因特网本身的体系结构已经和网络技术的发展与创新形成了不可调和的矛盾。为了从根本上解决上述问题,各种新型网络被先后提出,其中软件定义网络凭借其控制平面与数据平面解耦、使用开放的可编程接口和逻辑集中的控制等特性脱颖而出,被视为一种颇具前景的网络体系结构,受到了学术界和工业界的广泛关注。无论是对于因特网还是软件定义网络,故障都是一块巨大的绊脚石。虽然故障发生的频率一般不高,但一旦发生就可能对网络性能造成不可估量的损失,对网络实时业务更是如此。因此,容错对于任何一种网络体系结构都不可或缺。由于软件定义网络的结构与因特网完全不同,因特网的故障恢复技术无法直接应用于软件定义网络中。在本文中,作者基于软件定义网络本身的特点,总结和分析了已有的相关研究工作,并对控制平面的架构设计、控制交换机（即与控制器建立带外物理连接的交换机）的选择问题、数据平面的容错技术和控制平面的容错技术四个关键问题进行了深入研究,提出并实现了一套在软件定义网络中完备的容错机制。本文的研究内容和贡献点主要包括以下三点。1.针对现有的控制平面架构的不足,即为了保证较高的可靠性,会产生较高的控制报文通信时延、部署成本和实现难度的问题,本文提出了一种控制平面架构,仅设置了一组共计两台控制器,并根据三个不同的指标决定了控制交换机的数量和位置,验证了该架构不仅具有高可靠性和高时效性,而且易于实现、节省部署成本。2.针对现有的数据平面上应对单条链路故障的容错方法的不足,即为了保证较少的故障恢复时间,采用了protection机制并基于流计算备份路径,从而需要占用较多的网络存储资源;同时对网络设备、协议或拓扑等有特殊的要求的问题,本文提出了一种采用protection机制、使用LOS检测故障并基于链路计算备份路径的方法,验证了该方法同时具有故障恢复时的高时效性、强可拓展性和广泛适用性。3.在前两个贡献点的基础上,本文进一步讨论控制平面上的容错方法和数据平面上应对单台交换机故障和适用于组播场景的容错方法,针对在上述领域中现有的容错方法的不足,即需要修改网络设备或协议,或者对部分拓扑不适用的问题,本文根据数据平面和控制平面、单播和组播、链路故障和交换机故障各自具有的特点,提出了相应的容错方法,验证了这些方法具有故障恢复时的高时效性和广泛适用性。