THESE DOCTEUR DE L INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE

N d ordre : THESE présentée pour obtenir le titre de : DOCTEUR DE L INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE Ecole doctorale : INFORMATIQUE ET TELECOMMUNICATIONS Spécialité : Réseaux et télécommunications Par M. Laurent Lancerica ETUDE DE LA REPLICATION DE CONTENUS MULTIMEDIA POUR LE SUPPORT DE LA QUALITE DE SERVICE DANS LES RESEAUX Soutenue le devant le jury composé de : M. Eric Horlait Président & Rapporteur M. Richard Castanet Rapporteur Mme. Isabelle Buret Examinateur M. Nicolas Douchin Examinateur M. Christian Fraboul Directeur de thèse M. Laurent Dairaine Co-Directeur de thèse

Remerciements Les travaux présentés dans ce mémoire ont été réalisés à l Ecole Nationale Supérieure d Ingénieurs de Construction Aéronautiques (ENSICA) et au laboratoire de Télécommunication Spatiale et Aéronautique (TéSA). En premier lieu, je tiens à exprimer mes sincères remerciements à Laurent Dairaine, enseignant chercheur à l ENSICA, pour le soutien sans faille et l encadrement de très grande qualité qu il m a fourni pendant toute la durée de ces travaux. Je souhaite exprimer ma profonde gratitude à Christian Fraboul, responsable du département réseaux et télécommunication de l Ecole Nationale Supérieure d Electronique, Electrotechnique, Informatique, Hydraulique et Télécommunication (ENSEEIHT), pour avoir accepté de diriger mes recherches et pour ses conseils avisés. Je suis également reconnaissant à : Monsieur Eric Horlait, professeur des universités à l université Paris 6 Monsieur Richard Castanet, professeur des universités à l ENSEIRB Monsieur Nicolas Douchin, ingénieur d affaires chez CRIL TECHNOLOGY Madame Isabelle Buret, responsable secteur d étude à ALCATEL Space Industrie Pour l honneur qu il m ont fait en participant à mon jury de thèse. Je tiens à remercier en particulier Messieurs Eric Horlait et Richard Castanet pour avoir accepté de rapporter mes travaux. Je tiens aussi à exprimer mes sincères remerciements à toute l équipe d enseignantschercheurs du département informatique de l ENSICA : Yves Caumel, Fabrice Frances, Patrick Sénac, Tanguy Pérennou, Jérôme Lacan et Pierre de Saquis-Sannes. Je remercie également les doctorants et plus particulièrement Luis, Ernesto, Romain, Mathieu, Emmanuel, Jérôme, Florestan, Hervé, Tarek et Ludovic avec qui j ai pu partagé mon bureau ou mes expériences. Je remercie aussi René Espourteau et Bernard Jarlan pour leur disponibilité et leurs capacités à résoudre les problèmes. Je remercie aussi les membres de TéSA et en particulier Emmanuel Chaput, Julien Fasson et Sylvie Eichen pour la bonne ambiance qu ils apportaient tout au long de mes séjours à TéSA. Un grand merci aussi à tous mes amis qui m ont soutenu et encouragé pendant ces années. Mes derniers remerciements sont pour l ensemble de ma famille et de mon entourage. Tout d abord pour mes parents sans qui je ne serais pas arrivé jusque là, ma tante, mon oncle et mes cousines qui sont pour moi comme une deuxième famille. Enfin pour ma moitié Fatima pour son soutien, sa confiance et sa patience pendant les moments de désespoirs, mais aussi surtout pour toute la cheikhbellitude qu elle me fait partager.

Table des matières Chapitre 1.... 9 Introduction GENERALE... 9 1.1. Contexte... 9 1.2. La problématique de la qualité de service... 9 1.3. Contributions... 10 1.4. Organisation du document... 12 Chapitre 2.... 13 La qualité de service dans l Internet... 13 2.1. Introduction... 13 2.2. La structure de l Internet... 13 2.2.1. Le réseau de cœur de l Internet (Internet Backbone)... 13 2.2.2. Les différents types de domaine... 14 2.2.3. L interconnexion de domaine... 15 2.3. La notion de qualité de service dans l Internet... 17 2.3.1. Le service «Au mieux» (Best Effort)... 17 2.3.2. Les besoins en terme de qualité de service... 18 2.4. Les différentes composantes pour le support de la QoS dans l Internet... 19 2.4.1. Gestion de la QoS au niveau de la composante réseau... 19 2.4.1.1. Intserv Services intégrés... 19 2.4.1.2. Diffserv Services différentiés... 21 2.4.1.3. La commutation de label, MPLS - Multiprocotol Label Switching... 22 2.4.1.4. Le routage contraint ou basé sur la QoS - QoS Routing et Constraint based routing... 23 2.4.1.5. L Ingénierie de Trafic... 23 2.4.1.6. Le surdimensionnement... 24 2.4.2. Gestion de la QoS au niveau de la composante transport... 25 2.4.2.1. Le Protocole UDP... 25 2.4.2.2. Le Protocole TCP... 25 2.4.2.3. RTP/RTCP... 26 2.4.2.4. SCTP... 26 2.4.2.5. DCCP... 27 2.4.2.6. Autres approches... 27 2.5. Conclusion du Chapitre... 28 Chapitre 3.... 29 La réplication de contenu comme support de la qualité de service... 29 3.1. Introduction... 29 3.2. La réplication comme alternative aux approches transport et réseau... 29 3.3. Les réseaux de distribution de contenus (Content Delivery Network CDN)... 32 3.3.1. Les motivations et évolutions du transport de contenus... 32 3.3.2. Evolution des architectures de réplication... 32 3.3.3. Techniques de caching pour le transport de contenus Web... 35 3.3.3.1. Le transport de contenus sur le Web, protocole HTTP... 35 3.3.3.2. Terminologie... 37 3.3.3.3. Architecture de caching... 38 3.3.3.4. Protocoles de caching et réplication... 40 3.3.4. Techniques de caching pour le transport de flux vidéo (Streaming)... 42 3.3.4.1. Streaming... 42 3.3.4.2. Streaming live... 43

3.3.5. Du caching à la distribution de contenus Principe de Redirection... 45 3.3.6. Discussion... 46 3.4. Les réseaux de peer-to-peer... 47 3.4.1. Généralités... 47 3.4.2. Architecture et fonctionnement... 48 3.4.2.1. Architecture... 48 3.4.2.2. Algorithme de recherche... 50 3.4.2.3. Partage de données et algorithme de référencement... 51 3.4.3. Discussion... 52 3.5. Modélisation des réseaux de recouvrement... 52 3.6. Conclusion du Chapitre... 54 Chapitre 4.... 57 Gestion de la replication de contenus dans les structures de recouvrement... 57 4.1. Introduction... 57 4.2. Gestion de la réplication dans un système de peer-to-peer... 57 4.2.1. Caractérisation... 58 4.2.2. PeerFecT : un système de peer-to-peer utilisant une technique de FEC... 60 4.2.2.1. Les codes à effacements (erasures codes)... 61 4.2.2.2. Principes de PeerFecT... 62 4.2.2.3. Etude de performances... 64 Modélisation du cas séquentiel... 65 Modélisation du cas parallèle... 66 Simulation... 67 Résultats dans le cas de téléchargements séquentiels... 69 Résultats dans le cas de téléchargements parallèles... 71 Discussion... 74 4.2.2.4. Evaluation de la qualité de service dans un réseau de peer-to-peer... 75 Simulation... 75 Evaluation de la QoS... 76 Discussion et application... 78 4.3. Réplication partielle de contenus dans un CDN... 79 4.3.1. Caractérisation... 80 4.3.2. Gestion des contenus... 82 4.3.2.1. Etude préliminaire... 83 4.3.2.2. Etude de performances de la réplication partielle... 84 Modélisation de l architecture... 84 Résultats... 86 4.3.2.3. Discussion... 89 4.4. Conclusion du Chapitre... 89 Chapitre 5.... 91 Proposition d une Architecture de replication à gestion de garantie de qualité de service... 91 5.1. Introduction... 91 5.2. Description de contenu... 91 5.2.1. Définition... 92 5.2.2. Description de contenus... 92 5.2.2.1. Aspects liés à la distribution... 93 5.2.2.2. Aspects liés à la réplication... 94 5.2.2.3. Représentation des paramètres... 95 5.3. Description de l architecture... 97 5.3.1. Architecture physique... 97

5.3.2. Architecture logicielle... 100 5.4. Types de services et garanties... 102 5.4.1. Paramètres de contrat de service... 102 5.4.2. Les types de services... 103 5.4.2.1. Service déterministe... 103 5.4.2.2. Service moyen... 104 5.4.2.3. Service combiné... 104 5.4.2.4. Service orienté coût... 104 5.4.2.5. Service «Au mieux»... 105 5.4.2.6. Conclusion sur les types de services... 105 5.5. Protocole et fonctionnement... 106 5.5.1. Fonctionnement général... 106 5.5.2. Protocoles, API... 107 5.5.3. Algorithmes... 108 5.5.3.1. Calcul du nombre de répliquas... 108 5.5.3.2. Fonctionnement du module décisionnel... 109 5.5.4. Accès aux contenus... 111 5.6. Conclusion du Chapitre... 112 Chapitre 6.... 113 MITV : Un système de télévision Multicast Interactive basée sur la réplication... 113 6.1. Introduction... 113 6.2. Le système MITV... 113 6.2.1. Contexte de l étude... 113 6.2.2. Fonctionnement général de MITv... 115 6.2.3. Architecture du système MITv... 117 6.2.3.1. Unité de Production... 117 6.2.3.2. Système de communication de MITv... 119 6.2.3.3. Système utilisateur... 120 6.2.4. Implémentation et test... 121 6.3. Discussion... 124 6.4. Conclusion du Chapitre... 127 Chapitre 7.... 129 Conclusion Générale... 129 7.1. Rappels des contributions... 129 7.2. Perspectives... 130 Acronymes... 133 Bibliographie... 135 Bibliographie de l auteur... 139

CHAPITRE 1. 1.1. CONTEXTE INTRODUCTION GENERALE La notion de qualité de service soulève un fort intérêt dans le contexte des réseaux de communication et en particulier de l Internet. L Internet est passé en quelques années de l état d un simple réseau dédié à l enseignement et à la recherche à l état d un réseau très grand public, industriel et commercial. Cette évolution a engendré de nouveaux besoins en termes de qualité de service pour faire face aux contraintes d applications novatrice et aux attentes des utilisateurs finaux. Cette mutation a engendré une augmentation de volume des débits d informations transitant par le réseau, accroissant notablement les problèmes de congestion et, par suite, dégradant la qualité de service (QoS, Quality of Service). Certaines applications, qualifiées d élastiques, comme l email, le transfert de fichier, voire même le Web, ne sont que peu affectées par ces manques temporaires de ressources. D autres applications, plus récemment introduites sur le réseau Internet et qualifiées d applications à contraintes temporelles (applications multimédia, temps réel), se satisfont beaucoup moins bien des variations de qualité de service et nécessitent un minimum de ressources de communication pour fonctionner. Les approches classiques pour résoudre ces problèmes sont d une part de réaliser un traitement de bout en bout pour offrir un service de communication en adéquation avec le besoin des applications et d autre part de gérer les ressources de communication au sein du réseau de manière différentiée. 1.2. LA PROBLEMATIQUE DE LA QUALITE DE SERVICE De nombreux travaux de recherche ont mis l accent sur la prise en charge de certains paramètres de qualité de service au niveau des protocoles de transport et du réseau, afin de faire converger le service du système de communication vers un support capable de répondre aux demandes des applications temps réels, multimédia, interactive, tout en continuant à répondre aux demandes des applications informatiques plus traditionnelles. Le protocole TCP est un exemple de telle adaptation, rendant un service fiable et ordonné sur la base du service du réseau IP sans garantie. Cependant, l adaptation de service au niveau transport est limitée à certains paramètres tels que la fiabilité et l ordre. Certaines applications demandent d autres caractéristiques de service, par exemple des performances minimales en terme de délai de bout en bout ou de débit auxquelles d autres approches protocolaires, (par exemple, rtp/rtcp, sctp, etc.), essayent de faire face en adaptant «au mieux» le service réseau disponible. Cependant, comme ces approches se basent sur un service de communication sans garantie, elles ne prémunissent pas l utilisateur du manque de ressources. L autre approche, plus récemment développée dans le contexte Internet, implique très fortement le cœur de l architecture réseau. Elle consiste à gérer de manière différentiée l utilisation des ressources de communication par la couche IP de manière à lui adjoindre des alternatives au traditionnel service sans garantie (best effort) du réseau Internet. Ces approches proposent la gestion différentiée des ressources du réseau. Cependant le déploiement et la mise à l échelle de telles solutions sont des facteurs compliquant notablement la gestion de QoS au niveau réseau. De telles approches peuvent être mises en place dans des environnements réseau restreint tels que des domaines privés. Cependant, des difficultés supplémentaires, d ordre technique et extra technique apparaissent dès qu il s agit d assurer des garanties de bout en bout dans un contexte multi domaines. D autre part, gérer et maintenir des garanties de QoS sur des paramètres tels que le délai de bout en bout, la gigue ou le débit, peut être considérés comme trop coûteux pour certaines applications traditionnelles comme le Web.

Dans le contexte actuel, le déploiement global du support de la qualité de service dans l Internet n a toujours pas été opéré. Des solutions «ad hoc» ont consisté à diminuer la charge dans le cœur du réseau, en augmentant, voire en surdimensionnant les capacités des liens. Cependant, ce type d approche ne résout pas tous les problèmes et des dégradations de performances en termes de délai et de gigue peuvent néanmoins apparaître s il existe des points de concentration dans le réseau. Ces situations ont notamment lieu au niveau des points d échange entre les réseaux d opérateurs (peering point), voire au niveau des réseaux d accès. De plus, l augmentation constante des volumes de trafic induisent une course au débit nécessitant une continuelle remise en question du dimensionnement des infrastructures. 1.3. CONTRIBUTIONS L objectif de ce mémoire est de présenter une solution alternative mais aussi complémentaire aux approches traditionnelles de gestion de la qualité de service qui se situent généralement au niveau du réseau ou des protocoles de transport. Au terme de ce travail, quatre points caractérisent les contributions de ce mémoire. Etude de la réplication comme une composante de gestion de la qualité de service Nous avons étudié la réplication comme une solution alternative aux approches traditionnelles de gestion de la qualité de service au niveau du réseau et des protocoles de transport. Cette solution, adaptée uniquement à certains types d applications, est basée sur le stockage distribué du contenu à différents points du réseau, au plus proche des utilisateurs finaux. Cette technique générale de réplication est employée notamment dans le cadre du «caching», ou des réseaux de réplication de contenus (Content Delivery Network, CDN). Dans ces systèmes, des unités de stockage distribuées conservent une copie d un contenu initialement disponible sur un serveur centralisé. Ce contenu est déployé dans une unité de réplication à l initiative d un client placé en aval dans les systèmes de cache ou à priori de leur utilisation, sur toutes les unités de réplication dans les CDN. Cette copie peut alors être substituée au contenu d origine tant que sa validité est assurée. Cette approche conduit à diminuer le trafic dans le cœur du réseau : dans la situation idéale, le cœur du réseau est uniquement sollicité pour la mise à jour des contenus déployés sur les unités de stockage. De la même façon, la réplication de contenus est aussi présente dans les réseaux d homologues à homologues ou de Peer-to-Peer (P2P) qui permettent aux utilisateurs, les «peers», de partager des ressources ou des contenus en s affranchissant du modèle classique client/serveur. Dans le cadre des applications Peer-to-Peer de partage de fichiers, la réplication apparaît comme un résultat de la popularité des contenus téléchargés, plus le contenu est téléchargé plus celui-ci est alors accessible et disponible pour l ensemble des utilisateurs. Il s en suit une meilleure QoS d accès pour ces contenus. Cette technique constitue ainsi une manière de mieux satisfaire les besoins des applications et donc finalement d améliorer la qualité de service rendue aux utilisateurs finaux. Traditionnellement, la technique de réplication est utilisée dans des architectures déployées à grandes échelles dans l Internet. Ce type de structure logique, structure de recouvrement (structure Overlay), repose sur les services offerts par des hôtes IP interconnectés par l architecture réseau. Conséquence du fonctionnement dans les architectures de «caching», la réplication est utilisée dans les CDN de façons à améliorer les performances des utilisateurs finaux, sans pour autant avoir quantifié et défini les impacts de cette réplication en terme de qualité de service. Dans la perspective d une telle étude, nous proposons un modèle qui permet de caractériser les structures de recouvrement de façon à pouvoir y étudier les impacts de la réplication sur la qualité de service offerte à l utilisateur final.

Proposition d amélioration de la gestion de la réplication dans des structures de recouvrement Notre deuxième contribution concerne l amélioration et la quantification de l utilisation de la réplication dans les structures de recouvrement. En s appuyant sur les caractéristiques propres à chacune des deux structures de recouvrement (i.e. réseaux de Peerto-Peer et CDN), des solutions pour améliorer les performances d accès aux contenus, mais aussi permettant de quantifier la qualité de service sont proposées. Dans le cadre des réseaux de Peer-to-Peer, cette approche repose sur l utilisation de codes à effacement (notamment utilisés dans les techniques FEC, Forward Error Correction) et permet ici d augmenter la disponibilité d un contenu. L augmentation de cette disponibilité pour tous les «peers» du réseau est étudiée afin de déterminer les gains par rapport aux approches traditionnelles des systèmes de Peer-to-Peer classiques. Dans le cadre des architectures de CDN, une proposition d évolution concernant la gestion des entités de réplication est présentée, en se basant sur le déploiement effectif nécessaire pour obtenir un certain type de garantie. En gérant le nombre de répliquas ainsi que leur placement au sein du réseau de recouvrement selon les besoins réels associés aux contenus, nous montrons qu il est possible de contrôler statistiquement la qualité du service offerte aux utilisateurs tout en optimisant l utilisation de la capacité de stockage répartie offerte par le CDN. Les gains apportés par cette gestion différentiée de la réplication peuvent alors être mis à profit pour le déploiement éventuel d autres contenus. Définition d une architecture de réplication à garantie de qualité de service Notre troisième contribution est la proposition d architecture de réplication gérant la qualité de service. En tirant profit des améliorations obtenues pour chacune des deux types de structures de recouvrement, cette architecture de réplication vient faire l union des résultats obtenus pour les CDN et les réseaux de Peer-to-Peer. Dans ce cadre, la notion de contenu est définie afin de les caractériser et de déterminer quels types sont à même de bénéficier des avantages de la réplication. Pour cela, un modèle de description des contenus utilisant le langage XML est proposé. Les différents modes de communication entre les unités de réplication dans les diverses phases de fonctionnement - configuration, réplication, et distribution - permettent de caractériser complètement cette architecture de réplication à gérant la qualité de service. Etude d une mise en œuvre possible d une architecture de réplication Enfin, une mise en œuvre d une telle architecture de réplication est menée dans le cadre d une étude de cas concernant l utilisation d un service multipoint par satellite pour une application de télévision interactive. Cette étude de cas est issue du projet RNRT DIPCAST. Ce système baptisé MITv, pour Multicast Interactive Television, repose sur le couplage des services traditionnels de diffusion télévisuelle et des services de communication multipoint d un système satellite intégrant une technologie multispot et la commutation embarquée. Plus précisément, l objectif de MITv est de fournir un accès à haute qualité de service aux contenus interactifs associés aux émissions télévisées, tout en minimisant le stockage nécessaire de ces contenus ainsi que les ressources de communication. Ces objectifs sont atteints par l exploitation du service de communication multipoint par satellite afin de déployer les contenus dans les entités de réplication, au plus proche des utilisateurs finaux. Une généralisation de l environnement réseau et la définition d un système communication pour le système MITv a permis de proposer une solution de déploiement d un système de télévision interactive indépendante du réseau de diffusion télévisuelle et compatible avec les architectures réseaux actuellement en place. Une maquette fonctionnelle de ce système a été réalisée et évaluée sur un émulateur réseau reproduisant en temps réel les conditions de fonctionnement du service IP Multicast utilisant la technologie DVB-S/DVB-RCS par

satellite. Le fonctionnement global du système MITv et l intérêt de l architecture de réplication ont ainsi été validés et mesurés. 1.4. ORGANISATION DU DOCUMENT Le Chapitre 2 est constitué d un état de l art des méthodes traditionnelles de gestions de la qualité de service dans l Internet. La réplication, solution alternative et complémentaire aux approches basées sur les protocoles de transport et la gestion des ressources réseaux, est par la suite exposée, puis détaillée dans le cadre des architectures de recouvrement de type CDN et réseaux de Peer-to-Peer dans le Chapitre 3. Ceci est complété par la proposition d un modèle qui caractérise les systèmes de recouvrement afin d y étudier la réplication. Ce modèle est ensuite instancié dans le Chapitre 4 pour les systèmes CDN et Peer-to-Peer. Des propositions d amélioration de gestion de la réplication sont détaillées dans le cadre des deux types d architecture de recouvrement et permettent d obtenir des garanties statistiques de QoS. Une architecture de réplication à garantie de qualité de service est définie dans le Chapitre 5, comme l union des résultats d amélioration obtenus pour les CDN et les réseaux de Peer-to-Peer. Le Chapitre 6 propose une étude de cas possible de déploiement d une architecture de réplication dans le cadre d un système satellite couplant les services traditionnels de diffusion télévisuelles et un service IP multipoint. Le chapitre se termine par une discussion générale sur les gains potentiels des architectures réplication en fonction du déploiement géographique de cette dernière. Finalement, la conclusion présente une synthèse de nos différentes contributions, puis expose les perspectives de nos travaux.

CHAPITRE 2. LA QUALITE DE SERVICE DANS L INTERNET Résumé Ce chapitre introduit la notion de qualité de service dans l Internet. Dans un premier temps, une description de la structure de l Internet est effectuée pour mettre en évidence les problèmes induits par cette structure. La notion de qualité de service dans l Internet est alors introduite en se basant sur les services actuellement disponibles. Les besoins des applications en terme de qualité de service ainsi que les attentes des utilisateurs finaux, ont conduit à la nécessité de gérer cette qualité de service. Les approches classiques développées dans le cadre de l IETF (Internet Engineering Task Force) et des fournisseurs de services réseaux reposant sur la gestion de la couche réseau sont alors détaillées. Les approches étudiant la gestion de la qualité de service au niveau de la couche transport sont étudiées en s intéressant tout d abord aux protocoles de transport traditionnels de l Internet avant de présenter des solutions protocolaires plus récentes répondant à de nouveaux besoins. 2.1. INTRODUCTION La notion de qualité de service (QoS) soulève un intérêt grandissant dans le contexte de l Internet pour la Recherche comme pour les fournisseurs de service Internet. De nombreux travaux de recherche ont mis l accent sur la gestion de la QoS au niveau des protocoles de transport et du réseau, afin de faire converger le réseau vers un support capable de supporter et gérer les demandes des applications temps réels, multimédia, interactive et les demandes des applications de données plus traditionnelles, comme le transfert de fichier ou l email. Cependant la mise en œuvre d une QoS de bout en bout peut paraître complexe à la vue même de la structure sous-jacente de l Internet. La description de cette structure fera l objet du début de ce chapitre. La section suivante définira la notion de QoS dans l Internet et les différents moyens mis en œuvre au niveau des approches réseau et transport pour garantir une QoS de bout en bout avant de conclure sur leurs limitations. 2.2. LA STRUCTURE DE L INTERNET L Internet est constitué des milliers de réseaux interconnectés capables d échanger du trafic de données à l aide du protocole IP. Chaque réseau ayant une autonomie technique et de fonctionnement est nommé «domaine». Les domaines sont interconnectés les uns les autres par des liaisons inter domaines au niveau de points d interconnexion, les «peering point». Pour obtenir un accès à l Internet, un domaine a besoin d un point d interconnexion avec un autre domaine déjà connecté à l Internet. 2.2.1. Le réseau de cœur de l Internet (Internet Backbone) La structure de l Internet est considérée par la plupart des utilisateurs connectés par un fournisseur d accès à Internet (IAP Internet Access Provider) comme une boîte noire ou un vaste nuage où il est possible de se connecter. En effet, cette structure n est pas une entité définie de façon hiérarchique et fixée, mais est plutôt une structure qui a du évoluer avec les mutations du réseau. L infrastructure sous-jacente qui a permis de connecter les utilisateurs à l «Internet Global» est le réseau de cœur, (Internet backbone ou Core Internet). Sa structure et ses capacités ont radicalement changé durant les années pour passer d une capacité de 56Kbps en 1969 avec le réseau ARPANET, à plusieurs Gigabits par seconde aujourd hui avec l Internet actuel. Le réseau de cœur de l Internet est constitué en majorité par les NAP

(Network Access Point) et les NSP (Network Service Provider), les NAP étant des endroits publics où de nombreux domaines échangent leurs trafics et les NSP étant des opérateurs privés qui acheminent et interconnectent les domaines et qui sont connectés à au moins 3 NAP. La topologie de ce réseau de cœur a évolué avec la décision de rendre le réseau Internet public est ouvert au commerce, le faisant passer d une interconnexion de 4 réseaux en 1969 avec ARPANET à une interconnexion de milliers de réseaux regroupés en domaine. 2.2.2. Les différents types de domaine Ces domaines peuvent être classifiés en fonction de leur taille dans l Internet. Un domaine est généralement constitué par un réseau local (LAN) qui peut être constitué d une seule machine dans le cas d un utilisateur particulier ou d un utilisateur mobile jusqu à plusieurs milliers de machines pour des grandes entreprises ou collectivités. Les réseaux d utilisateur sont connectés à l Internet par l intermédiaire de réseaux d accès. Les technologies disponibles et utilisées pour les réseaux d accès sont nombreuses, par exemple le réseau téléphonique commuté, le RNIS (Réseau Numérique à Intégration de Service), les technologies xdsl (x Digital Suscriber Line), le câble, le GPRS (General Packet Radio Service), voire même des solutions dédiées comme des connexions Frame Relay, ATM (Asynchronous Transfert Mode), souvent nommées liaisons spécialisées. Les Fournisseurs de Service Internet (ISP Internet Service Provider) sont les points de références pour tous les domaines et fournissent tous les types de services possibles pour les utilisateurs particuliers ou entreprises. Ces services vont de l interconnexion basique à l Internet jusqu à la distribution spécifique de contenu. Les ISP les plus classiques peuvent être classés selon les catégories suivantes [2] : ASP (Prestataires de service d application, Application Service Provider) : Les fournisseurs de service d applications qui offrent l accès aux utilisateurs à des applications et au support relatif, par exemple le e-business, l e-mail ou même les services de jeux. HSP (Prestataires de service d hébergement, Hosting Service Provider) : Les fournisseurs de service d hébergement, qui offrent des espaces de stockages et les services de publications pour les contenus web des utilisateurs. SSP (Prestataires de service de stockage, Storage Service Provider) : Les fournisseurs de service de stockage sont des xsps qui offrent aux sociétés des solutions de stockage et de connexion permettant d externaliser leurs données et la gestion. WSP (Prestataires de services sans-fil, Wireless Service Provider) : Les fournisseurs de service sans-fil qui offrent un accès sans-fil a l Internet pour les utilisateurs nomades par l intermédiaire de leurs téléphones cellulaires ou de leurs LapTop. NSP (Prestataires de services réseaux, Network Service Provider) : Les fournisseurs de service réseaux, ils sont le compromis entre des sociétés de télécommunications et des sociétés de transports de données. Ils interconnectent les autres types de prestataires. Les fournisseurs de service Internet peuvent aussi être classés en «Tiers» en fonction de la taille de leur réseau et du nombre d abonnés. Ce type de classement est très utilisé aux Etat-Unis. Aussi avec cette vision il existe 3 types d ISP : Tier-1 (mondial ou national) : Ils sont de très grands fournisseurs, ils possèdent des réseaux d envergure nationale ou internationale avec plus d 1 million d abonnés. Il n y a par exemple qu une dizaine de Tier-1 aux Etat-Unis [3]. Le

concept de Tier-1 est similaire au concept de NSP bien que ces derniers ne possèdent pas leurs propres abonnés. L ISP Tier-1 possède un accès à l Internet mondial et n a pas besoin d acheter une connexion à un NSP. Tier-2 (régional) : Les ISP Tier-2 possèdent des réseaux d envergure régionale avec un capacité maximale autour de 50000 abonnés. Interconnectés à un ISP Tier-1 ils peuvent offrir des services nationaux à leurs abonnés. Tier-3 (local) : Ce sont les ISP les plus modestes, ils offrent des services locaux basiques. 2.2.3. L interconnexion de domaine Afin de remplir sa fonction de connectivité pour ses utilisateurs, un domaine doit être connecté à d autres domaines. Cette interconnexion de domaine est la topologie même de l Internet. La topologie de l Internet global est loin d être simple car celle-ci est constituée par le maillage assez désorganisé des domaines nationaux, régionaux et locaux. Dans la plupart des cas être connecté à un domaine qui est déjà connecté par un seul point à l Internet suffit pour obtenir la connectivité avec les autres domaines. Cependant dans un souci de fiabilité, de robustesse et de performances certains domaines peuvent posséder plusieurs points de connexion avec différents domaines. Le modèle le plus simple d interconnexion pour représenter la structure de l Internet est un modèle purement hiérarchique comme le montre la Figure 2.2-1. Dans ce modèle, les ISP Tier-3 sont connectés aux ISP Tier-2 qui sont connectés au ISP nationaux Tier-1 qui sont eux-mêmes directement interconnectés. Trois scénarii sont alors représentés sur la Figure 2.1. Les utilisateurs E et F sont abonnés au même ISP Local. Lors d une communication entre ces deux hôtes le trafic généré reste donc un trafic local à l ISP. Les utilisateurs A et B sont des abonnés de 2 différents ISP locaux qui sont interconnectés par un ISP régional. Lors d une communication ente A et B le trafic généré traverse donc une zone plus importante et doit ainsi être routé par un nombre plus important de routeurs. Enfin le cas le plus complexe, des utilisateurs C et D qui sont abonnés à des ISP locaux différents où le trafic doit être routé jusqu aux ISP nationaux avant de pouvoir être expédié à l hôte de destination par l intermédiaire de l ISP régional et local correspondant. Dans ce cas même si les deux utilisateurs habitent dans la même ville, le trafic entre eux peut parcourir des milliers de kilomètres. Figure 2.2-1. Interconnexion hiérarchique des ISP dans l'internet