随着网络技术和设备的快速演进,新型网络协议和多样化网络业务不断涌现。传统IP网络的分布式控制结构难以支持网络运维的自动化和新型网络业务的快速部署。软件定义网络（Software-Defined Networking,SDN）通过解耦控制平面和数据平面,为一定规模内网络设备的管理和多样化网络业务的部署提供了极大的便利。借助于SDN架构中逻辑上集中的控制平面,负载均衡、故障恢复、流量工程等众多网络策略得以快速部署。但SDN特定的网络架构也存在着潜在的流表一致性问题:一方面,在网络运行过程中,控制平面和数据平面的分离使控制平面难以及时获取数据平面实际的流规则执行情况,导致不一致转发行为的产生;另一方面,逻辑上集中的控制平面使网络管理人员能够便捷地向数据平面部署新的网络策略,而分布式的数据平面结构使各节点中流表的更新过程是异步的,导致网络更新过程中出现转发环路、暂态链路拥塞等不一致更新的情况。基于可编程协议无关报文处理（Programming Protocol-independent Packet Processors,P4）的可编程数据平面具有灵活高效的报文处理能力,能够实现对数据平面状态（如转发行为、链路状态等）的实时监测和对数据平面更新过程中的细粒度路由控制,为解决SDN数据平面运行及更新过程的流表一致性问题提供了新的思路。基于此,本课题开展了以下三部分研究工作:（1）针对SDN数据平面的软硬件故障、错误配置等导致的控制平面和数据平面流规则不一致的问题,提出了基于可编程数据平面的流表一致性校验机制P4CV。P4CV首先向数据平面发送特定结构的探针,然后各交换节点将数据平面实际的流规则执行信息嵌入到探针,最后P4CV采用基于符号执行的一致性校验算法,完成对控制平面流规则配置和数据平面遥测信息的一致性校验。仿真结果表明,P4CV的单路径校验时长不受网络拓扑结构影响,仅与路径上交换节点数量线性相关。在同等网络规模和流规则配置的多路径转发场景中,P4CV在进一步降低数据平面带宽开销的同时,比现有方案P4Consist平均减少了约42%的校验时长。（2）针对SDN数据平面更新过程中的转发环路问题,提出了基于可编程数据平面的无环一致性更新机制P4Lo F。P4Lo F基于贪心思想并结合环路检测算法,实现了对单流无环更新最短依赖链的构建。之后,P4Lo F将该方法推广到多流更新场景中以生成多流更新全局依赖图,进而给出全局更新序列。针对多流无环更新的死锁问题,P4Lo F利用可编程数据平面灵活的报文处理机制,提出了Deadlock-fix转发模型以破坏节点更新依赖关系间的死锁结构,实现了对多流更新转发一致性的维护。仿真结果表明,P4Lo F能够在实现多流无环更新的同时,显著降低更新过程中控制器与交换节点的交互次数,提高了流表更新效率。此外,在同等网络规模和更新配置的更新场景中,P4Lo F能够在增加至多5%带宽开销的前提下,比基于两阶段更新的方案减少了至少84%的流表项占用。（3）针对SDN数据平面多流更新过程中的暂态链路拥塞问题,提出了基于可编程数据平面的拥塞避免更新机制MFUC。借助于可编程数据平面灵活高效的报文处理机制,MFUC实现了对拟更新流转发路径状态信息的快速获取,并结合搜索算法感知潜在更新拥塞链路,进而构建多流更新动态依赖图以生成全局更新序列。针对部分更新场景下的拥塞死锁问题,本文提出了对死锁链路关键前置节点进行限流的可编程数据平面实现方案。实验结果表明,MFUC能够快速获取更新涉及的各条链路状态信息,保障了更新方案的实时性和可靠性。在同等网络规模和更新配置下,MFUC能够在有效解决多流更新过程中链路拥塞问题的同时,比当前无拥塞更新方案MCUP-GI减少了至少31.8%的计算时延。