高带宽、低延迟的数据链路及网络在并行计算、数据库系统、工业控制、图像监控等众多领域有着广泛的应用，已成为计算机通信技术中一个重要的研究方向。本文将高速光互连技术应用于计算机系统间互连，实现了个人电脑或工作站可达 PCI 总线全带宽的互连通信。在课题组前期高速光互连工作的基础上，进行了光互连点对点链路和环型网络设计，开发了光互连网络的通信协议及软件系统，基于 MEMS 光开关组建了星型环型混合拓扑的光互连网络。 本文完成的主要工作：一． 根据光纤链路的总体设计方案，建立了光互连链路和网络的通信模型。完善了光互连网络接口卡 ONIC 的设计，实现链路的单工传输能力和低功耗化。基于信号完整性原理进行接口卡的 PCB 设计，使 ONIC 工作频率提高一倍。二． 结合现代 EDA 技术的设计方法和理论，优化了 FPGA 逻辑设计。实现了 FPGA 内部 33MHz、66MHz 双时钟工作和计算机 PCI 总线 32Bit×33MHz数据的全带宽传输。三． 根据机群网络低延迟、高带宽的工作要求，设计实现了光互连网络的通信协议。开发了网络的 WDM 设备驱动程序和应用程序。四． 完成链路及网络性能的测试工作，并与几种高速网络系统进行了比较。借鉴 LogP 模型分析了光互连环网的通信性能。网络应用层带宽达 465Mbit/s以上，具有高带宽、低延迟、性价比高的特点，综合性能达国际同类技术水平。 工作中的创新点：一． 实现了光互连网络接口卡物理地址的应用程序动态可配置和接收数据时结点的可中断功能。二． 在底层帧头信息中加入帧生命期参数，在进行数据硬件路由时对生命期进行修改，防止非法数据包在环网中无限传输。三． 将链路接口卡的控制寄存器、DMA 公共缓冲区映射至用户内存空间，旁路了操作系统对硬件操作的延迟，实现了零拷贝 DMA 收发传输，明显地减小了软件系统开销。