近年来,随着“互联网+”思维的不断引入和移动物联网、云计算技术的蓬勃发展,越来越多的服务在网络中出现,网络中传输的数据量越来越大,这对网络的性能提出了更高的要求。这些性能指标主要包括延迟、吞吐量、网络链路利用率以及网络处理拥塞控制、负载均衡的能力等等。由于传统的网络交换设备功能固化、不易扩展,而且更新网络交换设备将导致时间周期长、开发成本高等一系列问题,使得网络的性能难以提升。新一代网络技术SDN(Software Defined Network)的出现,为网络带来了新的机遇,它将数据平面与控制平面相互分离,控制平面通过南向接口OpenFlow协议向数据平面统一下发流表规则,并提供了灵活的可编程接口,极大地方便了网络的管理,提升了网络的性能。数据平面的流表转发规则是通过SDN控制平面对交换机进行集中式控制的,这种方式会存在处理消息延迟现象。尤其是面对网络用户的剧增,消息处理的延迟将导致路径拥塞,影响网络为用户提供的服务质量。针对目前数据平面面临的一系列问题,本文提出了一种基于路径选择的可编程数据平面的负载均衡的研究方案,旨在打破传统网络交换设备固有的封闭性和数据平面不易扩展的局限性。采用P4(Programming Protocol-Independent Packet Processors)高级语言来编程,并对数据平面进行优化处理,达到了优化数据包转发、实现网络负载均衡的目的。利用NS2(Network Simulator-Version2)模拟仿真平台所得到的实验结果表明:该方案是有效的。本文的主要研究内容如下:(1)提出了一种基于数据平面数据流的负载均衡方案。针对路径负载分配不均的问题,本文在基于传统等价多路径路由ECMP(Equal-Cost Multipath Routing)算法的基础上提出了一种改进的ECMP算法。先通过传统的ECMP算法计算路径的哈希值和流ID,再结合当前路径的带宽权值信息对路径进行选择,避免了在多运行数据流下被分配到相同路径的局限性,提高了网络的整体性能。(2)可编程数据平面的设计与实现。首先介绍了可编程数据平面的设计架构,然后深入分析了当前可编程数据平面面临的各种挑战,并以此为基础采用P4高级语言设计数据平面数据流转发的处理逻辑,最后实现了数据平面交换机的可编程,也实现了路径的高效分配和网络负载的均衡调度。(3)NS2模拟仿真及结果分析。利用NS2模拟仿真平台对本文提出的方案进行仿真模拟,仿真结果表明,与传统的ECMP算法相比,改进的ECMP算法能利用当前路径的带宽权值信息对路径进行选择。在相同网络负载下,改进的ECMP算法的平均流完成时间FCT(Flow Completion Time)低于传统的ECMP算法,提高了网络性能,节省了平均流完成时间,降低了端到端时延,减少了数据流的丢包率,提高了网络的吞吐量,实现了网络的负载均衡。