Réseaux virtualisés de prochaine génération basés sur SDN

Next-generation SDN based virtualized networks

• Auteur / Autrice : Myriana Rifai
• Direction : Guillaume Urvoy-Keller, Dino-Martin Lopez-Pacheco
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 25/09/2017
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Nice (1965-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Informatique, signaux et systèmes (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) - Signal, Images et Systèmes - Laboratoire d'Informatique, Signaux, et Systèmes de Sophia-Antipolis (I3S) / Equipe SIGNET
• Jury : Président / Présidente : Ying Zhang
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Urvoy-Keller, Dino-Martin Lopez-Pacheco, Ying Zhang, Laurent Mathy, Pietro Michiardi, Mathieu Bouet, Thierry Turletti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Mathy, Pietro Michiardi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Économies d'énergie

Ordonnancement (informatique)

Scalabilité (informatique)

Gestion mémoire (informatique)

SDN (architecture des réseaux d'ordinateurs)

Mots clés libres

SDN

TCAM

Scalabilité

Réseaux hybrides

Performance

Ordonnancement

Résilience

Efficacité énergétique

Disponibilité des services

SDN

TCAM

Scalability

Hybrid networks

Performance

Scheduling

Resilience

Energy efficiency

Service availability

Résumé

Les réseaux logiciels (Software Defined Network - SDN) permettent la programmation du réseau et facilitent sa configuration. Bien qu'SDN améliore les performances, il reste confronté à de multiples défis. Dans cette thèse, nous avons développé des solutions qui constituent un premier pas vers les réseaux SDN de prochaine génération. D’abord, nous présentons MINNIE qui permet la scalabilité des commutateurs SDN, qui ne supportent que quelques milliers de règles dans leur coûteuse mémoire TCAM. MINNIE comprime dynamiquement les règles de routage installées dans la TCAM, augmentant ainsi le nombre de règles pouvant être installées. Ensuite, nous abordons le problème de la dégradation de performance des flux courts avec un prototype d’ordonnancement qui exploite les statistiques des commutateurs pour diminuer leur délai de bout-en-bout. Puis, nous visons à diminuer l’intervalle de protection de 50ms qui n’est plus adapté aux applications modernes et réduit leur qualité d’expérience. Notre solution PRoPHYS s’appuie sur les statistiques des commutateurs dans les réseaux hybrides pour découvrir les pannes de liens plus vite que les solutions existantes. Enfin, nous abordons le problème de l’efficacité énergétique qui souvent mène à une dégradation de performance. Nous présentons SENAtoR, qui exploite les nœuds SDN en réseaux hybrides pour éteindre les nœuds réseau sans entraver la performance. Également, nous présentons SEaMLESS qui convertit le service fourni par une machine virtuelle inactive en une fonction de réseaux virtuelle pour permettre à l’administrateur d’utiliser les ressources bloquées tout en maintenant la disponibilité du service.

Software Defined Networking (SDN) was created to provide network programmability and ease complex configuration. Though SDN enhances network performance, it still faces multiple limitations. In this thesis, we build solutions that form a first step towards creating next-generation SDN based networks. In the first part, we present MINNIE to scale the number of rules of SDN switches far beyond the few thousands rules commonly available in TCAM memory, which permits to handle typical data center traffic at very fine grain. To do so MINNIE dynamically compresses the routing rules installed in the TCAM, increasing the number of rules that can be installed. In the second part, we tackle the degraded performance of short flows and present a coarse grained scheduling prototype that leverages SDN switch statistics to decrease their end-to-end delay. Then, we aim at decreasing the 50ms failure protection interval which is not adapted to current broadband speeds and can lead to degraded Quality of Experience. Our solution PRoPHYS leverages the switch statistics in hybrid networks to anticipate link failures by drastically decreasing the number of packets lost. Finally, we tackle the greening problem where often energy efficiency comes at the cost of performance degradation. We present SENAtoR, our solution that leverages SDN nodes in hybrid networks to turn off network devices without hindering the network performance. Finally, we present SEaMLESS that converts idle virtual machines into virtual network functions (VNF) to enable the administrator to further consolidate the data center by turning off more physical servers and reuse resources (e.g. RAM) that are otherwise monopolized.