随着虚拟化、云计算大数据等技术的迅速发展,以及运营商网络、移动互联网等领域创新应用和网络新业务的不断涌现,业界对互联网的规模、功能和性能等方面的需求也越来越高。现有的网络设备维护管理负责,并且底层通信协议的复杂以及多元性都会使得传统网络的性能受到影响。故而软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)提出给整个网络架构带来了颠覆性的变化,一方面提供了网络的可编程接口给整个网络带来了可编程特性,另一方面将数据层与控制层解耦分离易于管理维护,为未来网络的发展放心提供了新型架构与研发方向。在SDN网络架构中,控制器作为网络的核心大脑一直是业界的研究重点。为了解决单例控制器的单点失效问题,本文对控制器可扩展性进行研究。为此,集群控制器应运而生,通过主-从控制器协同工作及数据共享实现了集群控制器之间的信息交互。本文首先分析了当前几种控制器扩展性解决方案的优缺点,并对现有服务器集群、虚拟集群等技术与SDN网络特性相结合进行分析研究,在此基础上,选择开源的OpenDaylight开源控制器作为主要研究及开发对象。其次我们设定三个实验控制器实例,分别按运营商网络应用场景设计不同分区功能,并对其完成代码开发。重点对其控制器集群技术进行了详细的研究和分析,包括集群通信、数据缓存、集群可访问、信息同步等关键特性。再次为验证集群控制器的性能,我们将使用OVS模拟真实底层网络节点,搭建SDM-EON实验网络场景,将集群SDON控制器应用到其中,进行不同业务量下的性能测试以及协同工作机制检验测试和灾备处理机制测试。集群软件定义的光网络控制器在空间复用的弹性光网络中利用多维资源碎片整理(MDRD)重构算法原理进行重构测试。实验结果表明,控制器使用集群技术相比与传统单控制器可以提供频谱和空间资源双纬度的快速有效的重构。