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OpenFlow作为软件定义网络(SDN，Software Define Network)的南向接口之一，受到了业界的普遍认可。OpenFlow协议支持的匹配字段逐渐增多，存在可扩展性问题，无法支持未知协议。POF(Protocol Oblivious Forwarding)是下一代SDN南向接口的备选协议，使用偏移量和长度定义协议域，利用基础流指令集增强转发面的可编程能力，实现协议无感知转发。虚拟交换机是网络虚拟化和SDN网络的重要组成部分，研制POF虚拟交换机并提升其性能，具有很好的实用价值。 本论文在分析虚拟交换机数据通路性能提升解决方案的基础上，分别从减少进程切换和提升流表匹配速度等方面考虑，设计和实现了一种基于Linux内核态的POF虚拟交换机K_POFVS(Kernel_based POF Virtual Switches)。K_POFVS在内核态中实现数据包接收和转发功能，减少用户态与内核态之间数据包拷贝，降低了数据包处理时间开销。利用流量局部性特点，使用流表缓存机制，减少了进程切换次数。采用元组空间搜索算法，提高流表匹配的平均速度。扩展Netlink通信方法，实现内核态与用户态的通信。 本论文在Linux系统中部署相关实验环境，下发大规模流表，对其性能进行实验验证与分析。实验结果表明，相对于用户态POF虚拟交换机，K_POFVS在数据包平均处理时间上约减少60％，转发时延约降低80％，数据包转发速率也有明显提高，能够有效提升POF虚拟交换机数据通路转发性能。