随着物联网、工业互联网的兴起,异构网络种类和网络设备数量迅速上升,网络设备接入因特网的需求也在增长。异构网络中存在多种不同的物理层和链路层协议标准,一般在网络层使用IP协议接入因特网。然而,作为异构网络互联的桥梁,现有IP协议存在一些不足。定长、定界、定序的语法限制使得IPv4地址空间不足,也使得IPv6在某些资源限制网络中无法直接应用,过长的地址及协议头中的冗余字段会降低数据传输效率。灵活IP是对网络层协议的一种新的尝试,采用可变长的IP地址使得地址空间可以平滑扩展,增加字段灵活性使得协议可以更好地适应多种网络场景。灵活IP原型系统是对灵活IP协议体系进行研究和验证的网络原型系统,原型系统分为控制子系统及转发子系统。本论文主要对灵活IP数据平面相关内容进行研究并对转发子系统进行设计与实现。本论文对灵活IP数据平面的研究主要包括3点内容:一种稳定统一的数据模型的研究与设计;一种灵活高效的协议编解码方案的研究与设计;基于灵活IP协议内生的灵活性,对灵活IP协议头压缩方案的研究与设计。论文首先对灵活IP数据平面研究内容及原型系统实现的相关技术进行了介绍;接着阐述了灵活IP数据模型、编解码方案以及协议头压缩方案的研究与设计;然后基于数据平面的设计,对转发子系统进行了需求分析、总体设计、详细设计与实现;随后,对原型系统进行了测试,验证了灵活IP转发子系统功能的正确性,并通过对灵活IP报文的统计分析验证了灵活IP协议头的压缩效率。论文最后对全文做出了总结,描述了目前研究中的不足以及进一步工作计划。