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软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)是一种新型网络架构,通过控制与转发分离,开放一个集中式控制的可编程网络。在SDN网络中,控制器又被称为网络操作系统,是SDN的核心部分,向上通过北向接口提供对业务应用的承载,向下通过南向接口OpenFlow协议控制网络设备的转发。SDN实现了对网络的灵活高效管控,推动了网络向可编程、可扩展的方向不断发展演进。然而,SDN控制器作为未来承载网络的核心控制载体,现有控制器架构、基础网络服务核心功能、开放式接口与协议不足以支撑其关键特征。比如,面向创新型业务的承载网提出低时延、按需网络构建等关键需求,这些特征与SDN控制器核心功能直接相关。南向接口方面,OpenFlow已经获得业界广泛的支持,成为SDN南向接口的事实标准。但是OpenFlow难以支持一些重要的承载网络,如光网络。北向接口方面,不同的控制器有不同的北向接口,限制了控制器在业务承载能力的扩展性。本文对SDN控制器可扩展性问题展开了深入研究,具体工作如下:(1)提出了一种通用的SDN控制器可扩展模型,分析了控制器核心功能及扩展,Openflow协议演进及Openflow协议扩展,北向Restful接口等关键技术。(2)调研控制器中反映未来承载网创新型业务承载特性的核心功能模块,提出将网络构建结合路由对控制器核心功能进行扩展的方案,设计核心功能扩展的Ex-SDN控制器支持网络构建、路由扩展功能。同时,将Ex-SDN控制器结合协同控制器对多域SDN场景下的架构和路由方法进行了设计与分析。(3)基于Opendaylight开发Ex-SDN控制器软件支持无标度网络拓扑构建、网络预路由等扩展功能。开发功能可视化WebAPP,支持网络拓扑、网络构建和流表预配置功能及一些控制信息显示。搭建Mininet实验仿真平台模拟典型光路由网络ORN,对比分析Opendaylight控制器和Ex-SDN控制器在相同节点对之间的路由和转发时延。实验结果表明扩展后的Ex-SDN控制器在处理数据包的路由选路及转发时延有了明显的改善,控制器中网络构建和路由扩展功能模块发挥了作用,验证了 SDN控制器核心功能的可扩展性。