L'un des défis majeurs de l'évolution de l'architecture Internet est la définition d'une architecture protocolaire permettant d'améliorer le routage, et en particulier (i) conserver un système de routage gérable avec les technologies actuelles et futures c'est-à-dire, avec quelques millions d'états, (ii) offrir une architecture apte à faciliter la programmabilité du plan de transfert, (iii) proposer un système de routage évolutif pouvant être régulièrement optimisé avec uniquement les informations sur les flux actifs, (iv) fournir une séparation entre localisateurs et identificateurs pour la mobilité IP avancée, (v) faciliter un déploiement incrémental, (vi) mieux servir les services applicatifs "over-the-top". Le protocole LISP (\textit{Locator/Identifier Separation Protocol}) a été identifié comme l'un des protocoles émergents à cet égard. Dans son état actuel, il répond très bien aux besoins susmentionnés. Cependant, il subit des limitations lorsqu'il s'agit de prendre en compte la résilience et la capacité à réagir rapidement aux mises à jour de l'état du réseau. Ces inconvénients peuvent être compensés en améliorant l'architecture du plan de contrôle et ses algorithmes de routage. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle architecture réseau-système et expérimentons de nouvelles primitives de plan de contrôle, ainsi que d'algorithmes de diffusion des états, en testant son passage à l'échelle avec différentes conditions de réseau. Nous concevons et construisons d'abord un nœud de plan de données et de plan de contrôle LISP open source. Nous le comparons avec d'autres implémentations en montrant que notre implémentation atteint des performances adaptées aux vrais déploiements. Nous montrons comment notre implémentation a permis la mise en oeuvre d'une plateforme d'expérimentation à grande échelle, la plate-forme LISP-Lab, en opération aussi bien les fonctions de plan de transfert que les fonctions de plan de contrôle. En suite, nous proposons une nouvelle solution pour les migrations à chaud de machines virtuelles à travers des centres de données géographiquement répartis sur des réseaux IP étendus. Des tests dans un testbed réel connecté nativement à Internet montrent qu'avec notre approche, nous pouvons facilement atteindre des temps d'arrêt inférieurs à la seconde lors de la migration sur une grande échelle, même pour des clients très distants. En outre, nous avons étudié des protocoles d'optimisation de réseau multicouche, en particulier en relation avec le protocole MPTCP (Multipath Transport Control Protocol), auquel LISP peut offrir une diversité de chemins pour l’agrégation de bande passante, ainsi qu’une plus grande confidentialité et fiabilité des connexions. Bien que nous ne puissions bénéficier que de quelques nœuds de réseau superposés, nous avons pu évaluer expérimentalement nos propositions en montrant l'impact positif de notre solution, l'impact négatif des longs temps d'aller-rétour sur certains sous-flux MPTCP, et la forte corrélation entre le temps d'aller-retour différentiel et le débit. Enfin, nous avons travaillé sur une refonte du plan de contrôle de LISP afin d’améliorer son fonctionnement du à l'échelle d’Internet, en facilitant la coopération entre les systèmes de mapping LISP et en introduisant plus d'automatisation dans la procédure de fourniture de services de connectivité LISP. Nous croyons qu'une telle optimisation pourrait sensibiliser la communauté des fournisseurs de services, générant de nouvelles opportunités commerciales liées aux services de cartographie LISP et l'application de politiques d'ingénierie de trafic interdomaines avancées dans le but d'obtenir de meilleures garanties de qualité de service.