随着互联网应用的增多,用户需要获得更多的网络服务来满足应用需求,而网络运营商往往通过专门的网络设备,即中间件（Middlebox）,为用户提供网络服务。负载均衡器、QoS监视器、视频转码器、网关和代理都是中间件的实例。然而,使用硬件中间件提供服务存在价格昂贵、管理复杂、灵活性差等缺点。网络功能虚拟化（NFV）技术应运而生,利用软件实现网络功能,即虚拟网络功能（VNF）,实现了低成本、高灵活、模块化的中间件处理。网络服务要求流按照特定的顺序通过一组中间件（或VNF）,称为服务功能链。运营商将服务功能链的多个中间件部署在不同的服务器上,为用户提供灵活的端到端网络服务。同时,NFV技术可以为服务功能链的中间件合理地分配计算和存储资源,有效提高服务器资源的利用率,从而降低运营成本。现有的服务功能链保障方案存在运营成本高、资源开销大、健壮性和灵活性差、网络延迟高等问题,极大地降低了网络服务质量。为解决上述挑战,结合软件定义技术集中式管理和灵活调度的优势,本文研究了服务功能链保障问题。具体地,本文以设备众多、海量流量、需求多样、资源有限、网络动态等特性为研究立足点,以提供高效的服务功能链保障为目标,围绕功能部署、服务调度、流量路由、网络更新四个角度开展研究,主要研究内容和贡献包括:联合服务器和VNF递增部署。功能部署是服务功能链保障的前提,合理的网络功能部署可以有效降低链路及网络功能负载。本文的研究基于以下事实与观察:一、在许多情况下服务器可能尚未部署,无法实现VNF部署。二、部分VNF（如负载均衡器）只需处理部分流便能获得较高的网络性能;而已有工作往往假设每类VNF都需要处理所有流,导致使用的服务器数量过多,增加网络运营成本。为此,本文提出了联合服务器和VNF的递增部署问题,证明了该问题是NP难的,设计了基于贪心背包的近似算法,分析了该算法可达2·H（q·d）近似比,其中H是调和函数,q是VNF类型数,d是流过交换机的最多流数。实验结果表明,提出的算法只需部署接近最优数量的服务器便可满足VNF需求。健壮灵活网络服务调度。服务调度是指为流量选择所需的中间件,是服务功能链保障的关键。灵活的服务调度可以降低网络功能负载,提高网络吞吐量。已有工作往往侧重于满足资源约束和连接一致性,忽略了网络健壮性和灵活性需求,降低了网络服务质量。因此,本文设计了健壮灵活的服务调度（RFSS）系统。在数据平面,本文利用组表项实现了基于桶（bucket）的转发方案来保证连接一致性;在控制平面,本文提出了基于舍入的桶分配算法以增强网络健壮性和灵活性,并证明了该算法可以实现双准则常数近似。仿真结果表明,与其他方案相比,RFSS系统在满足健壮性和灵活性需求的同时,可以提高约150%的网络吞吐量。移动感知服务功能链路由。流路由是服务功能链保障的核心,而高效的路由可以有效降低资源开销和传输延迟。用户移动性是服务功能链路由面临的一项重要挑战,为解决用户移动性,已有工作往往需要为每个请求部署多条路径,导致流表项开销较大。为此,本文设计了高效的方案MASCOT,通过位置预测、路径决策和数据转发三个步骤实现服务功能链路由。针对位置预测,本文采用k阶马尔可夫方法来预测用户下一个访问的基站,解决了用户移动性挑战。对于路径决策,本文提出了服务功能链路由选择（SRS）问题,设计了基于原始-对偶方法的在线服务功能链路由算法,并证明了该算法能够取得良好的竞争比。对于数据转发,本文提出了基于分段路由的流表安装方案,降低了流表项开销。大量的仿真结果表明,和已有方法相比,MASCOT方案可以提高约40%的网络吞吐量。实时服务功能链路由更新。网络更新是服务功能链保障的补充,实时的网络更新可以提供稳定的网络服务,保证用户服务质量。由于网络动态性,之前的路由配置可能并不适合当前的网络环境,甚至导致网络拥塞,所以需要进行网络更新。大多数已有方案根据当前的网络负载确定新的网络配置,进而更新VNF部署和流的路由。但是,大规模的VNF状态迁移和大量的流表项安装容易造成更新延迟较长。为此,针对流状态一致性和更新延迟挑战,本文提出了实时的服务功能链路由更新问题。在数据平面,本文提出了流状态并行更新方案,极大地减少了缓存开销,降低了状态更新延迟。在控制平面,本文提出了满足时延要求的NFV网络更新问题来确定目标的配置,证明了该问题是NP难的,并基于随机舍入法提出了近似比为3logn/α+3的算法,其中n是中间件数量,α是与中间件处理能力相关的常数。为了确定请求的更新顺序,在综合考虑链路带宽、控制器缓存容量、中间件处理能力等约束前提下,本文提出了基于贪婪机制的路由选择和调度算法,实现实时无拥塞的更新调度。实验结果表明,与已有方法相比,本文的方法在VNF实例负载率增加不超过5%的前提下,可降低网络更新延迟约86%。