软件定义网络(Software-Defined Networking,简称SDN)是一种区别于传统网络的新型网络架构,它打破了传统网络的限制,实现了网络的灵活性和可编程性。传统网络将管理层和数据层紧密联系在一起,导致网络的部署及应用变得十分复杂且难以管理,长期局限并妨碍了网络基础设施的创新和发展。SDN突破性地将网络中的控制逻辑和底层转发设备分离,将网络管理集中化。OpenFlow协议是SDN的核心技术之一,也是SDN底层实现的最理想方式之一。OpenFlow协议简化了对网络的管理,并且增强了网络配置的一致性和准确性,在全球范围内取得了重要影响,具有广阔的应用前景,但同时也给网络的安全性和可靠性带来新的挑战。本文的研究对象OpenFlow包消息机制(OpenFlow Bundle Mechanism)是OpenFlow协议针对网络安全性提出的一种消息通信方式,其目的是通过保障消息的一致性和完整性来提高网络的安全性和可靠性。本文基于形式化方法的高可信特性和OpenFlow协议安全性和可靠性的需求,利用形式化方法中的通信顺序进程(Communicating Sequential Processes,简称CSP)理论对OpenFlow包消息机制进行形式化分析和验证。通过对系统内组件的抽象和建模,将系统抽象为控制器组件、交换机组件以及包组件三个模块,并分别完成三个模块的CSP建模,构建各模块之间的联系,完成对整个通信系统的CSP建模。然后,我们使用模型检测工具PAT(Process Analysis Toolkit,简称PAT)对构建的CSP模型进行编码和模拟验证,从验证结果得出OpenFlow包消息机制满足无死锁性、原子性、顺序性、并发性以及可调度性这五项性质,通过严密完整的形式化验证方法证明了OpenFlow包消息机制能够保障消息的一致性和完整性。最后,我们在原模型的基础上引入现实世界中入侵者的攻击行为案例,对入侵者的行为进行建模后与原系统进行并发,对攻击行为进行分析和验证,发现了机制中存在的不安全性,并提出了符合实际的优化方案,从而提高了OpenFlow协议的安全性和可靠性。