数据中心起到承载网络应用、存储网络数据、提供运维环境的作用,在通信网络系统中占有举足轻重的地位。近年来随着云计算、社交网络、高清电视、网络游戏等新兴网络技术或网络需求的出现,数据中心的架构和其中承载的业务模型正在发生着意义深远地改变。由于数据中心规模的不断扩大和业务传输需求的不断发展,数据中心内部网络交换结构面临着前所未有的挑战。传统的数据中心内部网络电分组交换结构造成了巨大的能耗、降温、和温室气体排放问题。并且这些问题在不久的将来将得到进一步的恶化。光交换技术因其超大传输带宽和相对较低的能耗越来越受到研究人员关注。近年来,人们尝试将光交换技术引入到数据中心内部网络交换结构中,从而形成了光电混合数据中心内部网络交换结构。光电混合数据中心内部网络交换结构充分结合两种交换技术的优势,利用电分组交换技术灵活的特点处理数据量较小的业务“老鼠流”;利用光电路交换技术节能的特点处理数据量较大的业务“大象流”。研究表明,通过光交换技术引入,数据中心有潜力减少约75%的能量消耗。本论文主要针对目前混合光电路-电分组数据中心内部网络交换结构中存在的关键技术和难点进行深入研究。以满足数据中心发展趋势和业务需求为目标,论文研究了光电混合数据中心内部网络交换结构中电分组头部处理、光交换结构资源利用以及光交换结构连线复杂度和扩展性等问题。具体来说,论文进行了下述几个方面的研究工作:研究了电域分组交换机处理机柜间通过电分组方式传输的服务器到服务器数据分组难题针对光电混合数据中心内部网络交换结构中通过电分组方式传输的机柜间业务在通过机柜间电分组交换结构时,分组交换机存在的头部处理负载繁重和转发表流表项冗长问题进行研究:1)论文提出在柜顶交换机首先根据目的服务器地址将粒度较小的服务器到服务器数据分组汇聚成粒度较大的柜顶交换机到柜顶交换机数据帧。2)当处理数据中心通过电分组方式传输的目的地址分布不均匀的机柜间业务时,论文在数学上分析了柜顶交换机数据帧汇聚调度过程中存在的丢包率和系统公平性折中关系。3)根据此折中关系,论文提出了适合于柜顶交换机的汇聚调度算法。该算法在保证柜顶交换机最小数据丢包率的前提下,最小化系统的平均时延和时延抖动。研究了光电路交换结构频谱资源利用和连线复杂度问题针对光电混合数据中心内部网络交换结构中的光电路交换结构处理带宽请求不均匀的机柜间光电路传输业务造成频谱资源浪费现象和当柜顶交换机分布面积较为广泛时光电路交换结构光纤长连线数量过多问题,论文做了如下研究:1)论文提出了一种新型的基于弹性频谱分配策略的频分复用环状数据中心内部网络光电路交换结构。2)论文研究了该结构中存在的频谱分配问题,提出了求解该问题的整数线性规划模型和贪婪性启发式算法。3)论文研究了该交换结构处理不同业务模型时的系统性能并证明了该结构的可行性。研究了光电路交换结构扩展性问题为进一步解决基于弹性频谱分配策略的频分复用环状数据中心内部网络光电路交换结构支持的柜顶交换机数量受限于单个光纤环中C波段频谱资源总量的难题,论文继续研究了数据中心内部网络光电路交换结构的扩展性问题:1)论文提出了一种基于多环的数据中心内部网络光电路交换结构,该结构可以在避免大量长光纤连线的前提下支持多达数万个柜顶交换机间的无阻塞连接。2)论文研究了该结构中存在的路由和频谱分配问题并提出了固定频谱分配和弹性频谱分配两种求解路由和频谱分配问题的可行策略。3)对于固定频谱分配策略和弹性频谱分配策略,论文分别给出了路由和频谱分配问题的求解方法。4)论文研究了在处理不同业务模型时两种策略的系统性能并分析了两者间的优缺点。