Un noeud de réseaux orientés contenus réaliste et performant

• Auteur / Autrice : Wei You
• Direction : Annie Gravey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Télécom Bretagne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Routage (informatique)

Systèmes informatiques

Réseaux locaux

Résumé

L'architecture de l'Internet, basée sur IP, a été crée dans les années 70. Les nouvelles technologies et l'évolution des usages de l'Internet démontrent les limites de ce modèle. Pour remédier à ces limites, Van Jacobson et son équipe ont proposé Content- Centric Networking (CCN). CCN a pour objectif de construire un réseau orienté contenus, où l'architecture et toutes les activités de réseau sont basés sur le contenu. CCN intègre de nombreuses fonctionnalités dans les réseaux. Cette proposition a plusieurs avantages mais elle apporte également des challenges pour les technologies matérielles actuelles. La transition des adresses IP vers les noms de contenu nécessite un grand espace de mémoire. Mais les mémoires rapides d'aujourd'hui ne peuvent pas répondre à ce besoin. Dans cette thèse, je me suis concentré d'abord sur l'élément PIT (Pending Interest Table) des noeuds CCN. Je propose un système de PIT distribué, basé sur les filtres de Bloom, pour réduire les besoins de mémoire et améliorer les performances de routage. Le principe est que chaque face CCN gère sa propre table PIT au lieu d'utiliser une table centralisée. Cette conception distribuée résout le problème de récupération des informations, qui est une contrainte native des filtres de Bloom. Ainsi la vitesse de traitement et de routage sont améliorées. Par la suite, je me suis focalisé sur l'élément FIB (Forwarding Information Base). Dans la conception de CCN, la table FIB est remplie par les publications de contenus diffusées. En ce qui concerne le grand nombre de noms de contenu, cette méthode non seulement génère une taille de FIB démesurée, mais introduit également une charge de trafic réseau important. Je propose un système de forwarding dynamique, basé sur les contenus, qui contient un protocole de publications de contenus, un algorithme de remplissage de la FIB, et un élément de transmission vers l'aval. Le protocole de publication demande que chaque annonce soit envoyée seulement vers certains noeuds. L'élément de transmission en aval s'occupe de trouver les autres sources potentielles de contenu. Dans la troisième contribution, j'ai proposé une interface pour connecter le réseau CCN avec les services CDN. Le point clé de l'interconnexion de CCN avec CDN concerne la gestion de miss-hit dans les serveurs CDN. La proposition originale CCN ne permet pas une interconnexion efficace entre CDN et CCN. J'ai proposé un système, qui comprend un élément en charge du transfert des requêtes vers des serveurs CDN et un mécanisme de redirection, pour des requêtes qui ont des miss-hit, vers des serveurs originaux. Pour résumer, cette thèse contient trois contributions, qui se concentrent individuellement sur différents composants d'un noeud CCN. Chacune de ces propositions améliore les performances des noeuds CCN. Ils peuvent être combinés pour créer un noeud CCN complet, plus efficace et réaliste.

The current IP based Internet architecture was designed in 70s. The development of new technologies and the evolution of Internet usages make the limitations of this design more visible, especially for the content delivery services. Facing this shortcoming, Van Jacobson and his PARC team proposed Content-Centric Network (CCN) in 2009. The CCN aims to build a content-oriented network, which means the entire networking architecture and all the networking activities are based on the content (content names in particular). The CCN proposal integrates many features such as on-path caching, security, multicast, and native mobility management. This novel proposal has many benefits but it brings also a lot of challenges for current hardware technologies. The transition from IP addresses to content names requires a large memory space to store the content names. However today's fast memory chip cannot meet this requirement. In this thesis I firstly focus on the PIT (Pending Interest Table) element in CCN routers. I propose a distributed PIT system based on the Bloom filter structure to reduce memory requirements and further improve routing performances. The principle of my proposal is that each CCN face manages its own PIT table instead of using a global table read/write lock for a centralized table. This distributed design resolves the information retrieval problem, which is a native shortcoming of Bloom filters. Thus treatment and routing speeds are improved. Thereafter I concentrate on the FIB (Forwarding Information Base) element. In the original CCN design, the FIB is filled by flooding content advertisement. With respect to the huge number of potential content names, this method not only explodes the capacity of FIB tables, but also introduces a high networking traffic. I propose a content-aware CCN forwarding system, which includes a content advertisement publish protocol, a FIB filling algorithm and a downstream forwarding element. In short, the content publish protocol requires that each advertisement is forwarded only towards certain nodes while the downstream forwarding element is a table that is in charge of discovering the other potential content sources. In the third contribution I propose an interface for interconnecting the CCN networking structure with the CDN services. The CDN service has so far been the way to address the content delivery issues of Internet. The key point of interconnecting CCN with CDN service is how to resolve the CDN repository miss-hit problem. The original CCN proposal does not enable efficient interconnection between CDN and CCN. I propose a system, which includes a CDN repository forwarding element and a CDN repository miss awareness mechanism. The former element is in charge of sending the related Interests towards the CDN repositories while the latter one aims to detect the CDN content miss and recover this lost.