由于互联网的快速普及和各类数据业务的飞速发展,核心骨干网络中的交换节点需要交换的流量越来越大。Crossbar结构、共享缓存结构等传统的单级交换结构,由于其可扩展性差已经不能满足大容量交换的要求。为了设计大容量可扩展的交换设备,业界主要使用多级交换结构。多级交换结构中的Clos结构凭借其良好的可扩展性能,成为了高速大容量交换的首选结构。本文首先简要介绍了各种类型的交换结构,之后根据当前交换系统的发展要求,提出了基于输出端包保序的交换架构。该交换架构采用三级缓存型(Memory-Memory-Memory,MMM)Clos网络。为了解决中间级缓存带来的信元乱序问题,本文采用控制乱序程度,在最后的输出级进行信元排序和包保序的方法。控制乱序程度主要有两种手段:第一,采用令牌调度,减少去往同一个输出端口的不同数据流在交换结构中的冲突概率,第二,采用动态路由和链路级的负载均衡机制,将流量均摊到不同模块中从而降低了交换单元内冲突的概率。实现包保序的方法是为每个数据流设置期望值,只有完整接收的与期望值相同的数据包才能进行包重组。如果等待重组的时间超过了特定等待门限,就认为数据包中的信元部分丢失,需要更新期望值来重组下一个数据包。为了保证整个交换系统的可靠性和容错能力,本文为该交换架构设计了流量控制机制和链路故障下基于捆绑连接的负载均衡方案。流量控制机制可以在网络出现拥塞时降低进入到交换架构的流量。而链路故障下基于捆绑连接的负载均衡方案可以根据当前的链路条数来动态调节输入流量。最后,采用OPNET仿真软件对输出端包保序交换架构进行了仿真建模,对系统的多个方面进行仿真验证。仿真结果表明基于输出端包保序交换架构具有较好的时延特性,可以在不同流量不同包长下稳定工作。虽然信元丢失会给交换架构的性能带来一定的影响,但是可以通过流控等机制让系统快速地恢复到正常状态。另外本文提出的链路故障下的负载均衡方案可以有效地平衡链路和平面的流量,让系统可以更加稳定和有效地工作。