AcceCuts : un algorithme de classification de paquets conçu pour

UNIVERSIT´ E DE MONTR´ EAL
ACCECUTS : UN ALGORITHME DE CLASSIFICATION DE PAQUETS CON ¸CU POUR
TRAITER LES NOUVEAUX PARADIGMES DES R´ ESEAUX D´ EFINIS PAR LOGICIEL
THIBAUT STIMPFLING
D´ EPARTEMENT DE G´ ENIE ´ ELECTRIQUE
´
ECOLE POLYTECHNIQUE DE MONTR´ EAL
M´ EMOIRE PR´ ESENT´ E EN VUE DE L’OBTENTION
DU DIPL ˆ OME DE MAˆ ITRISE ` ES SCIENCES APPLIQU´ EES
(G´ ENIE ´ ELECTRIQUE)
D´ ECEMBRE 2013
c
°Thibaut Stimpfling, 2013.

UNIVERSIT´ E DE MONTR´ EAL
´
ECOLE POLYTECHNIQUE DE MONTR´
EAL
Ce m´emoire intitul´e :
ACCECUTS : UN ALGORITHME DE CLASSIFICATION DE PAQUETS CON ¸CU POUR
TRAITER LES NOUVEAUX PARADIGMES DES R´ ESEAUX D´ EFINIS PAR LOGICIEL
pr´esent´e par : STIMPFLING Thibaut
en vue de l’obtention du diplˆome de : Maˆıtrise `es sciences appliqu´ees
a ´et´e dˆument accept´e par le jury d’examen constitu´e de :
M. FRIGON Jean-Fran¸cois, Ph.D., pr´esident
M. SAVARIA Yvon, Ph.D., membre et directeur de recherche
M. CHERKAOUI Omar, Ph.D., membre et codirecteur de recherche
Mme SANS ` O Brunilde, Ph.D., membre

iii
Au partage de la connaissance . . .

iv
REMERCIEMENTS
Je tiens `a remercier l’ensemble des personnes qui m’ont permis de mener `a bien mes
travaux de maˆıtrise, que cela soit de mani`ere directe ou non. Je souhaite remercier tout
d’abord mon directeur de recherche, le professeur Yvon Savaria, pour m’avoir ´ecout´e, conseill´e,
et de m’avoir fait confiance. J’aimerais aussi remercier mon co-directeur de recherche, le
professeur Omar Cherkaoui, pour m’avoir aid´e `a bien des ´egards, et notamment afin de faire
murir ma r´eflexion sur le travail que je r´ealisais.
J’aimerais adresser mes remerciements `a Normand B´elanger, qui a toujours ´et´e l`a pour
m’aider, et me donner d’innombrables conseils, et avec lequel j’ai eu de tr`es nombreuses
discussions, techniques ou non, mais au combien int´eressantes !
Je souhaiterais remercier les professeurs Brunilde Sans`o et Jean-Fran¸cois Frigon pour leur
participation au jury en charge de l’´evaluation.
J’aimerais remercier les personnes qui m’ont permis de travailler avec du mat´eriel infor-
matique fonctionnel, et qui ont corrig´e de nombreux bugs ; R´ejean Lepage ainsi que Jean
Bouchard. De mˆeme je tiens `a remercier les diff´erentes personnes qui m’ont aid´e au ni-
veau administratif, Marie-Annick Laplante, Louise Cl´ement, Nathalie L´evesque et Ghyslaine
Ethier-Carrier.
J’ai une pens´ee pour les ´etudiantEs avec lesquel(lE)s j’ai partag´e le local de recherche,
Mona, David, Meng, Federico, et avec lesquels j’ai partag´e la peine et la joie de tout ´etudiantE
aux cycles sup´erieurs. Une pens´ee toute particuli`ere va au comit´e Poly Party, et notamment `a
ceux et celles qui doutaient que je termine un jour ma maˆıtrise ! Je remercie aussi mes amiEs
rencontr´eEs `a Polytechnique et avec lesquels j’ai pass´e tant de bons moments.
Je tiens tout particuli`erement `a remercier mes amiEs et camarades de l’UQAM, avec qui
j’ai pass´e tant de temps (et de moments inoubliables), qui m’ont ouvert `a d’autres enjeux, et
au travers desquellEs j’ai beaucoup appris.
Je remercie mes collocatairEs de les avoir rencontr´eEs !
Enfin je tiens `a remercier mes parents, et ma soeur qui m’ont soutenus, et qui n’ont jamais
cesser de m’encourager.

v
R´ ESUM´ E
La classification de paquets est une ´etape cruciale et pr´eliminaire `a n’importe quel traite-
ment au sein des routeurs et commutateur r´eseaux (“switch”). De nombreuses contributions
sont pr´esentes dans la litt´erature, que cela soit au niveau purement algorithmique, ou ayant
men´e `a une impl´ementation. N´eanmoins, le contexte ´etudi´e ne correspond pas au virage du
Software Defined Networking (SDN, ou r´eseau d´efini par logiciel) pris dans le domaine de la
r´eseautique. Or, la flexibilit´e introduite par SDN modifie profond´ement le paysage de la clas-
sification de paquets. Ainsi, les algorithmes doivent `a pr´esent supporter un tr`es grand nombre
de r`egles complexes. Dans le cadre de ce travail, on s’int´eresse aux algorithmes de classifica-
tion de paquets dans le contexte de SDN. Le but est d’acc´el´erer l’´etape de classification de
paquets et de proposer un algorithme de classification, capable d’offrir des performances de
premier plan dans le contexte de SDN, mais aussi, offrant des performances acceptables dans
un contexte classique. A cet ´egard, une ´evaluation d’EffiCuts, un des algorithmes offrant la
meilleure performance, est effectu´ee dans un contexte de SDN. Trois optimisations sont pro-
pos´ees ; leAdaptive grouping factor qui permet d’adapter l’algorithme aux caract´eristiques de
la table de classification utilis´ee, le Leaf size modulation, visant `a d´eterminer la taille optimale
d’une feuille dans le contexte de SDN et enfin, une modification de l’heuristique utilis´ee pour
d´eterminer le nombre de d´ecoupe `a effectuer au niveau de chacun des nœuds, permettant de
r´ealiser un nombre de d´ecoupes r´eduit. Ces trois optimisations permettent une augmentation
des performances substantielle par rapport `a EffiCuts. N´eanmoins, de nombreuses donn´ees
non pertinentes demeurent lues. Ce probl`eme, inh´erent `a certains algorithmes utilisant des
arbres de d´ecision (plus pr´ecis´ement HiCuts et ses descendants), tend `a ajouter un nombre
significatif d’acc`es m´emoire superflus. Ainsi, un nouvel algorithme, est propos´e. Cet algo-
rithme nomm´e AcceCuts, s’attaque `a l’ensemble des probl`emes identifi´es. Ce dernier reprend
les optimisations pr´ec´edentes, et ajoute une ´etape de pr´etraitement au niveau de la feuille,
permettant d’´eliminer les r`egles non pertinentes. Une modification majeure de la structure
des feuilles, ainsi que de la technique du parcours de l’arbre de d´ecision est donc pr´esent´ee.
AcceCuts augmente les performances de mani`ere substantielle. Ainsi, AcceCuts diminue le
nombre d’acc`es m´emoire moyen par un facteur 3, tout en diminuant la taille de la structure de
donn´ee g´en´er´ee de 45% par rapport `a EffiCuts. AcceCuts permet donc d’am´eliorer l’efficacit´e
de la classification dans le contexte de SDN, tout en performant mieux que les algorithmes
pr´esents dans la litt´erature, dans un contexte classique.