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Theses Year : 2021

Efficient Rules Management Algorithms in Software Defined Networking

Algorithmes efficaces de gestion des règles dans les réseaux définis par logiciel

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Abstract

In software-defined networks (SDN), the filtering requirements for critical applications often vary according to flow changes and security policies. SDN addresses this issue with a flexible software abstraction, allowing simultaneous and convenient modification and implementation of a network policy on flow-based switches. With the increase in the number of entries in the ruleset and the size of data that traverses the network each second, it remains crucial to minimize the number of entries and accelerate the lookup process. On the other hand, attacks on Internet have reached a high level. The number keeps increasing, which increases the size of blacklists and the number of rules in firewalls. The limited storage capacity requires efficient management of that space. In the first part of this thesis, our primary goal is to find a simple representation of filtering rules that enables more compact rule tables and thus is easier to manage while keeping their semantics unchanged. The construction of rules should be obtained with reasonably efficient algorithms too. This new representation can add flexibility and efficiency in deploying security policies since the generated rules are easier to manage. A complementary approach to rule compression would be to use multiple smaller switch tables to enforce access-control policies in the network. However, most of them have a significant rules replication, or even they modify the packet's header to avoid matching a rule by a packet in the next switch. The second part of this thesis introduces new techniques to decompose and distribute filtering rule sets over a given network topology. We also introduce an update strategy to handle the changes in network policy and topology. In addition, we also exploit the structure of a series-parallel graph to efficiently resolve the rule placement problem for all-sized networks intractable time.
Au sein des réseaux définis par logiciel (SDN), les exigences de filtrage pour les applications critiques varient souvent en fonction des changements de flux et des politiques de sécurité. SDN résout ce problème avec une abstraction logicielle flexible, permettant la modification et la mise en \oe{}uvre simultanées et pratiques d'une politique réseau sur les routeurs. Avec l'augmentation du nombre de règles de filtrage et la taille des données qui traversent le réseau chaque seconde, il est crucial de minimiser le nombre d'entrées et d'accélérer le processus de recherche. D'autre part, l'accroissement du nombre d'attaques sur Internet s'accompagne d'une augmentation de la taille des listes noires et du nombre de règles des pare-feux. Leur capacité de stockage limitée nécessite une gestion efficace de l'espace. Dans la première partie de cette thèse, nous proposons une représentation compacte des règles de filtrage tout en préservant leur sémantique. La construction de cette représentation est obtenue par des algorithmes raisonnablement efficaces. Cette technique permet flexibilité et efficacité dans le déploiement des politiques de sécurité puisque les règles engendrées sont plus faciles à gérer. Des approches complémentaires à la compression de règles consistent à décomposer et répartir les tables de règles, pour implémenter, par exemple, des politiques de contrôle d'accès distribué. Cependant, la plupart d'entre elles nécessitent une réplication importante de règles, voire la modification des en-têtes de paquets. La deuxième partie de cette thèse présente de nouvelles techniques pour décomposer et distribuer des ensembles de règles de filtrage sur une topologie de réseau donnée. Nous introduisons également une stratégie de mise à jour pour gérer les changements de politique et de topologie du réseau. De plus, nous exploitons également la structure de graphe série-parallèle pour résoudre efficacement le problème de placement de règles.
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Dates and versions

tel-03508140 , version 1 (03-01-2022)

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  • HAL Id : tel-03508140 , version 1

Cite

Ahmad Abboud. Efficient Rules Management Algorithms in Software Defined Networking. Computer Science [cs]. Université de Lorraine, 2021. English. ⟨NNT : 2021LORR0243⟩. ⟨tel-03508140⟩
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