目前,因特网成为社会经济发展和科技创新的重要信息基础设施。但传统的Internet面临安全性、移动性和服务质量等技术挑战时,往往采用“打补丁”的方式破解困境,这种方式严重阻碍了创新型网络的部署和实施。因此,学术界将虚拟化技术运用到网络体系架构,并逐步形成和完善了网络虚拟化技术。网络虚拟化技术被认为是构建下一代互联网的重要支撑技术之一。虚拟路由器是网络虚拟化技术中重要支撑点,学术界对此展开深入地研究。虚拟路由器研究方向聚焦在软件路由器方面,即采用系统虚拟化技术实现虚拟路由器。系统虚拟化技术初衷是面向桌面系统和服务器,无法提供与当前商用路由器可比拟的转发性能。所以,研究高性能路由器设备如何支持网络虚拟化技术,具有广阔的应用前景和研究意义。本文针对现有虚拟路由器转发平面模型存在的不足,提出了一种可重构的虚拟路由器转发平面模型。该模型通过引入VRI-API和模块化思想,允许服务提供商根据客户需求调用VRI-API接口函数定制所需功能组件,并将它们组装成转发平面实例。这不仅使转发平面实例具有良好的移植性和扩展性,而且提高了功能组件的利用率和转发平面实例开发的效率。通过研究虚拟路由器中资源调度算法,提出了一种基于历史转发开销的资源调度算法,用来确保转发平面实例资源共享的公平性。该算法通过统计转发平面实例最近?次报文转发开销来计算出它的优先级,并确定转发平面实例调度顺序。通过实验模拟仿真,基于历史转发开销的资源调度算法在确保虚拟路由器资源共享的公平性方面存在明显优势。最后,通过分析报文处理路径中I/O开销的主要来源,设计并实现了一种基于队列的报文处理路径优化机制。该机制能够提取报文头部关键信息,在不失灵活性和扩展性前提下,降低了报文处理路径中I/O开销。通过模拟实验分析:该优化机制能够有效地降低I/O资源开销,提高虚拟路由器转发速度和资源利用率,尤其在处理KB级别报文时。