数据包分类在虚拟专用网络、基于策略的路由、区分服务、流量计费等领域得到了广泛的应用。为了更大的地址空间和更好的服务质量,以IPv4为基础的网络向IPv6升级是因特网发展的趋势。新的网络环境下,数据包分类技术面临着新的压力和挑战,主要表现在:(1)IPv6更深的协议栈增加了协议解析的难度;(2)IPv6网络设备需要后向兼容IPv4;(3)多维分类要求支持最佳规则匹配;(4)新的应用要求基于内容分类。针对上述问题,本文的研究工作从两个方面展开:(1)基于指令集的协议解析与字段抽取技术;(2)利用三态内容寻址存储器实现最佳规则匹配和基于内容分类的技术。本文取得的成果有:1.协议解析和字段抽取指令集。基于该指令集的硬件同时支持IPv4和IPv6,与协议栈深度无关。和软件/硬件协议栈相比,其所需资源更少,处理性能更高,并可以动态支持新的协议类型。2.分布式规则管理算法。该算法支持最佳规则匹配,时间复杂度只与规则种类有关,而与规则数量无关。与集中式规则管理算法相比,该算法将时间复杂度减小了两个数量级。3.多字节移位多模式匹配算法。运用三态内容寻址存储器,该算法能够实现多模式的并行匹配,适用于基于内容的分类。算法的时间复杂度是待检测文本长度的线性函数,与模式的数量无关。该算法可以通过增大模式空间换取数倍的处理带宽。本文的研究成果在FPGA上进行了实现,还可以很方便地集成到ASIC或NPU中。参考设计能够处理5G输入带宽下从数据报链路层到运输层的多维分类,同时支持IPv4和IPv6,支持基于内容的分类。