当前不断丰富的互联网应用给传统的IP网络带来了诸多挑战,为了更好地满足用户高效、便捷地访问网络中内容和服务的需求,以内容为中心(Named Data Networking,NDN)的未来互联网架构应运而生。内容中心网络有三个非常重要的特点:1)路由器可以缓存网络中的大量内容,用于服务后续的请求;2)根据内容或者服务的名字进行路由和转发;3)需要有状态路由,即在转发时维护与路由相关的状态。这三个功能分别对应数据平面上的三个关键模块:内容仓库(Content Store,CS)、转发表(Forwarding Information Base,FIB)以及请求暂存表(Pending Interest Table,PIT)。本文针对这三个模块开展了研究,主要成果如下:1.内容仓库是内容路由器的一项基本功能,该功能区别于传统的包缓冲功能,因而需要完全不同的存储架构。本文提出了存储卡(storage)的概念,并利用存储卡搭建了分布式的存储架构来实现内容仓库,并且同时采用模型和仿真比较了该架构下多种管理策略的性能差异。实验结果表明,“一致性哈希”管理策略能够在该硬件框架下,以极小的额外开销达到非常接近理想管理策略的性能。2.数据平面需要顺序地查找CS、PIT和FIB以实现转发,CS和PIT要求精确匹配,而FIB要求最长前缀匹配;并且查找基于名字而不是IP地址,名字查找比IP地址查找具有更高的复杂度。这使得大规模的、涉及多张表的高速率、低时延转发成为一项艰巨的任务。为此,我们提出了“统一索引”的概念,把三张表的索引整合在一起,只需一次查找就能得出结果,避免了原来的三次查找,降低了转发时延并提高了查找速率。3.鉴于名字转发表体积巨大,本文提出一种名为CONSERT的最优压缩算法,经过压缩后的最优转发表拥有的前缀数量最少,而且转发的行为保持不变。本文利用归纳法证明了其最优性。实验表明,CONSERT算法能够有效减少名字转发表中的前缀数量,进而降低存储开销。4.在数据平面上,PIT除了记录路由的状态,同时还具有请求聚合的功能,即将多个相同的请求聚合为一个,以减少向网络上游(从用户到服务器方向)转发的流量。为了探索PIT请求聚合的比例和PIT表项的数量这两个指标,本文提出对PIT的一种全新的观点:PIT是一个基于TTL(Time To Live)的缓存。基于这一新的认识,我们提出了PIT的分析模型,并给出了对上述两个指标的计算方法。模型和仿真的结果非常契合,表明了该模型的合理性和准确性。