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UNIVERSITÉ DE CARTHAGE - TUNISIE ÉCOLE DOCTORALE TIC TECHNOLOGIES DE L’INFORMAT

UNIVERSITÉ DE CARTHAGE - TUNISIE ÉCOLE DOCTORALE TIC TECHNOLOGIES DE L’INFORMATION ET DE LA COMMUNICATION T H È S E pour obtenir le titre de Docteur en Technologies de l’Information et de la Communication de l’École Supérieure des Communications de Tunis, Sup’Com par : Nihed Bahria El Asghar Conception et optimisation des réseaux multi-couches IP/WDM Soutenue le 19 Novembre 2016 Jury : Président : Sihem Guemara Professeur Sup’Com Rapporteurs : Aref Meddeb Professeur ENISo Francine Krief Professeur ENSEIRB Examinateur : Zied Choukair Professeur Sup’Com Directeur de thèse : Mounir Frikha Professeur Sup’Com. Remerciements Au terme de ce travail, je tiens à remercier mon directeur de thèse, Monsieur Mounir Frikha, professeur et directeur de l’école Supérieure des Communications de Tunis (Sup’Com) pour son suivi, ses remarques constructives et pertinentes, son encouragement et ses exigences sur la performance du travail et des résultats. Je tiens aussi à remercier Professeur Sami Tabbane pour ses conseils précieux, Professeur Mohamed Siala pour son suivi en tant que directeur du laboratoire de recherches MEDIATRON, au sein du quel ce travail a été eﬀectué. J’adresse aussi mes vives remerciements à Professeur Omar Cherkaoui, mon su- perviseur de stage à l’université du Québec à Montréal (UQAM) pour son encadre- ment et ses remarques constructives. Je voudrais également remercier Professeur Francine Krief et Professeur Aref Meddeb pour avoir rapporté ma thèse. Je serais reconnaissante en particulier à Monsieur Aref Meddeb pour le temps qu’il m’a consacré pour me prodiguer des remarques précieuses et des conseils fructueux. Je remerçie par ailleur Professeur Sihem Guemara pour m’avoir fait l’honneur de présider mon jury de thèse, et Professeur Zied Choukair pour avoir soigneusement relu ce manuscrit de thèse. J’adresse ﬁnalement mes remerciements à tous ceux qui, par leur courtoise et sympathie, m’ont aidé, encouragé et soutenu. Table des matières 1 Introduction générale 1 2 Notions de base sur les réseaux multi-couches IP/WDM 5 2.1 Historique et déﬁnition des réseaux multi-couches . . . . . . . . . . . 6 2.2 Technologies des réseaux IP/WDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2.1 Les réseaux WDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2.2 La couche IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2.3 Multi-Protocol Label Switching (MPLS) . . . . . . . . . . . . 12 2.3 Les modèles de communication entre les couches d’un réseau IP/WDM 17 2.3.1 La structure de contrôle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.3.2 Les modèles de service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.3.3 Les modèles d’interconnexion du réseau . . . . . . . . . . . . 19 2.4 Le transport de IP sur un réseau optique . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.4.1 Les approches de routage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.4.2 Les modèles de signalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.5 Architecture des réseaux multi-couches IP sur WDM basés sur GMPLS 23 2.5.1 Notion d’Interfaces de commutation (ISCs) . . . . . . . . . . 23 2.5.2 Architectures des éléments du réseau . . . . . . . . . . . . . . 24 2.5.3 L’ingenierie de traﬁc dans GMPLS . . . . . . . . . . . . . . . 26 3 L’architecture multi-couches du Cloud Computing 29 3.1 Panorama sur le Cloud Computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.1.1 Normalisation et déﬁnition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 3.1.2 Architecture du Cloud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.1.3 Applications du Cloud Computing . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.2 L’architecture multi-couches d’un centre de données de Cloud . . . . 46 3.2.1 Topologies du réseau d’un centre de données . . . . . . . . . . 46 3.2.2 Périphériques et protocoles d’un réseau de centre de données 48 3.3 L’architecture multi-couches du réseau Inter-Cloud . . . . . . . . . . 49 3.3.1 Exigences du réseau Inter-Clouds . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3.3.2 Caractéristiques du réseau Inter-Clouds . . . . . . . . . . . . 53 4 Optimisation des réseaux multi-couches IP sur WDM 55 4.1 L’optimisation multi-couches des réseaux dans la littérature . . . . . 56 4.2 La virtualisation pour l’optimisation des réseaux IP/WDM . . . . . 59 4.2.1 Déﬁnition de la topologie virtuelle . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.2.2 Ingénierie de traﬁc inter-couches . . . . . . . . . . . . . . . . 60 4.3 Conception de topologies virtuelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4.3.1 OVTD : la formulation en MILP du problème de conception optimale de TV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 iv Table des matières 4.3.2 Méthode heuristique pour la conception de topologies virtuelles 69 4.4 Conception de topologies virtuelles adaptatives . . . . . . . . . . . . 80 4.4.1 Travaux connexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.4.2 Conception séquentielle de la topologie virtuelle . . . . . . . . 81 4.4.3 Conception d’une topologie virtuelle reconﬁgurable :RSVTD . 85 5 Conception des réseaux multi-couches pour le Cloud 95 5.1 Migration de machines virtuelles dans le Cloud . . . . . . . . . . . . 96 5.1.1 Mobilité des VMs dans un centre de données de Cloud . . . . 96 5.1.2 Conception d’un service réseau de mobilité dans le Cloud . . 99 5.2 Migration inter-Cloud des machines virtuelles . . . . . . . . . . . . . 104 5.2.1 Exigences de la migration inter-Clouds des VMs . . . . . . . . 104 5.2.2 Infrastructures des réseaux inter-Clouds . . . . . . . . . . . . 107 5.2.3 Mécanismes de migration des machines virtuelles . . . . . . . 109 5.2.4 Conception d’un service réseau polymorphe pour la migration inter-Clouds des VMs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 5.3 Contrôle dynamique du service réseau inter-Clouds . . . . . . . . . . 122 5.3.1 Théorie de contrôle et étude de stabilité des systèmes dyna- miques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 5.3.2 Conception d’un service réseau de migration inter-Clouds au- tomatique et stable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 5.3.3 Algorithme de contrôle du réseau des migrations . . . . . . . 133 6 Conclusion générale 137 Bibliographie 141 Liste des Abréviations 153 Table des ﬁgures 2.1 Évolution de l’architecture en couches des réseaux de transport . . . 8 2.2 Système de transmission WDM [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.3 Emplacement d’un OXC dans le réseau . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.4 Variantes d’implémentation de IP sur WDM . . . . . . . . . . . . . . 12 2.5 Acheminement d’un paquet dans un réseau MPLS . . . . uploads/Ingenierie_Lourd/ phd-ip-mpls.pdf