随着互联网接入用户的规模不断扩大和业务种类的多样化发展,核心骨干网络中的交换节点需要的交换容量越来越大。采用时分交换结构和单级空分交换结构的路由交换设备已经不能满足交换节点对交换容量的需求。大容量的路由交换设备通常采用多级空分交换结构。而多级交换结构中的Clos交换结构因为具有良好的可扩展性,并且可以做到无阻塞。因此在构建大容量交换网络时,Clos交换结构倍受业界青睐。IP包的长度是不固定,传统的大容量路由交换设备通常是将变长包切割成信元,变长包以信元的形式通过交换结构。虽然基于信元的交换技术已经十分成熟,但是基于信元的交换系统需要对变长包进行切割和对信元进行重组,所以在交换系统的输入端口和输出端口需要分别设置数据包切割模块和信元重组模块,增加了系统设计的复杂性。同时数据包的切割和信元的重组都会增加系统时延。再者是对信元进行封装,会增加通信开销。而国内对在采用Clos结构实现的大容量交换网络中直接以变长包作为传输单元的研究较少,因此本文选择以变长交换作为提升路由交换设备交换性能的突破口,研究如何在Clos交换结构的基础上,直接以变长包作为传输单元实现大容量交换网络。本文主要的工作可分为基础研究、交换架构的设计、交换架构功能的设计和仿真建模四个部分。本文首先对交换结构和适用于变长交换的调度算法进行了研究,在MMM(Memory-Memory-Memory)型Clos结构的基础上,提出了一种基于变长包的大容量交换网络的设计方案。为了解决变长交换中线路使用的不公平性问题,本文在MMM型的Clos结构的输入级引入了流调度机制,在Clos结构的中间交换单元采用SOL调度算法对变长包进行调度。同时为了保证交换网络能够持续稳定的工作,本文还为交换网络设计了令牌调度、流量控制和链路故障下的负载均衡等功能。本文最后对基于变长包的大容量交换网络的设计方案进行仿真建模,并且对交换网络进行了不同场景的性能测试。