随着互联网的迅速发展、以网络为中心的计算时代的到来，通信网正在完成从电路交换技术转向分组交换技术，特别是无连接IP技术的战略性转型。同时人们对网络带宽，网络性能和网络管理的要求也都愈来愈高，这些都对网络互连的核心设备——交换机和路由器的设计实现提出了新的挑战。 本文首先从两个方面阐述了在这种需求下以太网技术的发展历程：一方面传递速率从最初的10Mbps、100Mbps发展到现今的1Gbps和10Gbps；另一方面网络也从共享发展到交换，并从第二层交换到目前流行的第三层交换。该部分重点解释了千兆以太网的体系结构和协议规范，对PCS、PMA和PMD子层的实现技术和有关算法的设计思想进行了深入的分析；并对设计中用到的几种物理层芯片进行了介绍；此外该部分还分析了传统第二层交换机和路由器的局限性，对集第二层交换和第三层路由优点于一身的第三层交换技术进行了讨论，阐述了以太网第三层交换机的一般原理和实现，并介绍了其优点和应用。 之后文章对多层交换芯片BCM5615的交换结构、内部各个功能模块的原理实现以及芯片中的二、三层数据流程作了比较详细的分析。在此基础上提出并实现了一款基于BCM5615的千兆路由交换机。接着文章详细介绍了该款交换机的硬件设计，给出了包括微处理器子系统模块、L2／L3交换模块、FE接口模块、千兆接口模块以及带外管理模块在内的主要模块的电路设计实现，对各模块之间的接口电路也作了介绍，文章最后对软件的总体结构进行了分析。本文的实现方法对基于其他交换芯片的设计同样具有参考价值。