随着互联网的发展,新的应用和技术不断的涌现出来,网络流量也呈现出了爆发式的增长势头。数据中心作为处理和传输数据的核心,也面临着越来越多的压力。传统数据中心的带宽小、可扩展性差、能耗高等缺陷也都暴露出来。与此同时,光交换凭借其特有高带宽的特点迅速发展。如何将光交换技术应用到数据中心内部,也成为了一个全球关注的热点问题。光交换在数据中心中的应用也从仅用光纤传输到光电混合网络再到未来的全光数据中心网络。全光数据中心网络当前还处于理论研究为主的阶段,依旧面临着网络架构可扩展性不强、容错性差等挑战。针对上述问题和挑战,本文的主要工作是探索数据中心光互联架构的演进过程和规律,提出一种基于递归扩展的容错性好、可扩展性高的数据中心光互联架构模型。大部分新提出的数据中心光互联架构往往只能在一个主要性能方面表现突出,而忽略其他方面。如何同时提升数据中心多种主要性能指标,是数据中心光互联未来发展亟待解决的难题。本文通过理论验证比较不同架构之间的容错性的关系,揭示了所提网络架构不仅扩展性好而且容错性高的突出特点。围绕数据中心负载均衡的问题,本文针对Fat-tree网络架构的特点提出一种多路径负载均衡波长路由选择算法。基于OMNeT++仿真平台,研究不同的数据中心网络拓扑模型中业务量与阻塞率之间的关系,以及业务量与网络平均资源利用率之间的关系。以Fat-tree 为例, 介绍了搭建网络拓扑模型和实现最小负载路由波长选择算法的仿真流程。针对仿真结果的分析,得出不同数据中心网络拓扑类型中业务量变化与数据中心阻塞率的关系。针对负载均衡的算法验证与最小负载路由算法作对比,在Fat-tree网络拓扑中进行了随着业务量增长验证算法对网络阻塞率的影响的仿真,验证了所提多路径负载均衡算法的性能。