近年来,随着大数据、自动驾驶技术、云计算以及人工智能等新科技的不断发展,许多公司和组织对网络的需求不断加大,但是由于传统网络架构的设计弊端,导致传统网络无法满足这种新的需求。为了解决这种传统的TCP/IP网络架构下的难题,业界开始用IT的思维来设计网络,提出了一种新的网络架构——软件定义网络(Software-Defined Networking,SDN)。SDN 的设计理念是将网络中的控制层面和数据层面分离,在逻辑上集中控制。控制层可以制定规则来提供不同的服务,并将这些规则应用到转发层上。而在大规模网络中部署SDN,单个控制器如果出现故障,将会造成整个网络瘫痪,因此,在Openflowv1.2中引入了多控制器的概念。为了应对这种大型网络,国内外学者对多控制器部署问题提出了诸多方案。但是没有综合考虑控制器负载均衡和可靠性以及控制器之间的协调问题。因此,本文结合现在的研究成果综合考虑存在的这些问题。主要的工作以及研究内容如下:(1)考虑到扁平控制器和层次控制器架构的不足,本文提出一种可靠性强的控制架构—一控制层级分布式架构。将此架构设计为主控制层和基础控制层,并介绍了主控制层之间,主控制层与基础控制层之间,基础控制层与转发层之间的接口实现。(2)在控制层级分布式架构下,考虑到主控制层协调基础控制器以及管控主控制层的控制器,在主控制层中提出一种OPAXOS算法,使之能够动态选举Leader控制器,通过Leader协调和管控主控制层的控制器。(3)在控制层级分布式架构下,考虑到基础控制层之间的负载问题,将基础控制层的控制器负载近似为packet-in数据包的请求量,对此问题进行建模,将负载问题转化为时延的问题。提出一种平衡时延动态负载均衡的BTDDLB算法,保证整个控制器的负载均衡。