Modélisation d'une architecture orientée service et basée composant pour une couche de transport autonome, dynamique et hautement configurable

Modeling a service oriented and component based architecture for an autonomous, dynamic and highly configurable transport layer

• Auteur / Autrice : Guillaume Dugué
• Direction : Christophe Chassot, Khalil Drira
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux, Télécommunications, Systèmes et Architecture
• Date : Soutenance le 24/09/2014
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (Toulouse ; 1968-....)
• Jury : Président / Présidente : Christian Fraboul
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Chassot, Khalil Drira, Michael Mrissa, Nicolas Van Wambeke
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Abdelhamid Mellouk, Philippe Roose

Mots clés

Mots clés contrôlés

Qualité de Service (télécommunications)

Protocoles de réseaux d'ordinateurs

Mots clés libres

Services et Protocoles Transport

Qualité de service

Architecture

Autonomic Computing

Reconfiguration dynamique

Orienté service et basé composant

Transport Services and Protocols

Quality of service

Dynamic re-configuration

Autonomic computing

Service oriented and component based

Architecture

Résumé

L’évolution des réseaux et des applications distribuées liée au développement massif de l’utilisation de l’Internet par le grand public a conduit à de nombreuses propositions, standardisées ou non, de nouveaux protocoles de Transport et à l’évolution des protocoles existants (TCP notamment), destinées à prendre en compte les nouveaux besoins en qualité de service (QoS) des applications et les caractéristiques nouvelles des réseaux sousjacents. Cependant, force est de constater que ces différentes propositions, quoi que pertinentes, ne se sont pas traduites dans les faits et que le protocole TCP reste ultra majoritairement utilisé en dépit de ses limites conceptuelles connues. Ainsi, alors que le contexte applicatif et réseau a évolué de façonextrêmement forte, les solutions protocolaires utilisées au niveau Transport restent sous optimales et conduisent à des performances moindres en termes de QoS, que celles auxquelles permettraient de prétendre les nouvelles solutions.Dans ce contexte, ce document analyse tout d’abord le pourquoi de ce constat en dégageant cinq points de problématique qui justifie la difficulté, et que nous exprimons en termes de complexité (d’utilisation), d’extensibilité, de configurabilité, de dépendance et de déploiement. Sur ces bases, et en réponse à la problématique générale, la contribution de cette thèse consiste non pas à proposer une nouvelle solution protocolaire pour le niveau Transport, mais à redéfinir l’architecture et le fonctionnement de la couche Transport et ses interactions avec les applications. Cette nouvelle couche Transport, que nous avons appelée Autonomic Transport Layer (ATL), vise à permettre l’intégration transparente de solutions protocolaires existantes et futures pour les niveaux supérieurs et inférieurs de la pile protocolaire tout en simplifiant son utilisation par une augmentation du taux d’abstractiondu réseau (au sens large) du point de vue des développeurs d’applications. Afin de décharger ces derniers de la complexité d’utilisation des multiples solutions envisageables au niveau Transport, notre solution intègre des principesd’autonomie lui permettant une prise de décision du / des protocoles de Transport à invoquer sans intervention extérieure, et une dynamicité dans l’adaptation de la solution retenue en cours de communication afin de toujours délivrer le meilleur niveau de QoS aux applications quelles que soient les évolutions du contexte applicatif et réseau en cours de communication.Après un état de l’art confrontant les solutions actuelles aux points de problématique identifiés, ce document présente les principes fondamentaux de l’ATL, ainsi que son architecture globale suivant une méthodologie basée sur le formalisme UML 2.0. Deux cas d’utilisation fondamentaux sont ensuite introduits pour décrire l’ATL d’un point de vue comportemental. Finalement,nous présentons différents résultats de mesures de performances attestant de l’utilité d’une solution telle que l’ATL.

The massive development of Internet and its usage by the public and the subsequent evolution in networks and distributed applications lead to numerous proposals, standardized or not, of new Transport protocols and changes in existing ones (such as TCP) in order to take into account new arising Quality of Service (QoS) applicative needs and the new characteristics of underlying networks. However, no matter how relevant those new solutions are, they are not meeting the success they should because of TCP’s preponderance and overuse in spite of all its well known limits. Therefore, while applications and underlying networks have evolved tremendously, Transport protocols are becoming suboptimal and lead to lesser performances in termsof QoS than what one could expect from newer Transport solutions. In this context the present document analyses the reasons of this situations by indentifying five problematic points which we express in terms of complexity (of use), extensibility, configurability, dependence and deployment. Upon this basis, and trying to address the main problematic, this thesis contribution is not to propose yet another new Transport protocol but to redefine how the Transport Layer operates, its architecture and its interactions with applications. This new Transport Layer, which we call the Autonomic Transport Layer (ATL) aims for transparent integration of existing and future protocol solutions from the upper and lower layers’ point of view as long as simplifying its use by offering a better, wider network abstraction to application developers. To discharge them the complexity of use of the numerous solutions at the Transport level, our solutions integrates autonomy principles to give it decision power over the protocol(s) to instantiatewithout external intervention and dynamicity so as to be able to adapt the chosen solution during the communication so that it always delivers the best QoS level to applications whatever the contextual evolutions might be for applications or for the network.After a state of the art confronting the current solutions to the different problematic points we identified, this document presents the fundamental principles of the ATL and its global architecture described using UML 2.0. Two major use cases are then introduced to describe the ATL’s behavior. Finally we present several performance figures as evidence of the relevanceof a solution such as the ATL.