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为满足软件定义光互连数据中心的可扩展性、低成本和低时延的性能需求,本文通过设计控制层分布式架构、压缩数据层交换器流表和提出高效交换调度算法来实现,取得如下研究成果:1)提出控制层控制器分布式放置算法。把集中式放置的控制器分布式放置到光互连的数据中心中,控制器之间通过骨干网中光链路进行消息传输,以缓解控制器处理多流请求的压力,且为这些流量提供就近控制器的传输路径,但也增加了控制器间消息的传输时延。本文提出了整数线性规划(ILP:Integer Linear Program)设计和启发式算法,考虑链路时延、控制器成本等代价,折中控制器之间同步消息带来的传输代价和交换器请求消息带来的传输代价,将控制器分布式最优化放置。实验证明了所提算法在满足数据层流请求的同时使系统的总开销最小,提高了控制层的可扩展性。2)提出数据层交换器流表压缩算法。从控制流表规模的角度入手,提出基于动态路由生成策略的流表压缩算法。在考虑流量特征、传输时延、网络拓扑等因素下,将流表压缩和路由优化进行联合设计。首先提出了ILP设计,通过折中交换器流表硬件代价和数据平均传输时延代价,最小化系统总成本,生成最优的路由进行流表压缩。为提高算法执行效率,进一步提出了基于重叠路由的流聚合(ORWFA:Overlapping Routing with Weighted Flow Aggregation)算法,其核心思想为:基于高权重流优先(HWFF:High Weight Flow First)原则构建最小生成树,进而基于最小生成树构造的路由进行流表压缩。实验结果证明所提算法通过动态的路由分配策略实现流表压缩,降低了流表存储芯片成本。3)提出数据中心中的数据包多跳调度算法。高性能数据中心需要大容量光交换器来保证服务质量(Qo S:Quality of Service),其中光交换器的重配置开销和多级交换架构中的调度算法效率是两个关键挑战因素。本文基于多级Clos光交换架构,利用多个并行工作的中间级光交换器来提供空间加速比以弥补重配置开销。并提出多跳调度机制,在保证无阻塞的基础上,利用矩阵分解调度算法中存在的空时隙。分别提出了多跳路由和调度(MHRS:Multi-Hop Routing and Scheduling)算法和DETOUR算法,通过仿真实验证明其有效的降低了数据包的平均传输时延。