近年来,随着计算机水平的飞速发展,以数学为基础的传统密码学正面临着前所未有的被破解的危机。而经典密码体系中唯一被认为是安全的“一次一密”加密算法在实际应用中还存在很多急需解决的阻碍,比如密钥的安全传输等问题。正是由于量子密钥分配技术的出现,使得上述问题从根源上得到了解决,可以实现理论上绝对安全的保密通信。也正是基于量子密码的安全特性,使得量子保密通信引起了国际上的广泛关注。目前,已经发展成熟的点对点量子密钥分配系统已经远远赶不上实际应用中用户的诸多需求,然而量子密钥分配网络还处在一个起步阶段,为了满足多用户安全通信的需求,量子密钥分配正逐渐朝着多用户、高速率、长距离和网络化的方向发展,因此,组网对实现未来全球量子网络有着重要的研究意义。本文首先针对量子密钥分配的基本原理、典型协议以及量子密钥分配系统进行了研究,并且在量子密钥分配网络拓扑和经典OSI网络体系结构研究的基础之上,着重对量子密钥分配城域网的拓扑结构和分层模型分别进行了设计,同时详细分析了在城域网中的城域骨干网和接入网的网络性能。其次,考虑到点对点量子密钥分配技术仍然有密钥生成率和安全传输距离上的限制,远远不能满足用户的需求,本文基于带宽利用率分别提出了针对单路径和多路径的路由算法,其中单路径路由算法的设计主要考虑了网络的服务质量和密钥管理等前提条件,而多路径路由算法的设计是在单路径路由算法的研究基础上,着重考虑提高网络的安全性。本文设计的算法理论上能减少量子密钥分配网络的密钥消耗,并且提高密钥服务效率,具有重要的研究意义和价值。最后通过建模仿真对基于信任中继的量子密钥分配城域网和路由算法综合进行了验证。仿真结果表明,在信任中继量子密钥分配网络中,提出的算法能有效的降低网络的呼叫拒绝率,并且在信任中继节点不完全可信的情况下提高了网络整体的安全性。