随着互联网技术的高速发展,网络应用急剧增加。传统的网络架构涉及的网络协议繁杂、维护和升级的成本高等原因使得传统网络架构已经不能满足日益增加的互联网需求。传统的网络是一个分布式网络,没有集中的逻辑控制节点,不易于网络管理员从整体角度管理网络。SDN应运而生,SDN具有控制平面和转发平面分离的特点,为网络的发展带来了新的方向。然而,控制平面的集中化会增加控制器单点发生故障的可能性,且单个控制器的性能始终有限,不能够适应网络规模的扩展,需要多控制器协同工作来满足网络的需求。本文针对SDN控制器集群的组织结构和性能保证方法进行了研究,设计实现了SDN集群控制系统。主要工作如下:(1)设计了一种SDN控制器集群组织架构。论文在分析控制器集群系统需求的基础上,设计了以OpenDaylight控制器和Zookeeper分布式协调服务为基础框架的控制器集群系统框架,使用Zookeeper服务实现集群的成员和配置管理。(2)设计了基于负载均衡的SDN控制器集群系统的性能保障机制。在北向接口层采用LVS/DR技术实现负载均衡,将业务请求通过负载均衡器均衡地转发到各控制器集群节点中。在南向接口层,为了避免控制器过载,监控交换机报文上传速率。本文设计了交换机主控制器选举算法,当交换机报文上传速率超过控制器处理速率时,将部分交换机迁移至新的主控制上,保证控制器的服务性能。(3)给出了分布式数据库DataStore选举优化方法。对分布式数据库分片选举进行优化设计,对集群中各数据分片的状态进行捕获和管理,对想要升主的数据分片进行管控,避免集群中出现双主或多主等现象。论文实现了SDN控制器集群系统,并进行了部署和测试,实验结果验证了系统的各项功能和性能指标,所完成的系统满足设计需求。