目前软件定义网络架构（Software-Defined Networking，SDN）存在流表项资源消耗与控制器负载过大等问题。这些问题会直接影响到网络的转发能力和扩展性。分段路由技术的核心思想是将部分信息以标签的形式插入到数据包头中。这样设备就可以直接根据标签进行转发，降低了流表项资源的消耗。　　但是分段路由在转发过程中，过多标签的插入会涉及到复杂的拷贝过程，对转发效率造成影响。另外目前基于分段路由的负载均衡方案都主要从整型规划和约束编程两个方面出发，算法运行时间较长，无法快速应对突发的流量和拓扑变化。本文从基于分段路由的转发架构和算法效率两方面进行研究，在提供较好的负载均衡能力同时，提出了降低流表项资源、分段路由标签消耗和提高算法快速获取有效解能力的解决方案。本文的主要研究内容和贡献如下:　　一、针对SDN架构流表项资源不足与分段路由标签数量过多这两个问题，我们提出了新型分段路由架构:kLink架构。该架构通过多个节点共享标签的方式来降低标签的使用数量，同时也极大的减少了流表项资源的消耗。仿真实验表明，与标准分段路由架构相比，kLink架构能够有效降低50％的标签使用数量，在流表资源消耗方面，最多仅为传统解决方案的三分之一。　　二、针对目前分段路由在负载均衡方面的解决方案中，算法运行时间较长且无法快速应对突发流量或链路变化的问题，我们提出一种基于局部搜索的随机链路优化算法。算法通过随机地将高负载链路上的流量调整到周围的低负载链路的方式，来降低链路的最大负载。并且算法可以在任意给定时间内给出可行解，能够快速应对网络拓扑或流量矩阵的变化。与相关算法的实验结果进行比较，我们的算法在负载方面可以降低30％的最大链路负载，在时间效率方面，算法可以提高3到4倍的运行效率，耗时维持在1秒以内。　　三、针对流表匹配所使用的TCAM（ternary content addressable memory,TCAM）资源短缺的问题，我们提出了一种混合式网络架构。这种混合架构利用分段路由来降低流表项资源的消耗，在关键节点利用流表项引导流量的转发来降低标签数目的使用。然后从链路容量约束和流表项资源约束两方面，对混合网络架构的负载均衡问题进行了建模，并证明了其NP难。我们设计一种近似算法来解决此问题，并对算法做出了近似比分析，证明在两个约束下算法的近似比分别是4logn/α+4和3logn/α+3。与目前先进的架构相比较，我们的算法可以在负载均衡能力方面取得相近的水平，在流表资源消耗方面能够减少12％的消耗。