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软件定义网络(SDN/OpenFlow)是一种新型的网络架构,将传统网络的封闭体系分离为数据平面和控制平面,具有良好的可控性和灵活性。SDN开始被引入到许多场景下的网络,其中包括广域网。将SDN/OpenFlow应用于广域网中存在以下技术挑战:受限于链路物理距离,控制器与交换机之间通信时延长,导致新流到达时,新建数据流路径时间长的问题。目前的研究主要使用源路由(如SlickFlow)的方案解决这个问题。这些方案存在问题:数据包需要携带较大且变长的包头信息,不利于硬件实现;修改了 OpenFlow协议,不利于推广应用。本文对上述问题进行了深入研究,提出了对应的解决方案,论文的主要贡献如下:(1)提出了基于OpenFlow的标签路由机制,并且在不修改OpenFlow协议前提下,给出了一个实现该标签路由的方案。本文将标签信息存放在QinQ的VLAN包头域中,与SlickFlow相比,压入的包头信息短小且定长。论证了本文的标签仅会增加0.26-6.25%的传输时延和少于0.52us的操作时延。从分析和实验结果表明,新流到达时,可以减少交换机与控制器之间的通信量,从而降低网络平均时延。(2)设计了一个基于OpenFlow的标签分配机制,讨论了如何分配和管理标签路由的标签。基于Ryu控制器、MongoDB等技术,设计了一个可以分配、管理、存储和下发标签的系统,同时该系统具有良好的扩展性。最后,在盛科V150交换机和EX2000拓扑连接器上,搭建了标签分配机制的原型系统。实验结果表明,原型系统可以有效地分配下发标签以及删除网络中的标签信息。(3)基于流量矩阵,讨论了如何利用标签分配实现网络链路负载均衡。首先讨论了目前SDN中测量流量矩阵的研究,并给出了测量流量矩阵的一般方法。然后基于流量矩阵负载均衡算法(TM-LB)进行改进,提出了 ITM-LB算法。本文使用真实的和随机的流量矩阵进行两次仿真实验,实验结果表明,使用ITM-LB和TM-LB算法下发标签都能实现链路负载均衡。但是,无论是负载均衡能力还是算法运行效率,本文提出的ITM-LB算法都要优于TM-LB算法。