软件定义网络（Software Defined Network,SDN）架构借助于转控分离的设计思路,让网络逐步具备可编程能力。而决定网络可编程能力的关键在于数据平面的可编程程度。随着芯片技术的发展,可编程数据平面（Programmable Data Plane,PDP）的设想也逐渐变为可能,但其高度灵活的特性也带来了一些资源管理上的难题。尤其是流表资源作为可编程数据平面中的重要资源,随着数据平面可编程能力的提升,流表资源管理也愈发困难。因为PDP交换机可以支持用户自定义流表宽度,如果对PDP交换机的流表资源管理不当则会导致严重的流表资源碎片化。交换机上流表空间不足的问题也并不是PDP交换机所特有的,硬件快速存储资源在交换机中一直都很有限。同时PDP设备的高性能也能给虚拟网络功能服务链（virtual Network Function Service Chain,vNF-SC）带来极大的处理性能提升。将服务链上的vNF从虚拟机迁移到PDP交换机或者智能网卡上,不仅能降低服务链上vNF的处理延时,而且能减少路径跳数。不过考虑实际网络部署情况,将PDP设备的高昂部署成本纳入问题约束是必要的。在成本约束下,只有协同考虑PDP设备的部署方案以及vNF-SC的优化部署问题,才能实现可编程数据平面资源的最大程度优化管理利用。总体而言,可编程数据平面相对于传统的SDN数据平面,拥有更高效灵活的处理性能,但也面临着流表宽度过于灵活和流表资源短缺的问题。在缺陷和短板的约束下,PDP设备高性能的优势也难以惠及整体网络。因此本论文致力于从修复缺陷、补足短板和发挥长处三个角度展开对可编程数据平面流表资源管理优化的研究。本论文的主要创新点及贡献归纳如下:1.为了解决网络虚拟化场景下可编程数据平面复杂的流表宽度管理问题,本论文提出了基于可编程数据平面的流表资源虚拟化解决思路。本课题首先设计了一套有效的流表资源虚拟化方案,来减少流表资源碎片化。随后,本课题讨论了基于流表虚拟化方案的虚拟网络映射（Virtual Network Embedding,VNE）问题,并针对性地提出了一个三层VNE问题模型,来最大化可编程数据平面资源使用效率。同时,本课题建立了一个整数线性规划模型来精确求解此三层VNE问题,并设计了一个高效启发式算法提升求解速度。最后,本课题设计并实现了一套虚拟网络管理系统,来验证所提解决方案在实际网络系统应用的可行性。2.针对PDP设备上的流表资源不足的短板问题,本论文考虑对PDP交换机上有限的流表资源进行拓展。本课题主要解决两个问题,一是如何实现低延时的流表资源拓展放置及远程读写,并保证远程流表拓展方案不至于成为可编程数据平面新的性能瓶颈。二是如何最小化远程流表资源拓展引入的成本开销。具体而言,本课题首先将研究场景设置在数据中心网络中,其中PDP交换机作为机架顶部（Top-of-Rock,ToR）交换机,每个ToR交换机可以使用远程直接内存访问技术（Remote Direct Memory Access,RDMA）在与其相连的多个机架服务器中远程存放流表。随后,本课题基于流表拓展技术设计,探索PDP交换机上远程流表资源放置模型,以最小化RDMA操作引入的带宽和延时开销。然后本课题提出混合整数线性规划模型对问题进行求解,并设计近似算法实现多项式时间求解。最后本课题设计并实现了远程流表资源拓展原型系统,并在真实网络环境中进行了应用测试,验证所设计原型系统在实际应用中的可行性。3.为了充分发挥PDP设备的高性能长处,本论文考虑在真实网络应用部署场景下,权衡PDP设备的高性能和高部署成本。通过对可编程数据平面资源进行管理优化,实现基于可编程数据平面的vNF-SC的优化部署。本课题协同考虑PDP设备升级问题以及vNF-SC优化部署问题。本课题首先建立一个整数线性规划模型来表示整体优化问题,然后本课题根据汇聚服务链请求的思路设计了一套针对数据中心网络场景的快速算法来加速问题求解。此后本课题还考虑了更为普适的快速算法,将整体问题分为两个步骤处理分别设计近似算法。大量的仿真结果证实,本课题提出的算法能够良好规划可编程数据平面资源,尽可能发挥PDP设备高性能特性。