Contrôle de congestion et gestion du trafic à partir de mesures pour l'optimisation de la QdS dans l'internet
Résumé
Internet measurement has only been used for research, engineering and design of Internet networks since few years (since the beginning of years 2000), but it is more and more popular and spreads rapidly. It deals with studying, characterizing, analyzing and modeling tra_c on the di_erent Internet links in order to understand network behaviors when facing tra_cs which are largely unknown at this time. In particular, guarantying QoS (Quality of Service) for the Internet is currently one of the most challenging issues. Internet tra_c monitoring and analysis show that current transport mechanisms (TCP) introduce Long Range Dependence (LRD) properties which induce very high tra_c variability and force to largely over-provision communication resources [20]. This thesis aims at designing new communication protocols and architectures able to reduce the tra_c LRD in order to optimize the use of communication resources. Then, new protocol and architectural mechanisms could be perfectly suited to users' needs and tra_c constraints [Lar03a]. Finally, this is the research and network engineering process which will be modi_ed by integrating a new initial monitoring stage for collecting data and some knowledge on existing networks and tra_c ; it will help, in a second time, to design and deploy new optimized networks. Thus, this PhD work deals with a new approach for the Internet, aiming at improving tra_c management, QoS and more generally network services. This approach, called Measurement Based Networking (MBN), is built on the use of active and passive monitoring techniques to evaluate in real time di_erent network parameters and analyze its tra_c in order to react very quickly and accurately to speci_c events arising in the network (for instance, congestion events). We will illustrate, in particular, the MBN approach by designing a new measurement based congestion control mechanism (MBCC) which will be evaluated thanks to NS-2 simulations [Lar05c].We will show, in particular, how this new mechanism can improve tra_c characteristics as well as Internet QoS, despite the complexity and variability of current Internet tra_cs. Finally, in the last part of this PhD work, we will present how the MBN approach and MBCC can guaranty a robust QoS, i.e. are able to provide the requested QoS in all circumstances, including in the presence of Denial of Service (DoS) attacks [Owe04f]. Indeed, we will use the MBA architecture, based on real time tra_c measurements, to adapt to normal or abnormal disruptions which arise in the network. In particular, we will demonstrate that the MBCC congestion mechanism, designed for generating regular and optimized tra_c, makes the Internet more robust than TCP when facing DoS attacks.
La métrologie n'est appliquée dans la recherche, l'ingénierie et la conception des réseaux Internet que depuis peu de temps (le début des années 2000), mais cette approche est de plus en plus populaire et devrait tendre à se généraliser. Ses principes consistent à étudier, caractériser, analyser et modéliser le tra_c existant sur les liens de l'Internet, a_n de comprendre les principes qui régissent le comportement du réseau par rapport à un tra_c qui s'avère méconnu. En particulier, garantir la qualité de service (QdS) dans l'Internet est un problème essentiel aujourd'hui. La métrologie du tra_c Internet, et notamment son analyse montre que les mécanismes de transport actuels (TCP) introduisent des propriétés de LRD (Long Range Dependence) qui se traduisent par une grande variabilité du tra_c et obligent à surdimensionner les ressources de communication [20]. L'objectif de cette thèse est de trouver des protocoles de transport qui réduisent cette LRD a_n d'optimiser l'utilisation des ressources de communication. Ainsi, les nouveaux mécanismes protocolaires et architecturaux de l'Internet pourront être parfaitement adaptés aux besoins des utilisateurs et aux contraintes du tra_c [Lar03a]. Finalement, c'est le processus de recherche et d'ingénierie des réseaux qui sera modi_é en lui ajoutant une phase métrologique en amont permettant de collecter des données et des connaissances sur l'existant, qui permettront ensuite de concevoir et mettre en ÷uvre de nouveaux réseaux optimisés. Ainsi, ce travail de thèse présente une nouvelle approche pour l'Internet, dont l'objectif est d'améliorer la gestion du tra_c, la QdS et plus généralement, les services réseaux. Cette approche, appelée MBN (Measurement Based Networking), repose principalement sur l'utilisation de techniques de métrologie actives et passives qui permettent de mesurer en temps réel di_érents paramètres du réseau et de son tra_c pour ainsi réagir très rapidement et très précisément à des évènements spéci_ques se produisant dans le réseau (apparition de congestion par exemple). Nous illustrerons en particulier l'approche MBN au travers du développement d'un mécanisme de contrôle de congestion orienté mesures intitulé MBCC (Measurement Based Congestion Control) et nous l'évaluerons au travers de simulations NS-2 [Lar05c]. Nous montrerons, en particulier, comment ce nouveau mécanisme permet d'améliorer les caractéristiques du tra_c ainsi que la QdS dans l'Internet, malgré la complexité et la variabilité du tra_c actuel. En_n, dans la dernière partie de ce travail de thèse nous présenterons comment l'approche MBN et le mécanisme MBCC, en particulier, peuvent garantir une QdS robuste, i.e. capable de fournir la QdS demandée en toutes circonstances, notamment en présence d'attaques de DdS (Déni de Service) [Owe04f]. En e_et, nous utiliserons l'architecture MBA (Measurement Based Architecture) basée sur des mesures du tra_c en temps réel pour s'adapter aux ruptures légitimes ou illégitimes du tra_c s'y produisant en continu. En particulier, nous démontrerons que le mécanisme de congestion MBCC associé à MBA, conçu pour générer des tra_cs réguliers et optimaux, rend l'Internet plus robuste que TCP face aux attaques de DdS.