L’informatique multi-nuages s’est imposée comme un paradigme de choix pour créer des applications distribuées à large échelle s’exécutant à des emplacements géographiques répartis. L’informatique multi-nuages consiste en l’utilisation de multiples environnements de nuages indépendants qui ne nécessitent pas d’accord a priori entre les fournisseurs de nuage ou un tiers. Toutefois, ces applications conçues pour un environnement multi-nuages doivent faire face à de véritables défis en terme d’architecture, de modèle et de technologies. L’utilisation de l’informatique multi-nuages se heurte à l’hétérogénéité et à la complexité des offres de nuage. Ainsi, l’informatique multi-nuages doit faire face aux défis de la portabilité, de l’approvisionnement, de l’élasticité et de la haute disponibilité que nous identifions dans cette thèse.Dans ce travail de thèse, nous proposons un modèle d’applications nommé soCloud qui adresse ces quatre défis. C’est un modèle basé sur le standard SCA du consortium OASIS pour concevoir de manière simple et cohérente des applications distribuées à large échelle pour un environnement multi-nuages. Un nouveau langage dédié d’élasticité a été proposé pour exprimer efficacement l’élasticité d’applications multi-nuages par l’abstraction. Nous proposons aussi une plateforme multi-nuages soCloud conçue pour déployer, exécuter et gérer des applications réparties à travers plusieurs nuages. Le modèle d’applications soCloud a été utilisé pour la mise en œuvre de trois applications distribuées déployées dans un environnement multi-nuages. Quant à la plateforme soCloud, elle a été implantée, déployée et expérimentée sur dix nuages. / Multi-cloud computing has established itself as a paradigm of choice for creating very large scale world wide distributed applications. Multi-cloud computing is the usage of multiple, independent cloud environments, which assumed no priori agreement between cloud providers or third party. However, these applications, designed for multi-cloud envi-ronments, have to face real challenges in term of design, architecture, and technology. The possibility of using multi-cloud faces the heterogeneity and complexity of cloud solutions.Thus, multi-cloud computing has to face several challenges such as portability, provisioning, elasticity, and high availability we have identified in this thesis. In this thesis, we propose soCloud both amodel and a platformthat tackle these four chal-lenges. This model is based on the OASIS Service Component Architecture (SCA) standard to design distributed large scale applications for multi-cloud environments. Anew language is proposed to effectively express the elasticity of multi-cloud applications through abstrac-tion. The multi-cloud platform is designed to deploy and manage distributed applications across multi-clouds. The soCloud model is illustrated on three distributed applications deployed in multi-cloud environments. The soCloud platform has been implemented, deployed and experi-mented on top of ten existing cloud providers.These experiments are used to validate the novelty of the contributed solutions. With our contributions, we aim to provide a simple and effective way to design, deploy, run, and manage distributed applications for a multi-cloud environment by proposing a model and platform.

Une grille de calcul regroupe un très grand nombre de ressources de calcul hétérogènes, pouvant appartenir à différents domaines d'administration. Les grille sont attractives car elles peuvent fournir à leurs utilisateurs les ressources nécessaires à l'exécution d'applications de calcul scientifique. Cependant exécuter une application sur la grille est une tâche difficile car la fréquence des défaillances matérielles y est élevés. Pour assurer l'exécution fiable d'applications distribuées dans les grilles de calcul, nous proposons tout d'abord un service de recouvrement arrière assurant le redémarrage automatique des applications défaillantes. Nous proposons ensuite une solution assurant la haute disponibilité et l'auto-réparation de services de grille. Enfin nous proposons un protocole de recouvrement arrière pour application à échange de messages passant à l'échelle.

Nous proposons une nouvelle structure de données distribuée et scalable appelée LH*RSP2P conçue pour les environnements pair à pair(P2P).Les données de l'application forment un fichier d'enregistrements identifiés par les clés primaires. Les enregistrements sont dans des cases mémoires sur des pairs, adressées par le hachage distribué (LH*). Des éclatements créent dynamiquement de nouvelles cases pour accommoder les insertions. L'accès par clé à un enregistrement comporte un seul renvoi au maximum. Le scan du fichier s'effectue au maximum en deux rounds. Ces résultats sont parmi les meilleurs à l'heure actuelle. Tout fichier LH*RSP2P est également protégé contre le Churn. Le calcul de parité protège toute indisponibilité jusqu'à k cases, où k ≥ 1 est un paramètre scalable. Un nouveau type de requêtes, qualifiées de sûres, protège également contre l'accès à toute case périmée. Nous prouvons les propriétés de notre SDDS formellement par une implémentation prototype et des expérimentations. LH*RSP2P apparaît utile aux applications Big Data, sur des RamClouds tout particulièrement

En 2012, le trafic mobile mondial représentait 70% de plus qu'en 2011. L'arrivée de la technologie 4G a multiplié par 19 le volume de trafic non 4G, et en 2013 le nombre de mobiles connectés à l'Internet a dépassé le nombre d'êtres humains sur la planète. Les fournisseurs d'accès Internet (FAI) subissent une forte pression, car ils ont pour obligations d'assurer à leurs clients l'accès au réseau et le maintien de la qualité de service. À court/moyen terme, les opérateurs doivent délester une partie de leur trafic sur des réseaux d'accès alternatifs afin de maintenir les mêmes caractéristiques de performances. Ainsi, pour désengorger les réseaux d'accès radio (RAN), le trafic des clients peut être préférentiellement pris en charge par d'autres réseaux d'accès disponibles. Notons cependant que les réseaux d'accès sans fil offrent des niveaux de sécurité très différents. Pour les femtocells, WiFi ou WiMAX (parmi d'autres technologies sans fil), il doit être prévu des mécanismes permettant de sécuriser les communications. Les opérateurs peuvent s'appuyer sur des protocoles (tels que IPsec) afin d'étendre un domaine de sécurité sur des réseaux non sécurisés. Cela introduit de nouveaux défis en termes de performances et de connectivité pour IPsec. Cette thèse se concentre sur l'étude des mécanismes permettant de garantir et améliorer les performances du protocole IPsec en termes de continuité de service. La continuité de service, aussi connu comme résilience, devient cruciale lorsque le trafic mobile est dévié depuis un réseau d'accès RAN vers d'autres réseaux d'accès alternatifs. C'est pourquoi nous nous concentrons d'abord dans l'ensemble de protocoles assurant une communication IP: IKEv2 et IPsec. Ensuite, nous présentons une étude détaillée des paramètres nécessaires pour maintenir une session VPN, et nous démontrons qu'il est possible de gérer dynamiquement une session VPN entre différentes passerelles de sécurité. L'une des raisons qui justifient la gestion des sessions VPN est d'offrir de la haute disponibilité, le partage de charge ou l'équilibrage de charge pour les connexions IPsec. Ces mécanismes ont pour finalité d'augmenter la continuité de service de sessions IPsec. Certains nouveaux mécanismes ont été récemment mis en oeuvre pour assurer la haute disponibilité sur IPsec. Le projet open source VPN, StrongSwan, a mis en place un mécanisme appelé ClusterIP afin de créer un cluster de passerelles IPsec. Nous avons fusionné cette solution basée sur ClusterIP avec nos propres développements afin de définir deux architectures : une architecture permettant la Haute Disponibilité et une deuxième architecture présentant la gestion dynamique d'un contexte IPsec. Nous avons défini deux environnements : le Mono-LAN où un cluster de noeuds est configuré sous une même adresse IP unique, et le Multi-LAN où chaque passerelle de sécurité dispose d'une adresse IP différente. Les mesures de performance tout au long de la thèse montrent que le transfert d'une session VPN entre différentes passerelles évite les délais supplémentaires liés à la ré-authentification et réduit la consommation CPU, ainsi que les calculs par le matériel cryptographique. D'un point de vue FAI, le transfert de contexte IPsec/IKEv2 pourrait être utilisé pour éviter la surcharge des passerelles, et permettre la redistribution de la charge, de meilleures performances du réseau ainsi que l'amélioration de la qualité de service. L'idée est de permettre à un utilisateur de profiter de la continuité d'un service tout en conservant le même niveau de sécurité que celui initialement proposé / During 2012, the global mobile traffic represented 70\% more than 2011. The arrival of the 4G technology introduced 19 times more traffic than non-4G sessions, and in 2013 the number of mobile-connected to the Internet exceeded the number of human beings on earth. This scenario introduces great pressure towards the Internet service providers (ISPs), which are called to ensure access to the network and maintain its QoS. At short/middle term, operators will relay on alternative access networks in order to maintain the same performance characteristics. Thus, the traffic of the clients might be offloaded from RANs to some other available access networks. However, the same security level is not ensured by those wireless access networks. Femtocells, WiFi or WiMAX (among other wireless technologies), must rely on some mechanism to secure the communications and avoid untrusted environments. Operators are mainly using IPsec to extend a security domain over untrusted networks. This introduces new challenges in terms of performance and connectivity for IPsec. This thesis concentrates on the study of the mechanism considering improving the IPsec protocol in terms of continuity of service. The continuity of service, also known as resilience, becomes crucial when offloading the traffic from RANs to other access networks. This is why we first concentrate our effort in defining the protocols ensuring an IP communication: IKEv2 and IPsec. Then, we present a detailed study of the parameters needed to keep a VPN session alive, and we demonstrate that it is possible to dynamically manage a VPN session between different gateways. Some of the reasons that justify the management of VPN sessions is to provide high availability, load sharing or load balancing features for IPsec connections. These mechanisms increase the continuity of service of IPsec-based communication. For example, if for some reason a failure occurs to a security gateway, the ISP should be able to overcome this situation and to provide mechanisms to ensure continuity of service to its clients. Some new mechanisms have recently been implemented to provide High Availability over IPsec. The open source VPN project, StrongSwan, implemented a mechanism called ClusterIP in order to create a cluster of IPsec gateways. We merged ClusterIP with our own developments in order to define two architectures: High Availability and Context Management over Mono-LAN and Multi-LAN environments. We called Mono-LAN those architectures where the cluster of security gateways is configured under a single IP address, whereas Multi-LAN concerns those architectures where different security gateways are configured with different IP addresses. Performance measurements throughout the thesis show that transferring a VPN session between different gateways avoids re-authentication delays and reduce the amount of CPU consumption and calculation of cryptographic material. From an ISP point of view, this could be used to avoid overloaded gateways, redistribution of the load, better network performances, improvements of the QoS, etc. The idea is to allow a peer to enjoy the continuity of a service while maintaining the same security level that it was initially proposed

Nous proposons une nouvelle structure de données distribuée et scalable appelée LH*RSP2P conçue pour les environnements pair à pair(P2P).Les données de l'application forment un fichier d’enregistrements identifiés par les clés primaires. Les enregistrements sont dans des cases mémoires sur des pairs, adressées par le hachage distribué (LH*). Des éclatements créent dynamiquement de nouvelles cases pour accommoder les insertions. L'accès par clé à un enregistrement comporte un seul renvoi au maximum. Le scan du fichier s’effectue au maximum en deux rounds. Ces résultats sont parmi les meilleurs à l'heure actuelle. Tout fichier LH*RSP2P est également protégé contre le Churn. Le calcul de parité protège toute indisponibilité jusqu’à k cases, où k ≥ 1 est un paramètre scalable. Un nouveau type de requêtes, qualifiées de sûres, protège également contre l’accès à toute case périmée. Nous prouvons les propriétés de notre SDDS formellement par une implémentation prototype et des expérimentations. LH*RSP2P apparaît utile aux applications Big Data, sur des RamClouds tout particulièrement / We propose a new scalable and distributed data structure termed LH*RSP2P designed for Peer-to-Peer environment (P2P). Application data forms a file of records identified by primary keys. Records are in buckets on peers, addressed by distributed linear hashing (LH*). Splits create new buckets dynamically, to accommodate inserts. Key access to a record uses at most one hop. Scan of the file proceeds in two rounds at most. These results are among best at present. An LH*RSP2P file is also protected against Churn. Parity calculation recovers from every unavailability of up to k≥1, k is a scalable parameter. A new type of queries, qualified as sure, protects also against access to any out-of-date bucket. We prove the properties of our SDDS formally, by a prototype implementation and experiments. LH*RSP2P appears useful for Big Data manipulations, over RamClouds especially.

L'informatique multi-nuages s'est imposée comme un paradigme de choix pour créer des applications distribuées à large échelle s'exécutant à des emplacements géographiques ré- partis. L'informatique multi-nuages consiste en l'utilisation de multiples environnements de nuages indépendants qui ne nécessitent pas d'accord a priori entre les fournisseurs de nuage ou un tiers. Toutefois, ces applications conçues pour un environnement multi-nuages doivent faire face à de véritables défis en terme d'architecture, de modèle et de technologies. L'utilisation de l'informatique multi-nuages se heurte à l'hétérogénéité et à la complexité des offres de nuage. Ainsi, l'informatique multi-nuages doit faire face aux défis de la portabilité, de l'approvisionnement, de l'élasticité et de la haute disponibilité que nous identifions dans cette thèse. Dans ce travail de thèse, nous proposons un modèle d'applications nommé soCloud qui adresse ces quatre défis. C'est un modèle basé sur le standard SCA du consortium OASIS pour concevoir de manière simple et cohérente des applications distribuées à large échelle pour un environnement multi-nuages. Un nouveau langage dédié d'élasticité a été proposé pour exprimer efficacement l'élasticité d'applications multi-nuages par l'abstraction. Nous proposons aussi une plateforme multi-nuages soCloud conçue pour déployer, exécuter et gérer des applications réparties à travers plusieurs nuages. Le modèle d'applications soCloud a été utilisé pour la mise en œuvre de trois applications distribuées déployées dans un environnement multi-nuages. Quant à la plateforme soCloud, elle a été implantée, déployée et expérimentée sur dix nuages : Windows Azure, DELL KACE, Amazon EC2, CloudBees, OpenShift, dotCloud, Jelastic, Heroku, Appfog et Eucalyptus. Ces expériences sont utilisées pour valider la nouveauté des solutions approtées. Grâce à notre contribution, nous visons à offrir un moyen simple et efficace pour concevoir, déployer, exécuter et gérer des applications distribuées pour des environnements multi- nuages en proposant un modèle et une plateforme.