Optimisation de placement et chainage de fonctions réseaux selon le paradigme SDN/NFV

Optimization of VNF placement and chaining according to NFV/SDN paradigms

• Auteur / Autrice : Issam Abdeldjalil Ikhelef
• Direction : Ken Chen, Mohand Yazid Saidi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingenierie informatique
• Date : Soutenance le 19/01/2024
• Etablissement(s) : Paris 13
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de traitement et transport de l'information (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Jury : Président / Présidente : Samia Bouzefrane
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Saadi Boudjit, Nadjib Ait Saadi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fen Zhou, Yassine Hadjadj Aoul

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes virtuels (informatique)

Études de faisabilité

Allocation des ressources

Mots clés libres

Virtualisation des fonctions Réseau

Réseau défini par logiciel

Chaine des fonctions de service

Network function virtualization

Software-defined networking

Service function chaining

Résumé

Actuellement, le secteur des réseaux connaît un intérêt croissant pour deux technologies majeures : la virtualisation des fonctions réseau (NFV) et les réseaux définis par logiciel (SDN). NFV et SDN offrent des approches novatrices en matière de gestion des réseaux, en apportant une grande flexibilité et programmabilité. Le réseau défini par logiciel(SDN) révolutionne la gestion des réseaux en dissociant le plan de contrôle du plan de données. Cette séparation de plans permet un contrôle centralisé et programmable, remplaçant le contrôle traditionnel basé sur le matériel physique par un contrôle basé sur des logiciels. Le SDN peut créer des réseaux virtuels ou gérer efficacement des réseaux matériels existants à l’aide de logiciels offrant ainsi une grande flexibilité et adaptabilité. La virtualisation des fonctions réseau (NFV), quant à elle, vise à réduire les coûts et à accélérer le déploiement des services pour les différents opérateurs de réseau. Cela est réalisé en dissociant les fonctions réseau (NF) telles que les pare-feu ou le chiffrement du matériel dédié et en les virtualisant sur des serveurs standards. La NFV permet de regrouper plusieurs fonctions sur un seul serveur physique, ce qui permet d’économiser les coûts et réduire les interventions sur site. Au lieu de déployer de nouveaux matériels, les fournisseurs de services (opérateurs) peuvent activer des machines virtuelles (VM) pour exécuter des fonctions réseau spécifiques (VNFs). Par exemple, le chiffrement du réseau peut être réalisé en déployant un logiciel de chiffrement sur un serveur standard ou un commutateur existant, ce qui élimine la nécessité de déployer de nouveaux matériels. Le placement et le chainage des VNFs posent un problème complexe connu pour être NP-difficile. Il s’agit de déterminer la séquence optimale de chaînes de fonctions de service (SFC) tout en dirigeant efficacement le trafic à travers les différents VNFs. L’objectif principal de la thèse est de développer un algorithme qui optimise le coût de placement et chainage des VNFs dans le réseau, en tenant compte de diverses contraintes telles que l’ordre des VNFs, la capacité de traitement et la capacité de bande passante. L’algorithme vise à minimiser les coûts d’allocation globaux tout en garantissant un routage efficace des flux à travers les VNFs. En exploitant les capacités du NFV et du SDN, la thèse vise à contribuer à l’avancement de la virtualisation des réseaux et des réseaux définis par logiciel(SDN). Les algorithmes proposés permettront aux opérateurs de réseau de prendre des décisions éclairées concernant le placement des VNFs, ce qui se traduira par une amélioration de l’efficacité du réseau, une réduction des coûts et une amélioration de la fourniture de services. La thèse vise à permettre aux opérateurs de réseau de gérer efficacement leurs réseaux, d’allouer les ressources de manière optimale et de fournir des services avec une agilité et une rentabilité accrue.

The current landscape of networking has witnessed a growing interest in two significant technologies: Network Function Virtualization (NFV) and Software-DefinedNetworking (SDN). These technologies offer novel approaches to network management,bringing flexibility and programmability to the forefront.Software-Defined Networking (SDN) revolutionizes the network management by decoupling the control plane from the data plane. This separation of plans allows forcentralized control and programmability, replacing traditional hardware-centric control withsoftware-based control. SDN can create virtual networks or efficiently control traditionalhardware networks through software, offering enhanced flexibility and adaptability.Network Function Virtualization (NFV), on the other hand, focuses on cost reduction and service deployment acceleration for network operators. It achieves this by decoupling network functions (NF), such as firewall or encryption, from dedicated hardware andvirtualizing them on standard servers. NFV enables the consolidation of multiple functions onto a single physical server, resulting in cost savings and minimized field interventions.Adding new network functions becomes more streamlined, requiring the activation of virtualmachines (VM) rather than deploying additional hardware across the entire network.The research thesis aims to tackle the NP-hard problem of optimal VNFs placementand chaining within a NFV network. This problem involves determining the most efficientsequence of service function chains (SFC) while directing flows through the VNFs. Theprimary objective is to develop an algorithm that achieves a cost optimal placement and chaining of VNFs, considering various constraints such as chaining order, processing capacity,and bandwidth capacity.The algorithm seeks to minimize the overall allocation costs while ensuring effectiveflow routing through the VNFs. By leveraging the capabilities of NFV and SDN, the thesis aimsto contribute to the advancement of network virtualization and software-defined networking.The proposed algorithms will empower network operators to make informed decisionsregarding VNFs placement, leading to improved network efficiency, cost reduction, andenhanced service provisioning. Ultimately, the thesis aims to enable network operators toeffectively manage their networks, allocate resources optimally and deliver services withincreased agility and cost-effectiveness.