作为下一代网络发展的趋势,软件定义网络提出控制平面与转发平面解耦,将抽离出的控制平面集中化为中央控制器,并支持用户对中央控制器进行软件编程来自定义网络行为。相比于传统网络,集中式的控制平面要更加灵活与机动。与此同时,单一的控制平面也带来了许多新的问题。其中,控制平面的高可用性成为软件定义网络发展过程中不容忽视的问题,诸如单控制器的性能瓶颈以及控制器的单点故障都对控制平面的高可用性提出了严苛的挑战。本文研究软件定义网络环境下多控制器架构的设计与实现,即通过多台控制器相互协作,来应对集中式控制平面的高可用性问题。本文首先回顾了现有多控制器架构的设计理念,并在此基础之上提出了HACon架构,通过层次化架构模型、控制器分组、控制器主从机制的方式构建网络。全局网络被分成多个自治的网络域,每个网络域交由单独的控制器管理。多控制器组成一个负载均衡组LBG,LBG内每台控制器从其余控制器中选择m台作为备份组成容错组FTG,FTG内部引入主从方式实现单点容错。通过将LBG与FTG进行整合,在实现控制平面高可用性的同时,减少了网络中的控制器数量,提高了网络的资源利用率。本文着重研究讨论SDN控制平面的高可用性问题。在现有硬件条件和网络协议的基础之上,本文实现了层次化的多控制器架构。实验表明,本文所提出架构的主要优点有:1、可以有效提升控制平面可拓展性;2、有利于解决控制器单点故障问题,从而极大地提高了控制平面的可用性。