Internet: bâtir de nouveaux réseaux… virtuels!

La multiplication des appareils mobiles met une pression énorme sur le réseau Internet, qui n'a pas été conçu pour répondre à une telle demande. Au laboratoire d'Omar Cherkaoui, on cherche des solutions.

13 Novembre 2013 à 9H05

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Illustration: Nicolas Ménard

Textos, photos, vidéos. D'immenses quantités de données circulent sans relâche à partir de nos ordinateurs portables, tablettes et téléphones intelligents. De 100 Go par seconde en 2002, le trafic Internet mondial est passé à 12 000 Go/s en 2012 et devrait atteindre 35 000 Go/s  en 2017. D'ici quatre ans, on prévoit que le nombre d'appareils connectés au réseau Internet égalera trois fois la population mondiale, que le nombre de données échangées à partir d'appareils mobiles sera multiplié par 13, et que les données échangées à partir d'appareils sans fil surpasseront celles provenant d'appareils filaires. «Nous en demandons toujours plus au réseau, surtout depuis l'avènement de l'infonuagique, note Omar Cherkaoui, professeur au Département d'informatique de l'UQAM. À la maison, au travail, au chalet ou même sur la route, nous voulons que tous nos appareils fonctionnent en réseau, à toute heure du jour.»

L'infonuagique – ou cloud computing, en anglais – permet aux personnes et aux entreprises d'accéder à de l'espace de stockage de données, à des logiciels et à du matériel gérés par un fournisseur, n'importe où dans le monde. Le nez collé sur notre téléphone cellulaire, nous oublions à quel point notre utilisation d'Internet a évolué au cours des dernières années… Nous ne réalisons pas que toutes ces données qui voyagent entre différents terminaux mettent beaucoup de pression sur le réseau. «Ce n'est pas la quantité en soi qui pose problème, précise le chercheur, mais plutôt la complexité des tâches que nous exigeons du réseau, car ses infrastructures n'ont pas l'agilité requise pour gérer autant de formats différents – textes, photos et vidéos – à acheminer à différents appareils.»

Jusqu'à maintenant, on a surtout cherché à augmenter la puissance du réseau. Pour qu'il soit mieux adapté à ce que l'on attend maintenant de lui, il faut le métamorphoser. Depuis quelques années, le professeur Cherkaoui travaille à bâtir les équipements du futur réseau Internet en compagnie d'étudiants aux cycles supérieurs et de stagiaires au sein du Laboratoire de recherche en téléinformatique et réseaux (LTIR) qu'il dirige. Et il a réussi à attirer l'attention des plus grands spécialistes de la Silicon Valley!

Des nœuds et des liens

«Un réseau est composé de nœuds et de liens qui permettent d'acheminer les données à bon port, explique Omar Cherkaoui. Dans notre langage, on appelle ces nœuds et ces liens des routeurs et des commutateurs (switches).» Auparavant, le comportement de ceux-ci était prédéterminé par le fabricant de ces pièces. La solution pour transformer le réseau Internet passait par la reconfiguration des routeurs et des commutateurs. Il fallait pouvoir modifier leur comportement selon les besoins de chaque utilisateur. Mais comment faire? «Les ordinateurs d'aujourd'hui – tellement puissants, rapides et facilement programmables – peuvent désormais servir aussi de routeurs et de commutateurs, poursuit le directeur du LTIR. Nous pouvons changer le comportement d'un routeur ou d'un commutateur à l'aide d'un logiciel; c'est ce que l'on appelle  la solution SDN, pour Software Defined Networks

«Pour répondre au besoin de l'infonuagique, il est impératif de dématérialiser le réseau.»

omar cherkaoui

Professeur au Département d'informatique

Puisque le LTIR était l'une des rares équipes nord-américaines hors de la Silicon Valley à maîtriser la conception de la technologie SDN, le professeur Cherkaoui a obtenu le feu vert de son partenaire financier, Ericsson, pour développer un commutateur en collaboration avec Ericsson Montréal, Inocybe Technologies et l'École Polytechnique de Montréal. «Nous avons créé un commutateur SDN qui possède une espèce d'intelligence, qui se reprogramme à volonté et qui permet de traiter de manière flexible les données à l'ère de l'information nuagique, en fonction des besoins de réseautage spécifiques, que ce soit pour les centres de données commerciaux, comme Google, les fournisseurs de services de réseau ou les organisations qui veulent déployer des solutions de réseautage durables», explique-t-il.

Les travaux du LTIR ne sont pas passés inaperçus. «Le lendemain de la diffusion de notre découverte, en juillet 2011, des gens de Google ont démarré un projet semblable à l'interne», raconte le professeur.

Le LTIR et ses partenaires ont légué les droits et le savoir-faire concernant le commutateur à une entreprise dérivée fondée en 2012 et baptisée NoviFlow. Les intérêts de l'UQAM dans Noviflow sont gérés par Gestion Valéo, la société de valorisation de la recherche universitaire. Le commutateur de Noviflow, qui fonctionne avec des processeurs ultra-puissants, permet aux centres de données de développer un réseau à haut débit dont le comportement est modifiable à souhait, c'est-à-dire que chaque client sur le réseau peut mettre en place ses propres configurations adaptées à ses besoins.

Dématérialiser le réseau

Si la solution SDN a permis d'améliorer la flexibilité du réseau,  la vraie solution pour le métamorphoser en profondeur et de façon viable est la virtualisation, affirme Omar Cherkaoui. «Ça fait plus de 20 ans que les appareils misent sur la virtualisation pour l'échange de données, avec une accélération marquée depuis 10 ans grâce à l'infonuagique, explique-t-il. Mais les nœuds de communication du réseau n'ont jamais été virtualisés. Or, pour répondre au besoin de l'infonuagique, il est impératif de dématérialiser le réseau.»

«Avec des routeurs et des commutateurs virtuels, chacun pourrait programmer son réseau comme il le désire.»

C'est l'objectif du projet Netvirt. Ce projet de recherche, sur lequel le LTIR travaille depuis cinq ans avec l'équipe qui a créé le commutateur SDN, entrera dans sa seconde phase en janvier 2014, avec désormais comme unique partenaire la multinationale Ericsson.

La virtualisation consiste à créer des réseaux parallèles  en utilisant plusieurs nœuds de communication virtuels à partir du même équipement physique. Compliqué tout cela? Pensez à un ordinateur personnel sur lequel peuvent fonctionner en parallèle différents systèmes d'exploitation: Windows, Mac OS, Linux. «Au niveau du réseau, c'est ce qu'on appelle la mutualisation de l'infrastructure physique, précise Omar Cherkaoui. Nous y sommes parvenus grâce à un routeur virtuel, c'est-à-dire un logiciel que nous installons sur un routeur physique et qui permet, en le démultipliant, de créer des réseaux indépendants les uns des autres.» Jusqu'à maintenant, le LTIR est parvenu à générer jusqu'à 15 réseaux virtuels à partir d'un réseau physique.

On en est encore au stade expérimental, mais plusieurs entreprises pourraient profiter de ce genre de découverte. Pensons notamment aux fournisseurs de téléphonie et d'Internet. Au Québec, Bell partage ses infrastructures avec ses concurrents – Télus, Rogers, Vidéotron, etc. «Tous ces partenaires sont tributaires du réseau de Bell et ne peuvent le modifier à leur guise, note le chercheur. Avec des routeurs et des commutateurs virtuels, chacun pourrait programmer son réseau comme il le désire.» 

Une solution verte…

«D'ici cinq ans, un Internet nouveau sera là. Un Internet plus souple, plus polyvalent, plus rapide et surtout plus vert», avait déclaré Omar Cherkaoui lors d'une conférence au Cœur des sciences de l'UQAM, en 2010. Trois ans plus tard, il maintient ses prévisions. «Le cloud a complètement modifié le visage d'Internet, dit-il. C'est une solution verte, car tout est sur le point d'être dématérialisé. Il n'y aura bientôt presque plus rien sur nos ordinateurs: les applications seront sauvegardées dans des centres de données et seront partagées par plusieurs utilisateurs. Un seul fichier partagé par un milliard d'utilisateurs? Voilà une sacrée économie!»

«Il est à peu près impossible de pirater un réseau virtuel. Une tentative de piratage se heurtera toujours à la création d'un nouveau réseau en parallèle.»

Le partage de données a toutefois un coût. Nos téléphones intelligents et autres tablettes ne sont pas des plus énergivores. Mais toutes les données qui circulent sur le réseau pour les alimenter en temps réel nécessitent des infrastructures qui le sont énormément. Actuellement, les centres de traitement de données (data centers) des géants de l'informatique comme Amazon, Google, Facebook ou Microsoft abritent des dizaines de milliers de serveurs, lesquels engloutissent des quantités faramineuses d'énergie. Selon Greenpeace, ces centres de données consommeraient 2 % de l'énergie mondiale, entraînant de larges émissions de CO2.

Dans de nombreux pays, l'électricité utilisée pour alimenter ces «fermes de serveurs» vient du charbon et du nucléaire. Plusieurs acteurs de l'industrie font d'ailleurs des efforts pour se tourner vers des énergies renouvelables. «La virtualisation des réseaux permettrait aux centres de données de réduire leur consommation d’énergie, note Omar Cherkaoui. Les réseaux virtuels consomment moins d'énergie et ils ne sont jamais utilisés à 100 % de leur capacité.»

… et plus sécuritaire!

Dans la foulée du 11 septembre 2001, le gouvernement américain a obligé les entreprises américaines cotées en bourse à dupliquer – à la minute près – leurs données dans un lieu situé à plus de 500 km de leur centre de données original. Mais rien de semblable n'est fait pour les réseaux, qui sont toujours vulnérables.

Si la solution proposée par le LTIR fait boule de neige, les réseaux virtuels créés dans l'avenir seront beaucoup plus sécuritaires, assure Omar Cherkaoui. «Il est à peu près impossible de pirater un réseau virtuel. Une tentative de piratage se heurtera toujours à la création d’un nouveau réseau en parallèle qui prendrait le relais, laissant les pirates en plan sur un réseau déserté. Voilà pourquoi nous tenons un bon filon.»

Quand on lui demande si son équipe a une longueur d'avance sur le reste de la planète, Omar Cherkaoui sourit. «Impossible de le savoir, conclut-il. Si on se fie à ce qu'il y a sur le marché, oui, car il n'y a aucune trace de routeur virtuel. Mais qui sait ce qui se déroule dans les autres laboratoires à travers le monde?»

 

Source :
INTER, magazine de l’Université du Québec à Montréal, Vol. 11, no 2, automne 2013.

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