近年来，随着互联网用户的增长、应用种类的丰富、服务质量要求的提高以及云计算等新兴计算模式的发展，数据中心的数量和规模得到了迅速发展;为了满足数据中心中服务器之间的大规模通信需求，数据中心网络系统的设计面临着巨大的挑战。当前数据中心的物理网络结构是静态的，网络设备之间的链路连接关系在应用程序运行过程中一般是不变的，而应用程序在不同时刻对网络资源的需求是动态变化的。应用程序网络资源需求的动态性与网络拓扑的静态性之间的不匹配，产生了如隔离性差、资源利用率低和能耗高等若干严重问题。因此，研究和构建与应用程序的动态网络需求相匹配的网络系统具有重要的意义。　　本文针对静态连接的网络结构与动态变化的网络需求不匹配所产生的的若干问题，研究了面向数据中心的弹性网络系统。在弹性网络系统中，网络链路根据应用程序对网络资源的动态性需求，动态的改变链路的连接关系，从而完成网络资源的重新分配。本文将数据中心网络系统分为操作系统、机柜内和机柜间三个层次，并在这三个层次上研究和探索弹性网络系统的设计。本文的主要贡献可以归纳为:　　第一，提出了操作系统中虚拟网卡直通访问和动态共享的弹性网络结构。在该结构中，操作系统中网络数据处理的控制平面和数据处理平面被解耦合，操作系统内核只负责虚拟网卡的调度和管理寄存器的读写，而应用进程拥有独占的虚拟网卡和网络处理协议栈，进程自己完成数据的收发和网络协议的处理。在流量分配引擎的支持下，虚拟网卡在应用进程之间动态分配，满足了应用进程对网络资源的动态需求。在评测中，弹性网络系统的接收和发送处理延迟分别只有当前操作系统的65％和49％，而且通过将不同模式的网络流分配到不同的虚拟网卡中传输，实现了网络流量的硬件级隔离。　　第二，提出了机柜内基于单根虚拟化物理网卡的弹性共享和分布式交换结构。该结构通过改变标准PCIe的层次结构，将物理网卡从服务器的PCIe总线上解耦合，并将支持单根虚拟化的物理网卡中若干虚拟网卡功能分配给机柜中的多台服务器同时使用，实现了机柜内物理网卡的共享。虚拟热插拔机制实现了机柜内虚拟网卡功能在服务器间动态调度而不影响服务器的正常运行;同时，利用物理网卡中的内建二层交换机构建了一种分布式的交换结构，将不同模式的网络流量调度到不同的物理网卡中内交换，实现了网络流量的隔离。　　第三，提出了机柜间基于光电混合的弹性网络结构。本文在电域网络的基础上，使用快速可调谐激光器TWC和光波长路由器AWGR构建了适应不同流量模式的类包交换光网络和线路交换光网络。其中类包交换光网络采用离线仲裁-全局同步-本地控制的控制模式，消除了实时仲裁的交互延迟，达到了与电域交换机相媲美的延迟性能;而线路交换光网络使用了最大优先的快速仲裁算法，保持了较高的光链路利用率。通过使用这两个层次的光域网络，机柜之间的链路资源可以弹性的分配和隔离。　　第四，提出了一种弹性网络系统的使用模式。本文将网络链路抽象为一种与内存相似的资源，由应用进程根据自身的需求动态的提出申请，弹性网络系统则依据申请信息动态的为进程分配链路资源，以满足应用进程对网络资源的需求。同时，本文以虚拟拓扑映射问题为例，设计了面向弹性网络系统的节点和链路映射算法，举例说明了弹性网络系统的使用模式和性能优势;模拟结果表明在同样带宽配置的情况下，弹性网络的收益相对于固定拓扑网络有25％的提升，虚拟拓扑映射接受率也有约13％的提升。