随着光纤通信技术的飞速发展，链路的数据传输能力迅速提升，而路由器转发数据的能力相对落后，其主要原因路由器交换速率的限制。交换结构(switchfabric)作为交换机和路由器的核心，如何提高其交换速率和可扩展性成为近年来研究的热点。本文主要针对交换结构的可扩展性采用了将虚拟输出队列输入缓存结构移至片外SRAM中，由于SRAM读写速率较高，这样就可以在不降低交换速率的情况下提高系统的可扩展性，并减小交换芯片的面积。为了避免来自不同输入端口的信元同时发往同一个输出端口，需要在输出端口或者输入端口设置数据缓冲区。与输出排队结构相比，输入排队型交换结构允许内部存储器的带宽工作在线速，其良好的可扩展性使其成为高性能路由器的主流交换结构，并且输入排队型交换结构由于交换结构的调度算法负责将输入端口的信元通过交换内核发送至输出端口，所以它在提高交换设备的利用率及其服务质量保证方面起着关键性作用，因此本文采用了基于输入排队的交换结构。　　核心路由器的交换结构主要由三部分组成:输入端口、输出端口和调度器。本文主要在介绍Crossbar交换系统的工作原理的基础上，详细分析了Crossbar交换系统各个主要模块的功能和原理，包括输入端口，调度器和输出端口。同时还介绍了几种常用的输入缓冲结构和调度算法（RRM、PIM、i-slip等），对i-slip算法进行改进，使其用更少的周期达到最大的匹配结果，并采用基于SRAM的输入缓冲结构完成了Crossbar整个交换系统的设计和模块划分。在完成模块划分后，对Crossbar整个交换系统的各个功能模块进行具体的Verilog代码编写和功能仿真，并将其综合成具体的电路。在完成电路功能的基础上，对Crossbar的电路结构进行优化设计。该设计能有效降低核心路由器的交换结构的芯片面积，并提高系统的可扩展性。