Vers un réseau programmable : SDN

État actuel des réseaux

Les réseaux à grande échelle sont coûteux à exploiter et les fournisseurs de services sont toujours à la recherche des moyens pour réduire leur capital et les coûts opérationnels, ceci s’explique par l’explosion des différentes technologies, tel que la virtualisation des serveurs, du stockage, ou encore des postes de travail et l’apparition de l’informatique en nuage, mais avec toutes ces innovations, nous rencontrons toujours les problèmes de l’incapacité à faire évoluer les réseaux physiques aussi vite que les montées en charge, ou encore une limitation dans le déploiement automatique des ressources dans des environnements multi-clients. Dans ce chapitre, nous présentons les technologies des réseaux qui sont utilisées actuellement tel que l’informatique en nuage, la virtualisation, le cloud, et le besoins d’avoir un réseau programmable.

Un nuage contient un réseau qui relie un grand nombre d’ordinateurs et de ressources informatiques , mais peu importe ce qu’il y a dedans, car l’utilisateur n’a pas à le savoir , l’essentiel est d’obtenir le service demandé [1]. Selon la définition la plus communément admise, l’informatique en nuage est un modèle pratique, permettant d’établir un accès par le réseau à un réservoir partagé de ressources informatiques configurables (par exemple, réseaux, serveurs, stockage, applications et services ) qui peuvent être rapidement mobilisées et mises à disposition [1]. Les entreprises peuvent utiliser les technologies de l’informatique en nuage pour fournir l’information, ce qui optimise l’utilisation des équipements, augmente la flexibilité et la rapidité et réduit les dépenses en capital. Les technologies de l’informatique en nuage facilitent l’accès des particuliers aux informations et aux contenus en ligne et offrent une plus grande intéractivité [1]. L’utilisation de l’informatique en nuage diffère en fonction des utilisateurs. Les particuliers utilisent en général cette technologie pour les services de messagerie électronique, de stockage de fichiers, de partage d’informations, de paiement et de diffusion des flux de musique et de vidéo [1]. Les entreprises l’utilisent principalement pour les activités de bureautique de base, la collaboration, la gestion de projet et la création d’applications personnalisées [1].

Un besoin de réseau programmable

Au début de l’ingénierie des réseaux, il y avait juste un simple Ethernet ou des règles IP à gérer et le réseau était statique, mais aujourd’hui, les exigences du réseau deviennent de plus en plus complexes, les réseaux sont devenus de plus en plus dynamiques et de nouveaux concepts pour dissocier le contrôle et les données sont développés pour répondre à ces limitations [2]. En effet, les réseaux doivent être réactifs et élastiques car de nombreux ordinateurs sont connectés, déplacés ou déconnectés tel que les réseaux sans fil et service à la demande du Cloud computing [2]. En même temps, il est nécessaire de disposer de périphériques réseau (commutateurs, routeurs) de plus haut niveau et ces périphériques doivent être configurés séparément et proviennent souvent de fournisseurs différents (et donc d’utiliser des commandes propres au constructeur) [2], et les ingénieurs de réseau doivent faire face à de plus en plus de complexité dans le routage et la gestion des flux, car les flux circulants changent et évoluent rapidement. Par conséquent, il est difficile de gérer les réseaux et d’appliquer efficacement de nouvelles politiques, car chaque périphérique fonctionne sur un protocole d’un niveau donné et doit être configuré de manière appropriée les uns avec les autres. Donc, il n’est pas facile d’ajouter une règle parce qu’il n’y a pas de moyen standardisé de le faire, mais aussi parce qu’il peut entrer en conflit avec l’un des nombreux appareils sur le chemin. En outre, les règles étaient initialement destinées à être statiques et donc le réseau est statique et mal adapté aux besoins et technologies actuels [2]. Alors, cette série de questions et de difficultés nous montre qu’il faut trouver une solution d’automatisation adaptée aux défis de réseau, c’est le réseau programmable.

Messages asynchrones

Les messages asynchrones sont émis par le commutateur au contrôleur sans que le commutateur ait été sollicité par le contrôleur. Par exemple, on peut citer le message PACKET_IN qui est utilisé par le commutateur pour passer les paquets de données au contrôleur pour leur prise en charge (lorsque aucune entrée de flux ne correspond au paquet entrant ou lorsque l’action de l’entrée correspondante spécifie que le paquet doit être relayé au contrôleur) [6]. Si le commutateur dispose d’une mémoire suffisante pour mémoriser les paquets qui sont envoyés au contrôleur, les messages PACKET-IN contiennent une partie de l’en-tête (par défaut 128 octets) , les commutateurs qui ne supportent pas de mémorisation interne (ou ne disposant plus de mémoire) émettent le paquet entier au contrôleur dans le message PACKET-IN [6]. Le commutateur peut informer le contrôleur qu’une entrée de flux a été supprimée de la table de flux via le message FLOW_REMOVED. Cela survient lorsque aucun paquet entrant n’a de correspondance avec cette entrée pendant un temporisateur spécifié par le contrôleur lors de la création de cette entrée au niveau de la table de flux du commutateur [6]. Le message PORT_STATUS est utilisé afin de communiquer un changement d’état du port (le lien est hors service). Finalement le commutateur utilise le message ERROR pour notifier des erreurs au contrôleur [6].

Réalisation d’une application SDN « gestion des VLANS » Pour débuter, il est important de comprendre ce qu’est un VLAN. Le terme «LAN» est utilisé pour désigner un réseau local [22], la lettre V en avant du terme «LAN» signifie «virtual» , alors un VLAN est un réseau local virtuel. Le concept de VLAN est utilisé afin d’avoir plusieurs réseaux indépendants sur le même équipement réseau. Cela évite d’avoir des équipements réseaux différents dans une entreprise lorsque nous voulons que deux départements ou fonctionnalités ne soient pas sur le même réseau ou vu l’un de l’autre. Pour des fins de sécurité, cela est très pratique [22]. Le meilleur exemple que nous pouvons donner c’est celui d’une entreprise qui possède un système téléphonique IP et qui ne veut pas que l’ensemble de son réseau informatique ait une influence sur la qualité de celui-ci. Alors, un réseau virtuel sera créé pour la téléphonie IP et un autre pour les ordinateurs [22]. Il est possible de faire cohabiter plusieurs VLAN sur un même équipement réseau. Il est également possible de faire communiquer deux VLAN ensemble [22].

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Table des matières

Introduction générale
PARTIE I : État de l’art des technologies de réseaux
Chapitre I : État actuel des réseaux
I.1 Introduction
I.2 L’informatique en nuage
I.3 La Virtualisation
I.4 Cloud computing
I.4.1 Caractéristiques du cloud
I.5 Un besoin de réseau programmable
I.6 Conclusion
Chapitre II : Vers un réseau programmable : SDN
II.1 Introduction
II.2 Définition et Architecture du SDN
II.2.1 Architecture SDN
II.3 Avantages du SDN
II.3.1 Réseaux programmables
II.3.2 Flexibilité
II.3.3 Politique unifiée
II.3.4 Routage
II.3.5 Gestion du Cloud
II.3.6 Simplification matérielle
II.4 Le protocole OpenFlow dans l’architecture SDN
II.4.1 La genèse d’OpenFlow
II.4.2 Structure d’un commutateur OpenFlow
II.4.3 Table de flux
II.4.4 Messages OpenFlow
II.4.4.1 Messages symétriques
II.4.4.2 Messages asynchrones
II.4.4.3 Messages contrôleur-commutateur
II.5 Quelques Contrôleurs SDN
II.5.1 NOX
II.5.2 POX
II.5.3 Beacon
II.5.4 Floodlight
II.5.5 OpenDaylight
II.6 Conclusion
PARTIE II : Mise en place d’un réseau SDN
Chapitre III : Contribution 1 : Évaluation des performances de Floodlight et Opendaylight
III.1. Introduction
III.2 Émulateur du réseau Mininet
III.2.1 Configuration utilisée
III.2.2 Fonctionnement de base du Mininet
III.2.2.1 Création d’une topologie avec la ligne de commande
III.2.2.2 Topologies personnalisées
III.3 Open vSwitch
III.3.1 Interagir avec Open vSwitch
III.4 Contrôleur SDN
III.4.1 Floodlight et Opendaylight
Fonctionnalité de base des 2 contrôleurs
Comparaison de floodlight et opendaylight
III.4.2 Évaluation des performances de Floodlight et Opendaylight
Tests de latence
Tests de débit
Discussion
III.5 Conclusion
Chapitre IV : Contribution 2 : Réalisation d’une application SDN « getion de VLAN »
IV.1 Introduction aux VLANs
IV.2 Intérêt des VLANs
IV.3 Difficulté des vlans dans les réseaux traditionnels
IV.4 Le SDN, pour une gestion simple des VLANs
IV.5 Implémentation d’une application de gestion des VLANs avec SDN
IV.5.1 Mettre en place une topologie à l’aide du Mininet
IV.5.1.1 Création de topologie avec Mininet
a.Scenario 1
b.Scenario 2
IV.5.1.2 Contrôleur Floodlight
IV.5.2 Conception et développement d’une application de gestion de VLAN
IV.5.2.1 Présentation de l’application
IV.5.2.2 Fonctionnement du VLAN
IV.6 Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie
Annexe 1 : Installation du floodlight.
Annexe 2 : Installation du Mininet .
Annexe 3 : Comparaison entre Floodlight et Opendaylight.
Liste des Figures
Liste des Tableaux