新兴的网络技术层出不穷,随着如5G网络、物联网及车联网的发展,定制数据包处理行为的需求日益增加。然而传统的交换机由于软硬件高度耦合、管理接口多样性等问题,难以解决此类新生技术带来的难题。软件定义网络(Software Defined Network,SDN)及P4(Programming Protocol-Independent Packet Processors)协议的提出,使得交换机可以轻松支持网络的创新。有不少学者对P4交换机进行了研究,提出多种P4交换机。然而,这些P4交换机存在着一定的缺点或不足,如基于硬件平台的P4交换机性能较高但是缺乏可移植性,基于X86架构软件平台的P4交换机有较高的可移植性但是缺乏对P4协议支持或转发速度较慢。可见,对P4交换机的优化及加速是数据平面发展的重要研究课题。为此,本文提出BMv2(Behavioral Model Version 2,P4语言联盟提供的P4软件交换机)的双层架构加速优化方案,使用到数据平面加速开发套件(Data Plane Development Kit,DPDK)。本文的主要工作包括以下三个部分:(1)在深入研究交换机程序结构后对其重新设计,提出双层架构程序模型。为了减少不必要的开发量,将原程序类进行分层归类,归类于架构上层或架构下层。(2)在架构上层实现了P4语言数据报文处理模型,在加速优化中实现对交换机有锁队列加速优化,将有锁队列优化为无锁环形队列,将队列性能提升一倍。(3)架构下层使用数据平面加速开发套件实现高速数据报文收发,实现了向上层屏蔽底层硬件。在加速优化中实现了数据平面加速开发套件初始化函数、多线程数据报文轮询收发及数据报文更改功能,并将相关代码编译成动态链接库(Dynamic-link Library,DLL),通过将动态链接库封装成类,向架构上层提供应用程序接口(Application Programming Interface,API)。最后,本文对原始P4交换机及加速后的P4交换机进行性能测试并比较。性能测试中首先使用因特网包探索器(Packet Internet Groper,PING)测试交换机端到端时延,再使用专用网络测试套件pktgen-dpdk测试两个交换机在三种网络带宽测试场景下的吞吐量。实验测试结果显示加速后的P4交换机端到端时延减少,在三种测试场景下64 bytes长度的数据报文转发性能都达到了1000Mbps,与原始P4交换机相比,时延性能提升三倍,吞吐量提升了十一倍。