软件定义网络(Software defined networking,SDN)是新兴的下一代网络技术,它将控制与转发分离,数据平面设备负责高速数据转发,控制平面采用逻辑集中式控制基于网络视图和状态对网络事件进行决策,提供了灵活的网络控制方式。在SDN发展初期网络规模有限的情况下,控制平面的性能足够满足对网络的控制需求。但是随着SDN网络部署规模的不断扩大,集中式的控制平面成为了制约SDN网络扩展的瓶颈。本文针对SDN可扩展性问题进行了深入研究,主要贡献如下:(1)对主流的控制平面多控制器扩展方案进行了研究和分析,采用可扩展性最好的层次式多控制体系架构,基于业界开源控制器ONOS,设计和实现了一种高性能的分层分域控制系统。该系统通过将控制层分层、将网络划分区域的设计,可以有效减少控制平面的通信开销,从而提高SDN网络的可扩展性。实验结果验证了该系统的可用性和高效性。(2)针对层次式控制架构中控制器的部署问题,为寻求最佳的控制器部署策略,以最小化交换机的平均请求时延,提出了一种基于聚类和遗传算法的控制器部署算法,可以在有限时间内求解控制器部署策略,包括控制器的位置和控制的网络区域。与传统求解算法的仿真对比结果表明了该算法得到的控制器部署策略可以有效地降低交换机的平均请求时延,可用于优化控制器资源的部署。(3)针对大规模网络控制平面的组网需求,提出了一种控制平面的带内组网方案,使得在无单独组网的情况下,分层分域控制系统的控制平面可以部署在数据平面网络之上,共享数据平面物理网络。实验结果验证了该带内组网方案的可用性,该方案可应用于大规模SDN网络中无专用控制平面网络时的分层分域控制平面组网。