proposées pour automatiser les tâches de gestion des configurations. Beaucoup d'entre elles mettent l'accent sur les phases de planification et de mise en œuvre, où les exigences et les politiques de sécurité abstraites sont conçues, harmonisées et transformées dans des configurations concrètes. Ces techniques nécessitent souvent d'opérer sur des politiques formelles ou très structurées qui se prêtent à un raisonnement automatisé, mais qui sont rarement disponibles dans la pratique. Cependant, moins d'attention a été consacrée aux phases de gestion de suivi et de changement des configurations, qui complètent les étapes précédentes en détectant et en corrigeant les erreurs afin d'assurer que les changements de configuration n'exposent pas le système à des menaces de sécurité. Les objectifs et les contributions de cette thèse se concentrent sur ce deuxième point de vue, de façon pragmatique sur la base des configurations de sécurité concrètes. En particulier, nous proposons trois contributions visant à analyser et à vérifier des configurations de sécurité / The security of nowadays IT services significantly depends on the correct configuration of increasingly distributed information systems. At the same time, the management of security configurations is still heavily centered on human activities, which are costly and prone to error. Over the last decade it has been repeatedly reported that a significant share of security incidents and data breaches are caused by inaccurate systems configuration. To tackle this problem, several techniques have been proposed to increase the automation in configuration management tasks. Many of them focus on planning and implementation, i.e., the phases where abstract security requirements and policies are elicited, harmonized, de-conflicted and transformed into concrete configurations. As such, these techniques often require formal or highly structured input policies amenable to automated reasoning, which are rarely available in practice. In contrast, less attention has been dedicated to the monitoring and change management phases, which complement the above steps by detecting and remediating configuration errors and by ensuring that configuration changes do not expose the system to security threats. The objectives and contributions of this thesis take the latter perspective and, as such, they pragmatically work on the basis of concrete security configurations. In particular, we propose three contributions that move from more concrete syntax-based configuration analysis towards increasingly abstract semantic reasoning

This dissertation investigates and introduces novel algorithms, theories, and supporting frameworks to significantly improve the growing problem of Internet security. A distributed firewall and active response architecture is introduced that enables any device within a cyber environment to participate in the active discovery and response of cyber attacks. A theory of semantic association systems is developed for the general problem of knowledge discovery in data. The theory of semantic association systems forms the basis of a novel semantic path merger packet classification algorithm. The theoretical aspects of the semantic path merger packet classification algorithm are investigated, and the algorithm's hardware-based implementation is evaluated along with comparative analysis versus content addressable memory. Experimental results show that the hardware implementation of the semantic path merger algorithm significantly outperforms content addressable memory in terms of energy consumption and operational timing.