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近年来,软件定义网络(Software-defined Networking,SDN)和网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV)技术打破了现有网络的封闭僵化结构,增强了网络功能的可扩展性和网络配置的灵活性等,受到学术界和产业界的广泛关注。然而,在SDN/NFV架构中,现有以软件形式实现的各类虚拟网络功能(Virtualized Network Function,VNF)如防火墙、负载均衡器等性能劣化严重,已无法满足高速率和时延敏感场景下的网络业务需求。为此,研究人员开始采用硬件加速机制,将部分数据处理任务卸载到各类加速硬件如FPGA、网络处理器等中,通过软硬件协同处理的方式来提升VNF的数据处理性能。硬件加速机制突破了传统SDN/NFV架构的性能瓶颈,具有十分重要的学术研究意义和实际应用价值。本文依托国家863计划课题“软件定义网络体系结构与关键技术研究”,围绕面向SDN/NFV的硬件加速机制展开研究,针对现有硬件加速结构与VNF之间的紧耦合设计、硬件加速资源缺少统一部署和编排等问题,设计了一种可动态灵活加载VNF的通用硬件加速器结构,并基于该结构分别提出了面向全网加速硬件的优化部署策略和支持硬件加速的服务链映射方法,提升了SDN/NFV网络的数据处理性能。主要创新点如下:1.针对现有硬件加速结构与VNF间紧耦合设计问题,提出并实现了一种可动态灵活加载VNF的通用硬件加速器结构GHA。该结构采用动态解析和功能组合机制,利用可重构FPGA实现数据包处理流水线,提高VNF吞吐量并保证不同加速器之间的独立性;采用改进的离散粒子群算法提升数据中心的加速收益。GHA原型测试结果表明,与现有DPDK加速方案相比,该结构的VNF处理速度提升了2倍。2.针对有限的硬件加速资源在网络中优化部署问题,提出一种两段式VNF硬件加速资源部署策略,提升了硬件加速资源的利用率。第一阶段,考虑交换设备的物理属性和拓扑位置,利用拓扑势量化交换机内加速资源部署数量;第二阶段,利用两类加速资源之间的协作性,完成服务器端加速卡的部署。实验结果表明,与只考虑节点单一属性的部署算法相比,所提策略的加速资源承载的流量和加速资源利用率分别提升了14.2%和10.9%。3.针对全网硬件加速资源的高效编排问题,提出一种复用加速资源优先映射的启发式算法,实现了对服务功能链的最优承载。该算法在保证未加速VNF到商用服务器的优化映射下,优先实现对交换机中加速资源的复用,并根据网络业务的性能需求,灵活调整加速资源与VNF的映射约束。基于加速表和加速卡联合加速的原型实验和仿真结果表明,与传统的服务功能链映射方法相比,该算法在保障服务链高性能数据处理的同时,使得网络中容纳的业务流量平均提升13.6%,算法映射成功率提升9.9%。