网络虚拟化是推动互联网体系结构创新的有效途径，其发展面临着虚拟网高效映射和物理网流量管理的双重挑战。一方面，虚拟网覆盖范围广，涉及物理网络自治域多，设计全局优化映射决策困难，数据中心虚拟网资源需求描述复杂，要求虚拟网映射机制不仅满足虚拟网的资源需求，还要提高物理资源的利用效率。另一方面，流量超线性增长，物理网络拥塞风险增大，网络不断扩容造成能耗持续攀升，要求流量管理机制不仅能够优化网络性能，还可以降低网络能耗。针对上述挑战，本文围绕提高虚拟网映射效率和增强物理网流量管理能力两大核心目标，分别从跨域虚拟网映射、数据中心虚拟资源分配、最优流量工程泛化路由框架、节能路由机制等4方面进行了研究和创新。本文的主要贡献包括：1.设计了跨域虚拟网映射机制。针对映射过程中信息不对称的难题，本文提出了涉及多个物理网络域的有限信息共享机制，进而将映射问题建模为整数规划问题，并设计了可以在多项式时间求解的高效在线映射算法。实验表明，该算法的映射成功率和物理资源利用率均可达到理想情况下最优值的80%–90%。2.设计了支持带宽保证的数据中心资源分配机制。针对数据中心虚拟资源需求描述难的现状，提出了任务资源需求解耦和的思路，设计了支持带宽保证的Dual–Hose模型，以及与该模型相适应的虚拟机分配算法和带宽分配算法。实验表明，该机制的任务接受率比现有最佳方案提高了5.3%。3.提出了实现最优流量工程的泛化路由框架。为了满足流量工程优化目标和实现方式的多样化需求，本文基于网络效用最大化理论提出了一种泛化路由框架和一类通用负载均衡效用函数，设计了实现最优路由的链路状态路由协议SPEF，并分析了基于MPLS的实现方式。实验表明，SPEF可将OSPF的网络效用提高10%–40%，基于MPLS的实现方式路径变化率仅为6.67%，路由稳定性好。4.设计了高鲁棒性节能路由机制ROD。针对流量管理中性能、节能和鲁棒性互相制约的难题，ROD采用了分层组合优化的策略：首先建立以性能和节能为目标的联合优化模型，得到满足特定约束的最优路由，然后优化该路由的鲁棒性，使其可以应对任意单链路故障的情形。实验表明，ROD可以按照流量管理需求，灵活地调整三个目标之间的关系，得到对应的路由结果。