由于互联网中路由和交换设备的封闭特性,使得网络创新的步伐十分缓慢。SDN(Software Defined Network,软件定义网络)通过解耦网络的控制和转发,采用基于流表的交换机和集中式的控制器,从而使网络变得灵活、可扩展,支持网络技术和业务创新。OpenFlow作为目前SDN最重要的南向接口标准,备受研究人员的关注。网络带宽的极速增长,新媒体格式和网络应用的多样性的增加,使OpenFlow大规模发展遇到很多技术挑战。这些因素对OpenFlow中流表大小、结构和查找效率有重要影响:1)未来流表的大小急剧增长;2)字段的数量快速增加,字段的种类频繁变化,流表结构将变得更加复杂,流表项的匹配需要更大代价;3)交换端口处理速度的增加对流表查找效率提出了更高需求。本文针对上述问题进行了较为深入的研究。首先介绍了课题的研究背景和国内外研究现状,将现有的快速流表查找算法归纳为了三类。然后本文详细描述了SDN体系架构、OpenFlow多表查找过程,给出了OpenFlow流表查找的特点,总结并分析了现有高效转发流表架构和快速流表算法存在的局限性,并提出了一种基于比特向量的二维流水查找算法。该流表查找算法是在传统比特向量算法上的改进,采用跨步技术、聚集技术和流水技术,实现了流表的快速匹配和规则的动态更新,一个时钟周期即可完成一次流表的查找或一次规则的更新。之后给出了二维流水查找算法中主要模块的详细设计与仿真,包括规则编码器模块、二维流水查找模块和优先编码器模块。最后,本文采用软硬件协同的设计思想,使用Virtex-7 FPGA VC709开发套件,并基于MicroBlaze嵌入式软核处理器完成算法的板级验证。实验结果表明,本文提出的算法能够支持OpenFlow技术,可避免使用稀缺的TCAM存储资源,且具有高效性、通用性和灵活性等特点。