互联网在全球的大规模覆盖使得人们的生活越来越方便。尽管其影响深远,网络纵向一体化（网络控制和数据转发捆绑在一起）的结构导致运营商对于大规模网络参数的配置以及协议部署、修改、测试都变得极其困难,严重阻碍了互联网的创新与发展。此外,为了满足用户服务需求的多样化和服务质量的高要求,网络中大量部署了各种不兼容、封闭且异构的专用硬件设备用于实现各类网络功能,这些专用硬件又被称之为中间盒子（middle-box）。这些中间盒子一旦被部署到网络中,就很难被移动或者重新配置。因此,随着中间盒子的数量不断增加,网络变得越来越臃肿和僵化。这样的现状不但导致网络投资成本（Capital Expenditures,CAPEX）和运营成本（Operation Expenses,OPEX）居高不下,同时也极大地降低了网络服务组装与供给的灵活性。随着近几年标准商用硬件（Commercial-Off-The-Shelf,COTS）的飞速发展,学术界和工业界纷纷开始寻找新的网络结构来解决传统网络所面临的上述问题。其中,代表性的两种新型网络架构为:1)诞生于斯坦福大学实验室的软件定义网络（Software-Defined Networking,SDN）;2)由美国电话电 报公司（America Telephone and Tele-graph,AT&T）,英国电信（British Telecom,BT）,德国电信（Deutsche Telekom,DT）等在内的20多个世界级的电信公司联合提出的网络功能虚拟化（Network Function Vir-tualization,NFV）。其中,SDN 通过分离网络控制与数据转发,实现了网络的集中管理、控制和可编程。NFV通过分离网络功能特性与底层的硬件设备,实现了网络功能的虚拟化,即网络功能以软件的形式存在。这两种新型网络范式的出现,既降低了整体的网络成本,也提高了服务编排和供给的灵活性。并且,它们在功能特性上高度互补。通过SDN的集中控制能够更好地管理和实现NFV的部署。NFV快速创建、扩展和迁移虚拟资源的能力也增加了 SDN本身的敏捷性。目前,SDN和NFV已经引起国内外学术界和工业界广泛的关注,特别是针对SDN和NFV集成网络架构下的服务编排（包括组装、配置、部署、供给及交付）机制研究。尽管如此,大部分的研究工作仅适用于较小规模或者相对静态的网络中,在面对（超）大规模和动态的网络时显得力不从心。虽然SDN和NFV的出现为研究新型、灵活、低成本的服务编排方式带来了机遇,它们同样也带来了一系列的挑战,如这种灵活的服务方式如何实现、相应的服务质量如何保证等。本文 研究旨在通过引入SDN和NFV这两种新型网络结构,研究和解决当前互联网中服务编排和供给所面临的挑战。本文的创新和贡献点总结如下:（1）通过集成SDN和NFV这两种新型网络范式,本文提出了一套基本的网络服务编排与供给框架,以实现大规模网络中灵活、低成本、可靠以及可扩展的服务供给与交付。该框架主要由网络服务管理模块、虚拟服务功能存储模块、服务编排算法模块和性能优化模块组成。其中,服务管理模块用于接收各种服务请求,并将其转换成相应的格式以供服务编排模块进一步处理;虚拟服务功能存储模块为服务编排模块提供相应的服务功能以满足用户的需求;服务编排模块根据用户的请求,实现相应服务的配置、组装、部署以及供给;性能优化模块主要针对于已经部署的服务,进一步优化其性能。因此,服务编排和性能优化模块是整个框架中的重点。针对不同的应用场景,本文研究并提出了多种编排算法。实验结果表明,该框架可以有效地针对不同的应用需求,调用不同的编排算法,高效地满足用户需求。（2）为了解决目前网络的僵化和臃肿问题,SDN通过解耦网络控制与数据转发来提高灵活性和创新性,而NFV则通过解耦网络功能特性和底层专用硬件来降低整体成本。在此基础上,引入了虚拟网络功能（Virtual Network Function,VNF）的概念,以软件的形式实现各类网络功能。不同的VNF序列代表了不同的服务功能链（Service Function Chain,SFC）。因此,只需改变VNF的组合就能够实现各种各样的服务,极大程度上提高了服务编排的灵活性。尽管如此,这些VNF必须被部署到物理网络中才能实现用户请求的服务,而且不同的VNF部署方案和流量引导方案将直接影响服务供给的质量。另外,根据服务链请求的类型（包括单播和多播两种）不同,具体的实现方案也会有所区别。因此,本文分别提出了单播服务链供给算法和多播服务链供给算法。对于前者,利用全局控制和局部优化相结合的策略来实现VNF的动态部署。在完成单播服务链供给的同时,实现网络的负载均衡与成本最小化。对于后者,通过解耦服务功能部署与多播数据流量转发,再基于最小生成树模型来实现多播服务链的供给。除了支持多播服务链的快速供给,还能实现多播服务链的可扩展,从而达到为大规模网络服务的目的。（3）鉴于用户需求的多样性,由中间盒子所构成的传统网络服务往往无法满足其要求。主要原因在于中间盒子一旦部署,就很难进行修改。然而,由VNF所组成的服务功能链则具有高度的灵活性。因此,当服务链部署到网络中后,根据业务需求,可能要增加新的VNF或者删除已经存在的VNF。这种改变VNF的行为被称为服务链重组问题。针对这样一种应用场景,尽管可以直接使用服务链供给算法来实现服务链的重组,但服务链供给算法将会改变整条服务链的部署,而服务链重组问题本质上只需要改变部分VNF部署即可。因此,直接使用服务链供给算法来解决服务链重组问题将会导致不必要的开销。基于这点考虑,本文分别提出了单播服务链重组算法和多播服务链重组算法。对于前者,分别采用主动式和被动式两种机制来增加或者删除VNF。主动式重组机制基于不同的标准来主动优化当前等待重组的服务功能路径段,而被动式重组机制则基于现有的服务路径来完成服务链的重组。对于后者,同样将服务功能部署与多播数据流量转发进行分离。基于最小生成树模型建立多播转发树,于是,增加VNF和删除VNF的操作可以映射为多播转发树的建立分支和剪枝操作。结果表明,相对于服务链供给算法,服务链重组算法更适用于对已经部署的服务进行局部修改,从而达到更好的性能。（4）为了进一步地优化网络服务的性能,本文在上述服务编排机制的基础上,基于网络演算理论实现了一套服务性能评估模型。该模型能够针对当前网络的现状,对已部署的服务链进行性能评估。通过对比评估结果与用户最初的服务质量要求,可以判断出用户的需求是否得到满足。对于需求没有得到满足的用户,本文提出了两种对应的优化算法,分别为VNF调度和VNF迁移。对于前者,大多数的研究都假设每个VNF只单独属于一条服务链,即同一个VNF无法被多条服务链共享。这样会产生更多的资源碎片,从而导致资源利用率低下。为了解决这个问题,本文在支持VNF共享的基础上,提出了一种基于服务大小的公平调度机制来解决多条服务链在共享相同VNF时所产生的资源冲突问题。对于后者,由于VNF调度算法无法有效应对网络资源极其紧张或者链路负载过重的情况,本文进一步提出了 VNF迁移算法。考虑到一个VNF实例对象可能被多条服务功能链所共享,于是,本文在利用SDN所提供的全局视图来计算迁移方案的同时,也基于理想逼近法所提供的策略来最小化迁移前后对共享该VNF的服务功能链所造成的影响。结果表明,这两种优化机制能够在服务链供给和重组的基础上,进一步提高服务链的性能。SDN和NFV的出现为网络创新带来了机遇,也为新型网络服务的实现带来了挑战。本文基于这两种新型网络范式所带来的机遇,设计并提出了不同的服务编排与优化机制,用于解决相应的挑战。此外,在一些实际的网络拓扑上,从服务供给成本、时间开销、路由时延、吞吐量以及可扩展性等方面对这些机制给予性能评价。研究成果具有较强的理论价值和实际意义,能够为下一代互联网服务编排框架和机制的研究提供新的思路。