急速增长的网络带宽和不断出现的新型业务是光网络的研究与发展的两个重要驱动力。一方面,目前主干商业网络的带宽已经达到10Gb/s并逐步向100Gb/s演化,这就使得一些过去难以实现的数据密集型业务得到了实现的可能;另一方面,一些新的分布式业务,如:高能物理,地球科学,天文学数据共享以及拥有广阔应用前景的网格计算等,进一步促进了宽带通信网络在世界范围内的广泛配置。在这种背景下,研究适合于新型业务、特别是网格计算的光网络架构、协议与算法得到了世界范围内来自工业界和学术界的人士的广泛关注。这种利用光网络支持网格计算的解决方案通常被称之为光子网格问题,对于它的研究在世界范围内才刚刚起步,还有许多关键技术需要解决。为此,结合网格任务的不同种类与特点,本文重点研究了光子网格的架构、资源查找与管理算法以及支持网格计算的两种光网络:光突发交换网络(OBS)与自动交换光网络(ASON)的若干关键技术,实验与仿真结果表明了所提架构、协议、算法与相关网络机制可以极大的提升网格任务在光网络中的性能。论文的主要工作归纳如下:1.首先,针对光子网格的体系架构展开研究。从需求上看,对于支持网格应用而言,仅由光网络提供高带宽是远远不够的,还需要研究结合资源查找和管理功能的网格架构。基于这一点,本文提出并研究了多种新颖的光子网格网络架构,包括基于会话发起协议(SIP)-OBS的架构,P2P-OBS的架构,P2P/SIP/OBS混合架构,P2P及客户-服务器(C-S)混合架构以及OBS-通用多协议标签交换(GMPLS)自组织架构。结合基于标签的OBS(LOBS)网络实验平台及基于Globus Tookit搭建的网格视频点播系统,实验验证了这些新的光子网格架构,实验结果表明这些架构可以解决传统C-S架构中存在的诸多问题并更好的支持未来的网格计算。2.其次,研究了支持网格技术的OBS网络若干关键技术。在Grid over OBS架构中,一个重要的问题就是传输层协议TCP无法满足网格业务在OBS网络上的传输需求。为了寻找到一种在Grid over OBS架构下的最有效的传输层协议,首先从3种不同的高速TCP种类中挑选出3种最具代表性的高速TCP协议,包括HSTCP,Westwood和FAST TCP,随后提出了一个修正的TCP Reno over OBS的理论模型,与之前的模型相比,修正模型考虑了慢启动的影响,因此可以更加精确的评估TCP Reno的吞吐量,同时该修正模型可以分析上述高速TCP协议在OBS网络上的性能,最后通过一个配置为高时延带宽积的LOBS实验平台,实验验证了修正理论模型与高速TCP的性能。同时,考虑到Reno仍然是目前Internet中最普及的传输层协议,为了提升TCP Reno在OBS网络中的性能,提出了几种OBS组包及调度策略。与之前的工作不同,所提策略的重点集中在TCP应答报文(ACK)上,通过分析传统的组包策略的缺点及ACK包的特点,提出了一种独立ACK组包策略(Independent ACK Assembly,IAA)并在该策略基础上提出了若干扩展策略。基于NS2的仿真结果表明这些策略可以较大的提升TCPReno在OBS网络上的吞吐量性能,因此更适合于网格计算等数据密集型业务。3.最后,研究了支持网格技术的ASON网络,集中在研究网格任务在ASON网络中的阻塞问题以及如何提升网格任务在ASON网络中传输的效率。首先分析了网格任务在ASON网络中的拥塞并提出了一种计算网格任务在ASON网络中阻塞率的算法,与之前的研究不同,本文充分考虑了ITU-T建议中关于ASON网络呼叫与连接分离的性质,并着重分析了由于信令时延所带来的多种阻塞可能,仿真结果表明新算法相比之前的研究,更能准确地反映ASON网络的阻塞率。随后研究了ASON网络在支持未来大规模网格计算时存在的问题,为了解决这一问题,提出了一种高效的接纳控制策略,称为动态呼叫及连接接纳控制策略(DCCAC),该策略可以应用在完整网络信息和无网络信息等多种情况。仿真结果表明DCCAC策略可以解决未来大规模网格业务在ASON网络中应用时所存在的问题,并大幅提升ASON网络的性能。