随着网络业务对带宽要求越来越高以及网络接入点的不断增加，网络流量成爆炸式的增长。现在光纤传输速率的发展已经远超交换设备交换容量的发展，链路带宽已不再是限制传输网发展的主要原因，而交换设备的相对落后却成为制约传输网性能的障碍。当前的交换设备以单级交换结构为主，为提高交换设备的交换容量，多级交换结构Clos网络及其路由算法的研究成为了研究人员关注的重点。为建立超大容量的交换结构，本文主要研究了一速Clos模型以及基于光电混合结构的超大规模Clos网络，并设计了路由算法。这种超大规模Clos网络可以达到Pbps级别交换容量，其研究在理论分析以及实际工程中都具有一定的意义。本文首先介绍了经典交换模型下的Clos网络，研究了三级Clos网络的路由算法特别是针对动态业务的路由算法。将针对动态业务的路由算法分为中间级选择策略和重排算法两部分。然后，本文研究了更符合实际交换场景的一速Clos模型。针对一速Clos模型，本文提出了LB&RBFS算法。LB&RBFS算法包括“全局负载均衡的中间级选择策略”和“基于广度优先搜索的重排算法”两部分。其次，本文通过分析“电-光-电”混合交换结构，建立了中间级限制的一速Clos模型(中间级不具有时隙交叉的能力)，并提出了扩展中间级策略来解决“中间级限制的一速Clos模型”的路由问题。最后，为构建Pbps级别交换容量的交换结构，本文通过扩展基本交叉单元的方式，建立了一种超大容量的光电混合交换结构。通过理论分析，这种超大容量的光电混合交换结构可以等效为超大规模的七级Clos网络。根据等效结构，本文提出了一种适用于该超大规模七级Clos网络的路由算法。