随着Internet的深入应用与发展，互联网正逐步成为通讯设施的统一平台。各种业务均可由Internet来承载，并以Internet网为基础，最终实现数据、语音、图像的业务融合和网络融合。Internet取得了极大的成功，但也面临着严峻的挑战：Internet上的路由操作复杂，路由器和交换机日益成为整个网络的瓶颈；难以提供服务质量保证；地址空间不足等。目前提出的许多基于现有Internet的解决方案都只能解决部分问题，而且通常增加了实现的复杂性。修修补补已经无法解决当今网络面临的问题，当前网络体系结构需要根本的变革。　　 为此，本文作者提出了层次式交换网络(Hierarchically Switched Network，HSNet)的思想，在网络拓扑结构、地址空间中引入层次结构的概念，即网络的拓扑结构按层次结构构造，网络的地址空间也按层次结构分配，并且拓扑结构的层次与地址结构的层次严格匹配。在按照以上规则组建的网络中，实现数据包按照层次地址快速交换，以IP交换代替IP路由，避免路由操作。　　 网络处理器(Network Processor，简称NP)以其优异的性价比和高度的灵活性成为影响IP未来网络发展的三大关键技术(NP、ASIC、Compact PCI)之一。它以其高性能和可编程性为下一代通信产品的设计提供了一种灵活的解决方案，并成为目前路由器中实现服务质量控制的最佳硬件选择。　　 本文的许多工作是在钱华林研究员的带领下，层次式交换网络研究小组成员共同讨论的结果。本文作者作为小组成员之一，参与了以下三个方面的工作：　　 1)层次式交换网络原型系统下服务质量控制策略的设计与实现。网络应用的多样性要求其提供不同等级的服务并保证其服务质量，因此路由器上服务质量的研究尤为重要。本文实现了层次式交换网络在Linux环境下的服务质量控制。　　 2)基于网络处理器的服务质量控制策略设计。根据网络处理器IXP2800/IXP2805的硬件体系结构，本文完成了基于网络处理器的层次式交换网络服务质量控制的设计。通过队列区分、队列管理和传输调度模块实现了区分服务，从而控制数据包根据输出端口和优先级分别入队列，并根据当前数据流特征和队列状态决定对数据包进行转发或丢弃操作。　　 3)设计实现了基于网络处理器的随机早期侦测算法。网络处理器芯片不支持浮点运算，而在随机早期侦测算法中却多次使用乘法、乘方等操作。为了在网络处理器中实现该算法，需要对算法进行改进，只使用加法和移位操作来实现算法，这样也大大提高了处理器速度。　　 上述三部分的设计工作都已经在各自平台上进行了实现，试验结果基本符合设计的需求。当然，目前在实现中还存在一些需要改进的地方，这些改进将是下一步工作的内容。