随着网络规模不断扩大,越来越多的功能和协议在网络上进行叠加,网络设备日益封闭,网络管理变得更加复杂,极大地延缓了网络服务的创新。SDN是一种新兴的技术,它提出了新的网络架构理念,其核心思想是网络的控制平面与转发平面分离、网络设备具有开放的可编程接口和网络的集中控制。SDN大力推动了网络的创新,网络将向着可编程、易扩展的方向发展。控制器是SDN的核心,它负责对底层转发设备进行管理和控制、向上层应用提供网络资源调用,其可靠性、高效性和可扩展性是SDN系统正常运行的前提和基础。运营商网络具有规模庞大、协议复杂、信息海量以及相对封闭的特点,对于网络的可靠性和稳定性有很高的要求。然而现有的SDN控制器很难同时满足运营商网络对高效性和可靠性的要求。本文根据运营商网络的特点,设计并实现了模块化的SDN控制器。该控制器采用分层式架构,使用高效的C语言进行编写,具有优化的工作流程和路由算法,采取静态内存分配、多线程处理的方式来提高运行效率。此外,该控制器还使用了OpenFlow协议与底层设备互通,通过北向REST接口实现了与数据中心管理平台OpenStack的整合,使用Zookeeper技术和HBase分布式数据库实现了控制器的高可用集群。在本论文中,首先,作者介绍了SDN控制器的相关技术,包括SDN的实现方案、典型架构、OpenFlow协议和多种控制器实现技术等内容；其次,作者参与了控制器方案的设计,包括总体架构、功能模块和接口体系等内容,并对控制器工作逻辑、链路发现模块、网络拓扑模块和路由算法进行了重点研究和设计实现；最后,作者通过搭建真实的SDN网络环境,使用Open vSwitch、Mininet和Cbench等工具对控制器进行了功能和性能测试,验证了本文设计的控制器具有很好的可用性和高效性。