软件定义网络(SDN)作为一种新型网络技术,将传统交换/路由设备的控制功能从系统设备中剥离出来,从而促使网络变得更加灵活,具有更好的可扩展性,便于支持网络新技术和业务创新。SDN数据转发系统架构作为SDN交换机的存储转发子系统,首先对接收到的数据流进行识别处理,然后根据处理结果进行入队缓存操作。SDN数据转发系统的100G的高速接口,需要采用高速大容量的外挂缓存,也是本文主要研究的关键技术。本文根据实验室承担的研究课题“软件定义网络数据转发系统架构及关键技术研究”,针对队列及报文缓存机制进行了深入的研究。论文首先介绍了课题的研究背景,对现有的报文缓存机制进行归纳分析,总结队列及报文缓存技术的关键点;介绍了SDN数据转发系统的总体设计方案及硬件实现方案,并详细研究了现有外挂存储器的工作性能。其次提出一种由SRAM和SDRAM存储器共同构成的层次化线速缓存架构,其中,外挂SDRAM作为缓存实体,提供大容量数据帧存储,采用多通道并行技术进行读写,SRAM负责存储每个队列的头部和尾部数据。第三,阐述了多通道层次化线速缓存架构的整体设计和各个子模块的详细设计;第四,对多通道层次化线速缓存架构中的关键模块进行仿真验证。最后,将上述缓存架构进行板级验证,验证结果表明该架构可以实现快速低时延的交换功能。