在互连网络环境中，由于用户身份的日益复杂和网络上安全隐患的不断增加，在网络上实现数据的安全交换和传输成为一个亟待解决的问题。然而，仅仅依靠软件的改进所获得的安全保障是有限的。为了从根本上实现网络数据传输的安全性，我们需要将软件方法与硬件方法相结合，对网络数据进行控制。本文的主要内容就是研究在以太网环境中数据的安全交换协议和数掘安全策略以及在此安全框架下安全交换机的设计和实现。 本文首先在对计算机网络数据链路层原理进行研究的基础之上，提出了基于以太网的安全介质访问控制协议。它通过特定的安全组帧方法和安全信道访问及流量控制手段，用硬件方法保证了数据在网络中可靠安全的传输。本文还对安全交换机中数据的硬件加密技术作了研究，提出两种方法对高速交换环境下的数据流进行有效的加密传输。 同时，为了确保数据可靠高效地转发，我们使用排队理论对网络数据流量特性进行了建模和分析，并研究得出以太网接收缓冲容量大小的优化结果和执行流量控制的恰当时机。在文中我们还讨论了利用线性移位寄存器技术产生安全的CRC校验码的方法。 在前面研究了以太网安全交换技术的基础上，我们对安全交换机进行功能模块划分，实现了一个以太网安全交换的原型系统。在着重设计并优化实现了该交换系统数据链路层与上层交换模块和下层物理层模块之间的接口之后，我们将该以太网安全交换机数据链路层功能部分划分为发送模块、接收模块、发送缓冲、接收缓冲以及RMII管理模块等5个主要的模块，使用硬件描述语言对发送模块、接收模块和RMII管理模块进行了详细的设计和实现。