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随着网络规模的不断扩大,网络应用日趋多样化,传统交换机日益暴露出的功能扩展性差、资源过配置等问题,需要从根本上重新设计交换机体系架构加以解决。网络功能虚拟化(Network Function Virsualization,NFV)技术通过虚拟和整合传统的专用网络设备,支持数据流量按需经过服务功能链(Service Function Chain,SFC)处理。通过在交换机架构中引入NFV和SFC,可实现交换节点内部多种网络功能的灵活组织和按需管控。所以本文对引入NFV和SFC后的交换机架构设计以及该架构下的网络功能部署、分组调度等问题进行了研究,在实现更加智能的数据平面的同时,最大程度地保障交换处理性能。本文提出了一种基于服务功能链的交换机架构(Service Function Chain based Switch Architecture,SFCSA),该架构将传统线卡上的非通用功能分离出来,通过网络功能池中的服务功能链为交换机数据平面提供可灵活定制、资源按需分配的处理功能。分类器通过规则匹配将进入SFCSA架构的数据包划分为不同类型,并使用标识服务功能路径的SFH(Switch Function Header)协议对需要经过网络功能池处理的数据包进行封装;调度器对所有数据包进行一次或多次分组调度,实现SFCSA架构中的网络功能处理和交换转发。针对SFCSA架构下的网络功能部署问题,本文采用最优化理论将其建模成0-1整数规划,通过将优化问题规约为图划分问题,提出了一种新的部署算法MFMTP(Modified Fiduccia-Mattheyses based Two Phase Algorithm)。算法中定义了一个新的指标“关联度(Relevancy Degree,RD)”来衡量网络功能实例之间的流量关系,并基于RD对MFMTP算法的初始部署解进行迭代优化,以实现最小化交换结构与网络功能池之间交互流量的目标。仿真结果显示,MFMTP算法与现有的贪心算法相比,在降低交互流量与提高系统吞吐率方面有更好的性能表现。针对SFCSA架构下的分组调度问题,本文对当前被广泛使用的FIRM算法进行改进,提出了一种新的调度算法BSC-FIRM(Balanced Sevice Capacity based FIRM)。算法中定义了一个新的指标“服务能力(Service Capacity,SC)”来衡量调度过程中各队列的状态,并基于SC对FIRM算法的迭代调度过程进行优化,以实现高性能的分组调度。仿真结果显示,对于SFCSA架构下不同的流量模型,BSC-FIRM算法在时延和丢包率方面均优于对比算法。