扩展性问题与服务量问题是因特网所面临的主要问题。为此，互联网工程任务组设计了多协议标签交换协议，它吸收了ATMVPI/VCI交换的思想，集成了IP路由的灵活性和ATM交换的简捷性。基于ATM的多协议标签交换技术可以通过VC合并技术来提高网络的扩展能力。VC合并技术和服务质量是本文研究的重点。 多协议标签交换是一种升级技术，它面向的是IP骨干网，对VC合并的基本要求是扩展性好，不改变ATM的转发规则，特别是不能修改VPI/VCI的结构和语义。目前，除多协议标签交换工作组提供的全VC合并方案外，其它的VC合并方案均不能完全满足这些要求。因此我们将多协议标签交换工作组提供的全VC合并模型作为研究VC合并的基本模型。 首先，本文对多协议标签交换工作组提出的全VC合并的实现结构及性能进行了全面的分析和研究，为全VC合并的可行性提供了更加充分的依据。本文介绍了多协议标签交换工作组提出的实现全VC合并的交换结构和Widjaja等人推导的该结构全VC合并缓存需求的解析模型。目前对该结构的性能评价还不完善。本文利用计算机仿真和缓存需求的解析模型，研究了多种通信量模型、多种载荷条件下标签交换路由器缓存的溢出概率、包延迟、包丢失率。解析和仿真的结果表明：在高负载状态下，VC合并对LSR各项性能指标的影响不大。这一发现为该结构的可行性提供了依据。 其次，设计了实现部分VC合并的交换结构，推导了部分VC合并缓存需求的解析模型，为部分VC合并的性能评价提供了一种手段。部分VC合并可以提供多种等级的服务质量。虽然部分VC合并消耗了VPI/VCI空间，限制了网络的扩展能力，但是考虑其实现结构简单，便于迅速推广，因此有必要对其进行研究。我们根据Widjaja提出的部分VC合并的概念，设计了多输出缓存的输出模块结构，以Widjaja的全VC合并解析模型为理论基础，推导了部分VC合并缓存需求的解析模型。和Widjaia推导全VC合并缓存需求的所用的解析算法相比较，我们的解析算法的计算复杂度从O(M4)降低到O(M2)。为了进一步降低算法的复杂度，我们用闭合方程近似解析了输出缓存的概率分布。近似解析有效的降低了D-BMAP/D/1的运算复杂度。本文用计算机仿真验证了解析模型的正确性。 然后，提出了实现全VC合并交换结构的改进结构，大大降低了标签交-Ⅰ-换路由器的缓存需求。虽然在高负载状态，VC合并标签交换路由器只需要很少的附加缓存，但是它的总缓存需求还是很高的。为了进一步降低VC合并标签交换路由器的缓存需求，我们建议将中央排队结构作为VC合并标签交换路由器的交换结构。通过计算机仿真，将这一结构与输出缓存的交换结构进行了比较。仿真结果表明：中央排队交换结构的缓存需求远远低于输出缓存的交换结构，并且在其它性能指标上也有更优异的表现。 最后，为了兼顾网络的扩展性和服务质量，提出了一种支持全VC合并的多协议标签交换拓扑结构，在此基础上提出了基于流的排队结构和基于流的调度算法，解决了扩展性和服务质量粒度之间的矛盾。为数据流提供多种等级的服务质量保证是目前IP网络亟待解决的问题。ATM交换机通过交换和调度进行通信量控制，能够为数据流提供服务质量保证。本文将基于VC的排队结构和基于VC排队的调度算法扩展到多协议标签交换网络中，提出了一个拓扑结构模型。在这个拓扑结构模型中，在接入标签交换路由器上采用基于流的排队结构，在核心标签交换路由器上仍旧采用基于VC的排队结构并执行VC合并技术。为了与这个拓扑结构模型相配合，我们提出了基于流的调度算法。通过对端到端延迟和吞吐率的解析发现：1.相对于链路上的传输延迟，数据包在标签交换路由器上的延迟是非常小的，这说明基于流的调度算法在延迟保证上是行之有效的；2.基于流的调度算法能够提供带宽保证，并且能够公平的分配网络中剩余带宽。