Une approche « boite noire » pour résoudre le problème de placement des règles dans un réseau OpenFlow

par Xuan-Nam Nguyen

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Thierry Turletti et de Walid Dabbous.

Soutenue le 22-04-2016

à Nice , dans le cadre de École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) , en partenariat avec Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Unité de recherche (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) (laboratoire) et de Design, Implementation and Analysis of Networking Architectures (laboratoire) .


  • Résumé

    Le grand nombre d’appareils connectés combiné au volume croissant de trafic ont poussé les réseaux dans leurs derniers retranchements. Pour résoudre ce problème, l’approche “Software-Defined Networking” (SDN) qui découple le plan de contrôle du plan de données a été proposée. OpenFlow est un nouveau protocole qui réalise le concept SDN. Pour traiter ces flux, OpenFlow utilise des listes de règles sur les commutateurs. Ces règles sont utilisées pour déterminer les actions dans le réseau. Ceci permet de simplifier la mise en place de services réseaux complexes mais soulève la question de savoir quelles règles définir et où les placer dans le réseau afin d’en respecter ses contraintes. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur le problème de placement de règles dans OpenFlow (ORPP) et proposons une abstraction de type boite noire afin de masquer la gestion du réseau. Tout d'abord, nous formalisons le problème de placement de règles et faisons une étude des solutions existantes. Les solutions existantes sont cependant inefficaces car elles reposent majoritairement sur le concept du plus court chemin. Nous proposons de relaxer le problème en autorisant l’utilisation de chemins arbitraires et proposons deux algorithmes complémentaires : OFFICER et aOFFICER. L'idée générale d’OFFICER et aOFFICER est d’utiliser les chemins les plus efficaces pour le trafic de haute importance et autoriser le trafic de plus basse importance à suivre des détours. Ces deux propositions sont évaluées en utilisant des traces de trafic. Finalement, nous appliquons le principe de la boite noire pour améliorer les performances d'un service de diffusion de contenus dans les réseaux cellulaires

  • Titre traduit

    The OpenFlow rules placement problem : a black box approach


  • Résumé

    The massive number of connected devices combined with an increasing traffic push network operators to their limit by limiting their profitability. To tackle this problem, Software-Defined Networking (SDN), which decouples network control logic from forwarding devices, has been proposed. An important part of the SDN concepts is implemented by the OpenFlow protocol that abstracts network communications as flows and processes them using a prioritized list of rules on the network forwarding elements. While the abstraction offered by OpenFlow allows to implement many applications, it raises the new problem of how to define the rules and where to place them in the network while respecting all requirements, which we refer as the OpenFlow Rules Placement Problem (ORPP). In this thesis, we focus on the ORPP and hide the complexity of network management by proposing a black box abstraction. First, we formalize that problem, classify and discuss existing solutions. We discover that most of the solutions enforce the routing policy when placing rules, which is not memory efficient in some cases. Second, by trading routing for better resource efficiency, we propose OFFICER and aOFFICER, two frameworks that select OpenFlow rules satisfying policies and network constraints, while minimizing overheads. The main idea of OFFICER an aOFFICER is to give high priority for large flows to be installed on efficient paths, and let other flows follow default paths. These proposals are evaluated and compared to existing solutions in realistic scenarios. Finally, we study a use case of the black box abstraction, in which we improve the performance of content delivery services in cellular networks


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