软件定义网络(Software-DefinedNetworking,SDN)是一种新型的网络架构,已经引起了业界的广泛研究和重视,并且被认为是一种网络虚拟化的实现方式。SDN核心是将传统网络设备中的计算控制模块和数据转发模块分离,并将计算控制模块集中在一个可编程控制器上,由控制器计算数据包转发路径,并下发相应流表给相关交换机。显而易见,控制器在软件定义网络中具有相当重要的地位。当网络规模较大时,单控制器无法及时响应大量的数据请求,因此需要将网络合理划分为多个区域,每个域由一个控制器管理,形成多域SDN网络。因此,如何保障多域SDN网络中控制器的可靠性是一个关键问题。为了保证多域SDN网络的控制器的可靠性,实现控制器的故障恢复,常用的方法是实时备份各个域中的主控制器,以防某域中主控制器突然故障,从而导致整个网络陷入瘫痪状态。关于在多域SDN中备份主控制器的问题,需要考虑两个方面,一是如何备份各个域的主控制器网络状态信息,二是如何部署备份控制器。关于第一个问题,最简单的解决方法就是主控制器及时将网络状态信息发送给备份控制器,在单控制器SDN网络中可以用上述方法解决,但在多域SDN网络中上述方法可能会导致主备控制器之间过于频繁通信,再加上在多域SDN网络中,各个域的主控制器需要彼此通信以了解全局网络状态信息,因此该备份方法可能会由于通信占用资源过多而影响控制器的计算性能。关于如何部署备份控制器的问题,最通用的方法即为每个域放置一个备份控制器,但这样可能会造成资源浪费,因为各个域的备份控制器同时启用的概率非常小,换言之,一部分备份控制器会处于闲置状态,即其只占用网络资源而无法管理网络。综上所述,为了提高多域SDN网络的控制器的可靠性,需要设计更有效的备份各个域的主控制器网络状态信息方法,同时需要合理地在多域SDN网络中部署备份控制器。本文讨论了备份多域SDN网络中主控制器的网络状态信息问题和备份控制器部署问题,主要研究内容包括:(1)一种基于数据共享中心的控制器故障恢复方法。该方法的目标是通过建立数据共享中心以便实时存储各个域的网络状态信息,从而减少主备控制器以及各个域主控制器之间的相互通信,进而提高网络的整体性能。方法首先设计存储网络状态信息的数据结构,然后为了保证数据共享中心的可靠性,基于热备份机制和低时延设计数据共享中心的部署方案,最后给出基于数据共享中心的控制器故障恢复和修复的工作流程。(2)一种基于共享机制的备份控制器部署方案。即多个域共享一定数量的备份控制器。为了有效的利用网络资源,需要部署合理数量的备份控制器并且将其放置在合适的位置上。本文首先基于主控制器的故障概率计算出所需备份控制器的最少数量,然后同时考虑备份控制器数量、备份控制器到交换机的时延以及备份控制器放置位置的可靠性,最后利用基于多目标优化的粒子群算法,计算出最优的备份控制器部署方案。