随着通信网络的不断发展,新的网络协议不断出现,网络也变得越来越复杂,网络僵化逐渐制约网络的创新与发展。软件定义网络作为一种新型网络架构,通过分离数据平面与控制平面,简化网络管理逻辑,打破了通信网络的发展瓶颈,是下一代网络的发展方向。在网络规划和建设中,网络资源分配和路由策略研究是需要重点关注的领域之一,合理分配网络资源与规划路由策略,可以提升网络性能,增加网络弹性与鲁棒性。软件定义网络赋予了控制平面可编程特性,在网络建设中,我们可以根据优化目标,灵活的进行网络资源分配与规划路由策略。P4(Programming Protocol Independent Packet Processor,P4)语言作为一种声明式编程语言,赋予了交换机数据平面的可编程特性,交换机中稀缺的TCAM(Ternary Content Addressable Memory,TCAM)资源可以得到更合理利用,网络设计与规划中具有了更多的自由性,进一步促进了软件定义网络的发展。本文首先研究了在软件定义网络中的链路故障恢复问题。由于运营商网络对链路恢复时间要求小于50ms,软件定义网络中实现链路故障恢复只能使用Protection模式,为所有网络流安排备份路由会导致表项资源消耗爆炸式增长。我们通过数学模型建模该问题,提出了一种基于利用默认表项和基础工作路径的链路故障恢复方案。其次我们研究了软件定义网络中的流量工程问题。软件定义网络相较于传统网络具有更精细化的流管理能力,我们分析了出于流量工程需求,如何实现OpenFlow交换机的任意比例流量分割。然后我们分别研究了基于负载均衡和网络节能流量工程中的表项资源分配与路由规划问题,进行数学建模后给出了合理的解决方案。最后我们研究了如何利用P4语言来实现数据平面可编程的交换机。由于传统的软件定义网络只赋予了控制平面可编程特性,OpenFlow协议的升级导致交换机需要支持的匹配域字段逐渐增加,带来了TCAM资源的浪费。我们研究如何利用P4语言编程交换机,灵活定制交换机的匹配域字段,最后通过编程交换机进行了链路故障恢复实验。