随着数据中心规模的不断增加,服务器能力的不断增强,数据中心内部网络也面临着更高带宽、更低功耗的需求。另一方面,无源光网络作为一种正逐步走向成熟的接入网技术,通过采用无源光器件,实现了低功耗高带宽的光接入网。因此,将无源光网络PON技术应用于数据中心内部有望满足数据中心内部光网络互连的需求。目前已经有多种数据中心内部的光网络互连结构被提出,但主要的研究仍然集中于数据中心机柜间的光网络互连,通常机柜内部仍然由电交换机来实现服务器间的互连。而在已有的数据中心光网络互连结构中,但由于采用了大量的有源器件,导致了功耗及散热需求的增加。另外,光开关矩阵或SOA使用较多也给控制层的统一控制带来了难度,而无源光网络则有望解决这些问题。本文基于对上述问题的考虑,集中工作于数据中心内部的光网络互联结构,以接入网中的波分复用无源光网络技术为基础,通过对接入网中的波分复用无源光网络的点到多点结构进行改变,首先提出了三种不同的数据中心机柜内部无源光网络结构,用以实现数据中心机柜内部服务器间的互连并提供机柜对外的传输接口。三种不同的结构采用了不同的波长选择器件,可以分别从发射端及接收端进行波长选择及通道切换,从而有着不同的特性以满足不同的需求。文中我们以基于光开关矩阵的机柜间光网络互连方案为例,介绍了一种基于跳转方式的机柜内部无源光网络互连方案与已有的机柜间互连方案的结合方式,用以实现机柜之间的通信。为了证明我们提出的网络结构在光传输上的可行性,我们分别通过插损计算,仿真以及实验的方式对光链路的传输性能进行了测试与评估,证实了三种不同结构的可行性。随后,我们介绍了一种可以适用于数据中心机柜内部无源光网络的介质访问控制协议,该协议通过在机柜内部设立主服务器来实现对机柜内部传输的控制,仿真结果证实了该控制协议在降低网络延时、提高网络性能上的重要作用。最后我们也同时对三种结构进行了成本与功耗的计算与评估,并与现有的基于电交换机的机柜互联方案进行了对比,证明了三种方案在成本上与电交换较为接近,但在功耗上则有着明显的优势。我们也依据参考数据对三种方案在未来光网络器件持续发展情况下,方案总成本的变化进行了预测,并分析了方案的整体成本对不同器件成本的敏感性,从而实现了方案成本的详尽分析本文中我们也提出了一种基于两级NXN型阵列波导光栅级连结构的数据中心内部的光网络互连结构。该方案可以同时满足数据中心机柜内部与机柜之间的互联需求。我们以两集级联结构为基础,首先实现了数据中心集群内部的传输,继而通过采用转发机柜的结构,实现了两级级连结构的平级扩展,从而实现了集群间的互连通信。考虑到基于级连阵列波导光栅的结构中可能存在的串扰影响,我们提出了一种基于功率均衡和偏振控制的串扰抑制方案,通过实验,我们对结构中可能存在的光链路的最差情况进行了测试,结果证实了串扰抑制方案的必要性与两级结构中光链路传输的可行性。基于该结构,我们分别针对线路交换和包交换两种不同的交换方式进行了探索。对于线路交换,我们介绍了一种采用多路径和增加收发机数量的方案,有效降低了网络的阻塞率。而针对包交换,我们提出了一种去中心化的网络控制协议,通过多波长阵列接收机的配合,能够有效避免网络中的数据包冲突,提高网络性能。