随着互联网与通信行业的高速发展,传统网络架构灵活性与可拓展性的缺陷日益凸显。软件定义网络(SDN)作为一种新型网络架构,成为了未来互联网的研究热点。而协议无关的数据包可编程处理器(P4)作为一种诞生不久并面向SDN架构中数据平面的编程语言,为SDN网络设计提供了一种新的解决思路。网络传输可靠性是网络设计中的一个重要指标,影响可靠性的网络故障主要分为链路故障与交换机故障,而故障检测与故障恢复两个部分则是主要的故障解决方案。论文对此展开了研究,针对如何利用P4提供的可编程数据平面,重点面向链路阻塞、链路断开以及交换机故障三种问题,设计并实现了快速有效的故障检测与恢复机制。本文的主要工作如下:1.针对链路阻塞的情况,提出了一种通过P4获取链路延迟,并在链路下游交换机利用时序数据预测进行故障检测的方法,同时提出了一种基于备用路径预先规划与故障信息广播的快速重路由方法来实现故障恢复;2.针对链路断开的情况,受BFD协议启发,提出了一种由交换机根据接收数据包的时间间隔,通过心跳包反馈链路状态来实现的故障检测方法。与已有方法相比,所提方法不需控制平面的干预,减少了控制器开销且更具实时性;3.针对交换机故障的情况,提出了一种在链路检测恢复方法的基础上,增加可达性应答机制的检测方法。该方法对链路故障与交换机故障进行了区分,从而分别对其执行不同的故障恢复策略。本文通过实验统计了链路阻塞情况下的检测精确率与召回率,以及三种故障情况下的检测与恢复时间,并与SDN下的相关方法进行了结果对比,验证了所提方案的有效性与优越性。