توسعه دانش و اطلاعات، وضعیت جدیدى را در دنیا به وجود آورده است و صاحبنظران و اندیشمندان، آن را با انقلاب اطلاعات از تحولات پیشین صنعتى متمایز ساخته اند. کارو لوکس، استاد دانشگاه تهران و از هموطنان ارمنى ما اعتقاد دارد که انقلاب جدید تکنولوژیکى، فرصت هاى بى شمارى را فراروى کشورهاى در حال توسعه و از جمله ایران گذاشته است تا عقب ماندگى صنعتى خود را جبران کنند. دکتر لوکس بر این نکته تأکید دارد که بهره گیرى از تکنولوژى هاى جدید، الزامات خاصى را طلب مى کند.
او در عین حال، برگردان «فناورى» را ترجمه مناسبى براى «تکنولوژى» نمى داند از این نظر، اصطلاح «فن شناسى» را به کار مى برد. گفت وگو با این استاد دانشگاه در پى مى آید.
اگر اجازه بدهید نخست این سؤال را بپرسم که چه انگیزه اى باعث شد شما در کنار حوزه تخصصى برق و کامپیوتر، به فعالیت هاى دیگرى در حوزه هاى آموزش، خلاقیت و در مجموع مسائلى که به توسعه مرتبط است روى بیاورید؟
در واقع، تخصص اصلى من مهندسى کنترل سیستم است. یعنى تخصصى که بیشتر به متدولوژى کار دارد تا به حوزه هاى کاربردى. همانقدر مى شود یک سیستم مهندسى را مورد کنترل قرار داد که یک سیستم اجتماعى و اقتصادى مورد کنترل قرار گیرد. آن متدولوژى که تخصص من هست در حوزه هاى مختلف مورد استفاده قرار مى گیرد.
در مورد شخص خودم، علایق میان رشته اى در من قوى بود و محیط هاى درس خواندن و فعالیت کارى ام هم این را تشویق مى کرد. من فارغ التحصیل دانشکده فنى دانشگاه تهران هستم و در دانشگاه کالیفرنیا – برکلى تحصیلاتم را تا مقطع دکترا ادامه دادم. در هر دوى این دانشگاه ها، رشته ما به صورت طیف وسیع تعبیر مى شد و همکاران من در دانشگاه تهران هم، طیف وسیعى از علایق دارند و من تنها فردى نیستم که به صورت میان رشته اى، تحقیقاتم را در حوزه هاى مختلف دنبال مى کنم. بنابراین هم به صورت فردى این انگیزه وجود داشت و هم در محیط کارى، فضا براى اتخاذ چنین رویکردى، مناسب بود. به اینها باید یک عامل سومى اضافه کنم و آن، همکارى با همسرم است که در دپارتمان انسان شناسى دانشکده علوم اجتماعى دانشگاه تهران تدریس مى کند و بسیارى از مقالات علمى که در کنفرانس هاى مختلف ارائه دادیم با همکارى یکدیگر نوشته شده اند.
در محیط دانشگاهى، این رویکرد میان رشته اى به چه نحو تقویت شد؟
بعضى از دانشکده هاى فنى دانشگاه ها روى جنبه فنى یک رشته تحصیلى تأکید مى کنند. اما دانشگاه تهران و دانشگاه کالیفرنیا دانشگاه هایى هستند که طیف وسیع عمل مى کنند. به این صورت که دانشجو علاوه بر رشته اصلى تحصیلى، باید رشته اى دیگر هم براى خودش تعریف کند. رشته اصلى من، مهندسى کنترل سیستم ها و دو رشته فرعى «اقتصاد مالى» و «آمار و ارتباطات» است. اما به تدریج در حوزه هاى دیگرى مثل آموزش هم فعالیت هایى انجام دادم و سالیان سال است که در دانشگاه به تحقیق و تدریس مشغول هستم. من متخصص مهندسى کنترل هستم ولى این مهندسى کنترل را با کار در یک کارخانه به کار نبسته ام. آموزش، علاوه بر جنبه تجربى که شامل تدریس مى شود، یک جنبه تخصصى هم دارد و ما به آموزش به عنوان سیستم نگاه مى کنیم.
شما به عنوان یکى از سخنرانان ایرانى کنفرانس «مدیریت دانش، آموزش الکترونیکى و ارتباطات» با ارائه مقاله اى حضور داشته اید. در آنجا چه مباحثى مطرح شده است؟
مقاله اى که ارائه شد با عنوان اصلى «فن شناسى اطلاعات و توسعه جهانى – محلى» و با تیتر فرعى «نقشه راه براى رویکردهاى ابتکارى به آموزش و مدیریت دانسته» با کمک همسرم تهیه و تنظیم شده است.
اصولاً فن شناسى اطلاعات، تحول زیادى در آموزش ایجاد کرده است. برخى از امکانات جدیدى که فن شناسى اطلاعات عرضه مى کند، یکى این است که ارتباط بین «یاددهنده» و «یادگیرنده» را تغییر مى دهد. دیگر لزومى ندارد که آموزش و یادگیرى در یک مکان و همزمان صورت بگیرد. از طریق فن شناسى اطلاعات مى توانیم یادگیرى الکترونیک، یادگیرى از راه دور، یادگیرى غیرهمزمان و انواع روش هاى یادگیرى را به اجرا دربیاوریم و مشکلات مکانى و زمانى را از میان برداریم.
علاوه بر این موارد، امکاناتى مثل موتورهاى جست وجو، کتابخانه هاى الکترونیک، دادکاوى و ابزارهاى اکتشاف معرفت در اختیار محققان است و آنها مى توانند به سرعت منابع موردنیاز و سوابق کارهاى انجام شده را مطالعه کنند. در گذشته، چنین امکاناتى در اختیار هیچ محققى نبود.
وجود این امکانات موجب ارتقاى کیفیت آموزش مى شود و به همین دلیل ما باید از این ابزارها، امکانات و وسایل استفاده کنیم. اما حرف من این است که این استفاده باید توأم با ابتکار باشد. اگر این نوع استفاده با ابتکار همراه باشد، آموزش هم متحول مى شود. چون فلسفه هاى حاکم بر آموزش و نحوه استفاده از این وسایل و فنون تغییر پیدا مى کند. وقتى ما از فن شناسى اطلاعات استفاده مى کنیم، دیگر لزومى ندارد به شیوه سنتى و مرسوم بیاییم آموزش هاى لازم را ارائه دهیم. ما هنگامى که مشکل هم مکانى و همزمانى نداریم، نیازى نیست که فرضاً ۴۰ نفر در یک ساعت و زمان معین آموزش ببینند و در واقع آنها زمان خود را با زمان یک نفر که یاددهنده است، تنظیم بکنند. در روش جدید، هر موقعى که حداکثر آمادگى براى یاد گرفتن توسط یک نفر به وجود بیاید، او مى تواند شروع به یادگیرى کند. اگر در کلاس هاى حضورى، یک استاد به ۴۰ یا ۵۰ نفر درس مى دهد، این رابطه مى تواند عوض شود و اقتصاد یادگیرى تغییر پیدا کند و یک نفر بتواند از معلومات و آگاهى ۳۰ یا۴۰ استاد بهره مند شود.
بنابراین آموزش، بیشتر مى تواند یادگیرنده محور باشد تا اینکه به برنامه محورى توجه شود. به تدریج، ما به سمت مدل هایى مى رویم که نیازهاى یادگیرنده، تعیین کننده اصلى است و نه اینکه یک برنامه از پیش تعیین شده محتواى مطلب یادگیرى را تعیین کند. ضمناً نقش معلم هم دچار تحول مى شود.
من حتى از سالها پیش در ابتداى هر ترم، براى دانشجویان توضیح مى دهم که تصور رایج از آموزش را کنار بگذارند و فکر نکنند که دانش، چیزى است که در ذهن استاد وجود دارد و در هر مرحله به ذهن آنها باید انتقال پیدا کند. من با صراحت به آنها مى گویم که آن مدل، کهنه شده است.
در حال حاضر ، استعاره دیگرى براى دانش به کار مى رود. امروزه گفته مى شود که دانش، چیزى است که باید به وسیله یادگیرنده کشف شود، استاد هم صرفاً نقش کمک کننده را دارد و اصلاً نباید نقش انتقال دهنده داشته باشد.
وقتى که وسایل آموزشى عوض مى شوند، ما باید سراغ تغییر رویکردها برویم. هر وسیله اى ، رویکرد خاص خود را مى طلبد.
در مقاله، نمونه هایى از ابتکار عمل ها را در زمینه آموزش عالى ارائه شده است. یک نمونه اش ، آموزش الکترونیکى است که در روستاى «قرن آباد» و روستاهاى اطراف آن پیاده شده است. روستاى قرن آباد بین گرگان و شاهرود قرار دارد.
متأسفانه هنوز نمونه هاى مشابهى مثل قرن آباد در جاهاى دیگر کشور نداریم. على رغم اینکه چندین سال است که هم ایران و هم سازمان هاى وابسته به سازمان ملل تصمیم گرفته اند براى ایجاد نمونه هاى مشابه در ایران سرمایه گذارى کنند.
نمونه هاى بین المللى دیگرى وجود دارد که حتى از تجربه قرن آباد هم رادیکال تر است. مؤسسه اى به نام گرین استار (Green Star) در روستاهاى دورافتاده تر پروژه هاى مشابهى پیاده کرده است. یعنى در روستاهایى که برق و تلفن هم ندارند و در مسیر جاده هاى پررفت و آمد هم نیستند این کارها را انجام داده اند. آنها با استفاده از تکنیک هاى غیرمتمرکز مثل آنتن هاى بشقابى و مولدهاى خورشیدى موفق شده اند شکل هاى پیشرفته ولى کم هزینه تولیدنیرو و ارتباطات را پیاده سازى کنند. در ضمن سرمایه گذارى چندان کلانى هم مورد نیاز نخواهد بود.
نحوه راه اندازى این نوع پروژه ها به چه شکل است؟
در ابتدا مؤسسه با کمک روستایى ها دست به ابتکاراتى مى زنند. مثلاً اگر برق و تلفن ندارند، با فنون سبز و غیرمتمرکز صاحب برق و مخابرات مى شوند و در نهایت همراه با آموزش الکترونیک، شکلى از دولت الکترونیکى در روستا پیاده مى شود. متخصصان مؤسسه به روستا مى روند تا ببینند چه محتواى الکترونیکى مى توانند تهیه کنند. امکان دارد یک آهنگ و قطعه موسیقى منحصر به فرد در آن روستا ابداع شده باشد و یا غذایى به صورت محلى در آنجا تهیه شود و اگر با کمک تجارت الکترونیکى براى آن آهنگ و غذا در سطح بین المللى بازاریابى به عمل بیاید مشترى هاى زیادى پیدا شود. چون تعداد این روستاها زیاد است، میزان سرمایه گذارى براى هر یک از آنها زیاد نخواهد بود. بنابراین کافى است از هر ۱۰ مورد، یک روستا درآمدزایى لازم را داشته باشد تا هزینه دیگر روستاها را پوشش دهد. بدین ترتیب، هم روستا وارد ارتباطات قرن بیست و یکمى مى شود و هم فرهنگ آن روستا در سطح دنیا مورد استفاده قرار مى گیرد.
و هم اینکه این کار براى آن مؤسسه و افراد روستا توأم با منفعت مادى است. به همین جهت، دنیاى سیبرنتیک، بحث خیریه ها را نیز تغییر داده است. این کارها ماهیتاً در تضاد با انتفاعى بودن نیست. یعنى هم مى شود خیریه باشد و هم انتفاعى. به بیان دیگر دراین حالت انسان دوستى و انتفاع، در دو جهت متضاد هم حرکت نمى کنند. بلکه مى توانند در یک جهت هم حرکت کنند.
ظاهراً خیریه بودن در کار نیست. چرا که شرکتى که این پروژه ها را دنبال مى کند، دنبال منفعت خودش است؟
منفعت خودش را در استفاده رساندن به آن روستاها و فرهنگ هاى آنها مى بیند. یعنى هر چقدر بیشتر به آن روستاها کمک کند، بیشتر منفعت مى کند.
منظور این است که مؤسسه مى آید در یک روستا سرمایه گذارى مى کند و غذاى مختص روستا را هم به دنیا معرفى مى کند. خیریه اصولى دارد و این اصول باعث مى شود که منفعت بیشترى نصیب مؤسسه بشود ولى رعایت این اصول باعث مى شود استفاده و منفعت افراد محل هم بیشتر شود.
اصول آن در همان نحوه برق رسانى و ارتباطاتش با استفاده از شیوه هاى غیرمتمرکز و سبز است. اجراى این روش ها هیچ آسیبى به محیط زیست وارد نمى کنند. فرهنگ کشورهاى غربى و حاکم دنیا را به صورت الگو در روستا پیاده نمى کند. بلکه برعکس، فرهنگ روستا را در جهان اشاعه مى دهد.
تأثیرگذارى به صورت متقابل است. تکنولوژى هاى جدیدکشورهاى توسعه یافته در روستا مورد استفاده قرار مى گیرد.
بله؛ آن روستا هم از طریق ارتباطات الکترونیکى مى تواند از فرهنگ یک روستاى دیگر استفاده کند. اما شما پیش فرضى دارید و آن، این است که انسان دوستى و کار خیریه چیزى است که ضرر مادى در پى دارد. با این تصور، کار آن مؤسسه، انسان دوستانه نیست ولى اگر انسان دوستى معنایش این باشد که به دیگران منفعت برساند، در این شیوه مى توانیم چنین چیزى ببینیم.
اگر یک روستا فرضاً از ۱۰ روستا به درآمدزایى برسد، هزینه هاى سایر روستاها را مى پوشاند.
انسان دوستانه اش همین است. یعنى لازم نیست که همه روستاها درآمدزا باشند و اگر سودى نداشته باشند، کارى به آنها نداشته باشیم.
اگر مؤسسه در هیچ یک از روستاها سودى کسب نکند، پروژه ادامه پیدا نمى کند؟
به هر حال، باید کل پروژه تا حدى سودآور باشد تا قابل دوام باشد. اگر شرکت در هیچ یک از موارد منفعتى کسب نکند، انسان دوستى به معناى جدید هم از بین مى رود و باید به معنى قدیم آن برگردیم. خوشبختانه تکنولوژى جدید این امکانات را فراهم آورده که در مجموع انجام چنین کارهایى منفعت هم خواهد داشت و سود حاصله مى تواند ضررهاى بخش هاى دیگر پروژه را بپوشاند.
ابتکار در راه اندازى پروژه قرن آباد، چه پیامدهاى مثبتى را به دنبال داشته است؟
معمولاً اقشار روستایى براى اینکه تحرک عمودى اجتماعى داشته باشند به شهرهاى بزرگ و یا تهران مهاجرت مى کنند و یا حتى به خارج از کشور بروند. اما با کارى که در قرن آباد شده و از طریق آموزش هاى الکترونیکى موفق شده اند پروژه هایى را در زمینه طراحى صنعتى از شرکت «ایران خودرو» و یا حتى شرکت هاى بین المللى بگیرند و اجرا کنند . این پروژه توانسته تعداد زیادى از فارغ التحصیلان آن روستا و روستاهاى همجوار را جذب کند.
پیامدهاى حاصل از به کارگیرى تکنولوژى اطلاعات را در حوزه آموزش به طور اعم و از سوى دیگر آموزش به طور اخص و مدیریت دانسته را به بحث گذاشته ایم. در مقاله آورده ایم که دیگر قالب تولید انبوه در دنیاى جدید نخواهیم داشت. بلکه تولید بر مبناى نیاز مصرف کننده و مشترى انجام مى شود. مشترى یا مصرف کننده سفارش مى دهد و تولیدکننده بدون اینکه بخواهد به تولید انبوه روى بیاورد ، محصول موردنظر هریک از مصرف کننده ها را تولید مى کند.
به اعتقاد من، خلاقیت مى تواند این باشدکه یک مشکل را به یک امتیاز و فرصت تبدیل کنیم. براى مثال، یک خرده فرهنگ را تصور کنید که در قبال فرهنگ حاکم دارد از بین مى رود. فردى که متعلق به آن خرده فرهنگ است ، مى تواندبه دو شیوه عمل کند:
یک استراتژى این است که خرده فرهنگ خودش را ترک کند و فرهنگ حاکم را بپذیرد. استراتژى دیگر این است که با فرهنگ حاکم مبارزه کند و از مزایایى که فرهنگ حاکم دارد هم محروم بشود.

چکیده

امروزه سرعت بیشتر و کیفیت سرویس بهتر مهمترین چالش های دنیای شبکه می باشند. تلاشهای زیادی که در این راستا در حال انجام می باشد، منجر به ارائه فنآوری ها، پروتکل ها و روشهای مختلف مهندسی ترافیک شده است. در این پایان نامه بعد از بررسی آنها به معرفی MPLS که به عنوان یک فنآوری نوین توسط گروه IETF ارائه شده است، خواهیم پرداخت. سپس به بررسی انواع ساختار سوئیچ های شبکه خواهیم پرداخت و قسمتهای مختلف تشکیل دهنده یک سوئیچ  MPLS را تغیین خواهیم کرد. سرانجام با نگاهی به روشهای طراحی و شبیه سازی و نرم افزارهای موجود آن، با انتخاب زبان شبیه سازی SMPL، به شبیه سازی قسمتهای مختلف سوئیچ و بررسی نتایج حاصل می پردازیم. همچنین یک الگوریتم زمانبندی جدید برای فابریک سوئیچ های متقاطع با عنوان iSLIP اولویت دار بهینه معرفی شده است که نسبت به انواع قبلی دارای کارآیی بسیار بهتری می باشد.
 
Abstract

Nowadays achieving higher speeds and better quality of service are the main subjects of networking. Many attempts are made in this way which have led to introducing various technologies, protocols and traffic engineering methods. In this thesis, after studying the above-mentioned parameters, IETF’s new technology called MPLS will be introduced. Then several different switch architectures are examined and the components of an MPLS switch are selected. Finally after a quick look at design and simulation methods and their available softwares, SMPL is chosen as simulation tool and then switch components are simulated and the results are studied. Also a new scheduling algorithm for crossbar switch fabrics named “The Optimized Prioritized iSLIP” is introduced which has much better performance than its previous versions.

فصل اول
کیفیت سرویس و فنآوری های شبکه

۱-۱- مقدمه

با گسترش تعداد کاربران اینترنت و نیاز به پهنای باند بیشتر از سوی آنها، تقاضا برای استفاده از سرویسهای اینترنت با سرعت رو به افزایش است و تهیه کننده های سرویس اینترنت برای برآورده سازی این تقاضا ها احتیاج به سوئیچ های با ظرفیت بیشتر دارند ]۱[.
در این میان تلاشهای زیادی نیز برای دستیابی به کیفیت سرویس بهتر در حال انجام می‌باشد. فنآوریATM  نیز که به امید حل این مشکل عرضه شد، بعلت گسترش و محبوبیتIP  نتوانست جای آن را بگیرد و هم اکنون مساله مجتمع سازی IP و ATM نیز به یکی از موضوعات مطرح در زمینه شبکه تبدیل شده است.
در این فصل به معرفی مسائل و مشکلات مربوط به کیفیت سرویس و مجتمع سازی IP و ATM می پردازیم و راه حلهای ارائه شده از جمله MPLS   رابررسی خواهیم نمود.

۱-۲- کیفیت سرویس در اینترنت

سرویسی که شبکه جهانی اینترنت به کاربران خود ارائه داده است، سرویس بهترین تلاش۴ بوده است. یکی از معایب اصلی این سرویس این است که با وجود اینکه مسیریاب‌های شبکه به خوبی قادر به دریافت و پردازش بسته های ورودی می باشند ولی هیچگونه تضمینی در مورد سالم رسیدن بسته ها به مقصد وجود ندارد. با توجه به رشد روز افزون استفاده از اینترنت و به خصوص با توجه به اشتیاق زیاد به اینترنت به عنوان ابزاری برای گسترش تجارت جهانی، تلاش های زیادی جهت حفظ کیفیت سرویس (QoS)  در اینترنت در حال انجام می باشد. در این راستا در حال حاضر کلاس های سرویس متنوعی مورد بحث و توسعه می باشند. یکی از کلاس های سرویس فوق ، به شرکت ها و مراکز ارائه سرویس های web که نیاز به ارائه سرویس های سریع و مطمئن به کاربران خود دارند، اختصاص دارد.
یکی دیگر از کلاس های سرویس جدید در اینترنت ، به سرویس هایی که نیاز به تاخیر و تغییرات تاخیر کمی دارند، اختصاص دارد. سرویس هایی نظیر تلفن اینترنتی  و کنفرانس‌های تصویری اینترنتی نمونه ای از سرویس های این کلاس سرویس می باشند.
برای نیل به سرویس های جدید فوق، عده ای براین عقیده هستند که در آینده ای نزدیک تکنولوژی فیبر نوری و  WDM  آنقدر رشد خواهد کرد که اینترنت به طور کامل بر مبنای آن پیاده سازی خواهد شد و عملا مشکل پهنای باند و همچنین تضمین کیفیت سرویس وجود نخواهد داشت. عقیده دوم که ظاهرا درست تر از عقیده اول می باشد، این است که با وجود گسترش فنآوریهای انتقال و افزایش پهنای باند، هنوز به مکانیسم هایی برای تضمین کیفیت سرویس کاربران نیاز می باشد. در حال حاضر اکثر تولید کنندگان مسیریاب ها و سوئیچ های شبکه اینترنت، در حال بررسی و افزودن مکانیسم‌هایی  برای تضمین کیفیت سرویس در محصولات خود می باشند.
از سوی سازمان جهانی IETF  مدل ها و مکانیسم های مختلفی برای تضمین کیفیت سرویس مورد تقاضای کاربران ارائه شده است. برخی از مهمترین این مدل ها عبارتند از:
۱-    پروتکل رزرو منابع در اینترنت RSVP
۲-    سرویس های متمایز  DS
۳-    مهندسی ترافیک
۴-    سوئیچنگ برچسب چندین پروتکل MPLS
در قسمتهای بعدی به طور خلاصه با هر یک از مدل های فوق آشنا می شویم .

۱-۲-۱- پروتکل رزور منابع در اینترنت
پروتکل RSVP به عنوان یک پروتکل سیگنالینگ برای رزرو منابع در اینترنت استفاده می شود. در شکل ۱-۱ مثالی از عملیات سیگنالینگ RSVP نشان داده شده است. مطابق با شکل فوق، فرستنده ابتدا پیام PATH را ارسال می دارد. در این پیام مشخصات و پارامترهای ترافیکی فرستنده موجود می باشد. هر مسیریاب شبکه با دریافت پیام PATH با کمک جدول مسیریابی خود پیام را هدایت نموده تا اینکه پیام به مقصد نهایی برسد. گیرنده نهایی بعد از دریافت پیام PATH، پیام RESV را از  خود عبور داده و منابع لازم شامل پهنای باند و فضای بافر را به ارتباط جدید اختصاص می دهد. چنانچه یکی از مسیریاب های موجود در مسیر، قادر به قبول پیام RESV نباشد، آنرا رد نموده و پیام خطایی به گیرنده ارسال می نماید و سپس عملیات سیگنالینگ خاتمه می یابد. با قبول پیام    RESVاز جانب هر مسیر یاب موجود در مسیر، اطلاعات وضعیت مربوط به جریان ترافیکی فوق ثبت می شود .
 
شکل ۱-۱-  مثالی از عملیات سیگنالینگ RSVP

با ورود هر بسته به مسیریاب های شبکه، واحد طبقه بندی کننده، بسته ورودی را به یک کلاس خاص طبقه بندی نموده و سپس بسته ورودی را در یک صف خاص قرار می دهد. عملیات زمانبندی بسته ها در هر صف موجود در مسیریاب، توسط واحد زمان بند بسته طوری انجام می گردد که کیفیت سرویس مورد نظر تامین شود. این سرویس دارای مشکلات زیر می باشد:
۱- میزان اطلاعات وضعیت متناسب با تعداد جریان های ترافیکی افزایش می یابد. بنابراین برای نگهداری اطلاعات وضعیت در مسیریاب ها نیاز به حافظه زیادی می باشد. همچنین بالاسری  عملیات مسیر یاب ها به شدت افزایش می یابد. لذا قابلیت مقیاس پذیری در ساختار سرویس های مجتمع به هیچ وجه مشاهده نمی گردد .
۲- هر مسیر یاب نیاز به پروتکل RSVP، روتین کنترل کننده دسترسی، طبقه بندی کننده جریان ترافیکی و زمان بند بسته دارد . بنابراین می توان گفت که در سرویس های مجتمع وظایف پردازشی مسیریاب ها به شدت زیاد می باشد.

۱-۲-۲- سرویس های متمایز
به خاطر مشکلات پیاده سازی و توسعه سرویس های مجتمع که در بالا به آنها اشاره شد، سرویس های متمایز ارائه گردیدند . همانطور که می دانیم درسر فصل بسته های IPv4 فیلد یک بایتی به نام نوع سرویس (ToS)  وجود دارد. در این فیلد سه بیت مختلف وجود دارد که برنامه های کاربردی با استفاده از این سه بیت قادر به تعیین نیازهای خود می باشند. سه بیت فوق عبارتند از:
۱-    بیت D : نیاز به تاخیر کم
۲-    بیت R :‌نیاز به نرخ اتلاف کم (اطمینان بالا)
۳-    بیت T : نیاز به گذردهی بالا
در سرویس های متمایز، فیلد نوع سرویس به فیلد DS تغییر نام کرده است. با کد گذاری های مختلف فیلد DS و پردازش بسته ها براساس مقدار فیلد فوق، می توان کلاس های سرویس متمایزی را ایجاد نمود.
برای دسترسی به سرویس های متمایز، لازم است که کاربران شبکه به یک توافق سطح سرویس (SLA)  با سرویس دهنده های اینترنت ((ISP ، برسند . کلاس های مختلف سرویس و میزان ترافیک هر کلاس در SLA مشخص می شود. SLA می تواند به یکی از دو صورت ثابت   و پویا   بیان شود. در نوع ثابت توافق ترافیکی بین کاربر و ISP ثابت می باشد، در حالیکه در نوع پویا با استفاده از پروتکل های سیگنالینگ (مثل RSVP ) سرویس مورد نظر کاربر متناسب با تقاضای آن قابل تنظیم می باشد. براساس SLA توافق شده بین کاربر و شبکه، در مدخل ورودی به شبکه،‌ بسته‌های ورودی کاربران طبقه بندی، نظارت و در صورت لزوم شکل دهی می گردند. همچنین میزان بافر مورد نیاز جریان ترافیکی کاربر از اطلاعات موجود در SLA استخراج می گردد.
با کمک عملیات طبقه بندی، نظارت، ‌شکل دهی و زمانبندی که در DS اجرا می گردد، می توان به سرویس های متمایز زیر دسترسی پیدا نمود.
۱-    سرویس های تشویقی   : برای کاربردهایی که به تاخیر و تغییرات تاخیر کم نیاز می باشد.
۲-    سرویس های مطمئن  : برای کاربردهایی که به اطمینان بالا نیاز می باشد.
۳-    سرویس های المپیک : این سرویس ها خود به سه دسته سرویس های طلایی ، نقره‌ای و برنزی تقسیم بندی می شوند که به ترتیب کیفیت سرویس کاهش می یابد.
بین استفاده از سرویس های متمایز و RSVP تفاوت های زیر وجود دارد:
از آنجائیکه در سرویس های متمایز تعداد کلاس های سرویس که توسط فیلد DS مشخص می شود بسیار محدود است، بنابراین برخلاف سرویس های مجتمع،‌ میزان اطلاعات وضعیت متناسب با تعداد کلاس های سرویس می باشد نه تعداد جریان های ترافیکی. این امر منجر به قابلیت مقیاس پذیری بالاتر سرویس های متمایز نسبت به سرویس های مجتمع می گردد.
عملیات طبقه بندی، نشانه گذاری، نظارت و شکل دهی فقط در مرز شبکه باید انجام شود. بنابراین پیاده سازی و اعمال سرویس های متمایز ساده تر از سرویس های مجتمع می باشد.
برای پیاده سازی سرویس های مطمئن، ‌ابتدا  توسط مسیریاب ورودی شبکه عملیات طبقه بندی و نظارت صورت می گیرد. چنانچه ترافیک ورودی از آنچه که در SLA آمده است، بیشتر باشد در این صورت ترافیک ورودی متخلف می باشد، در غیر این صورت نامتخلف است. تمام بسته های ورودی و خروجی در یک صف قرار می گیرند و برروی آنها مدیریت صف صورت می گیرد .
سرویس های تشویقی برای کاربرانی که ترافیک تولیدی آنها دارای حداکثر نرخ  بیت ثابت می باشد، تاخیر و تغییرات تاخیر کمی را تضمین می نماید. هر کاربر دارای یک توافق ترافیکی SLA با سرویس دهنده خود می باشد. در SLA حداکثر نرخ بیت مجاز کاربر قید شده است و کاربر موظف به رعایت آن می باشد. چنانچه نرخ بیت ارسال کاربر از حداکثر مجاز تجاوز نماید، ‌در این صورت ترافیک های اضافی از بین می روند. شبکه نیز متعهد می شود که پهنای باند مورد نیاز کاربر را تامین نماید. در کاربردهایی نظیر تلفن اینترنتی، کنفرانس ویدئوئی، ایجاد خطوط استیجاری و مجازی و VPN  از سرویس های تشویقی استفاده می شود.

۱-۲-۳- مهندسی ترافیک
عواملی نظیر کمبود منابع کافی در شبکه و همچنین توزیع نادرست بار ترافیکی در شبکه، باعث ایجاد تراکم در شبکه می گردد. چنانچه منابع کافی در شبکه موجود نباشد در این صورت تمام مسیر یاب های موجود در شبکه دچار تراکم و ازدحام بار می شوند که تنها راه حل مناسب آن، افزودن منابع دیگر به شکبه می باشد. اگر بار ترافیکی به طور مناسب و صحیح در شبکه توزیع نشود در این صورت برخی از مناطق شبکه دچار تراکم می شوند در حالیکه در برخی نقاط دیگر هیچگونه تراکمی مشاهده نمی شود. از آنجاییکه اکثر پروتکل های مسیر یابی دینامیکی از الگوریتم کوتاهترین فاصله استفاده می نمایند، بنابراین امکان ایجاد تراکم در برخی مسیرها و عدم وجود تراکم در مسیرهای دیگر شبکه وجود دارد . البته روش بهبود یافته   ECMP  به شرط آنکه بیش از یک مسیر به عنوان کوتاهترین مسیرها موجود باشد، تا حدی مشکل فوق را در پروتکل مسیریابی دینامیکی OSPF  حل می نماید. همچنین به عنوان یک راه حل دیگر می‌توان هزینه هر خط شبکه را به صورت دستی تغییر داد تا عملیات تقسیم بار صورت گیرد اما طبیعی است این راه حل برای شبکه‌های وسیع عملی نمی‌باشد .
با کمک روال هایی که در مهندس ترافیک در نظر گرفته شده است، میتوان تا حد زیادی از ایجاد تراکم در شبکه جلوگیری نمود. مسیر یابی مبتنی بر اضطرار (CBR)  یک روش برای مهندسی ترافیک و جلوگیری از تراکم در شبکه است که به شرح آن می پردازیم .
در مسیریابی مبتنی بر اضطرار با استفاده از چندین پارامتر مختلف، مسیرهای موجود بین مبدا و مقصد محاسبه می شوند. در حقیقت مسیریابی مبتنی بر اضطرار تکمیل یافته مسیریابی مبتنی بر کیفیت سرویس می باشد. در مسیریابی QoS کلیه مسیرهایی که کیفیت سرویس مورد نظر کاربر را برآورده می نماید محاسبه می شوند . در مسیریابی مبتنی بر اضطرار سایر محدودیت های شبکه نظیر نظارت بر ترافیک نیز درنظر گرفته شده است. با استفاده از مسیر یابی مبتنی بر اضطرار، امکان انتخاب مسیرهایی با کیفیت سرویس مورد نظر و همچنین افزایش میزان بهره وری شبکه فراهم می آید. در مسیریابی مبتنی بر اضطرار در هنگام محاسبه مسیرهای موجود نه تنها توپولوژی شبکه بلکه  پارامترهای دیگری نظیر نیازهای جریان های ترافیکی، میزان ظرفیت موجود در خط های شبکه و سایر نظارت های لازم که توسط مدیر شبکه تعیین می‌شود، در نظر گرفته می شوند. بنابراین در وحله اول ممکن است که مسیر محاسبه شده توسط مسیر یابی مبتنی بر اضطرار طولانی تر از مسیرهای دیگر باشد ولی مطمئنا مسیر محاسبه شده دارای سبکترین بار ترافیکی بوده و نیازهای کاربر را به خوبی برآورده می نماید.
همانند پروتکل های مسیریابی دینامیکی، برای محاسبه بهترین مسیر ممکن توسط الگوریتم مبتنی بر اضطرار باید مسیر یاب های شبکه به طور متناوب اطلاعات وضعیت خط را بین یکدیگر مبادله نمایند .
در مسیریابی مبتنی بر اضطرار مشابه سایر روش های مسیریابی، اولین مسئله مهم انتخاب متریک مورد نظر برای مسیرهای موجود در شبکه می باشد. متریک های متداول در مسیر یابی مبتنی بر اضطرار عبارتند از: هزینه  تعداد پرش ها ، پهنای باند، اطمینان، تاخیر و تغییرات تاخیر مسیر انتخاب شده. الگوریتم های مسیر یاب، یک یا چند متریک فوق را بهینه می نمایند.
چنانچه از چندین متریک فوق به صورت ترکیبی برای محاسبه مسیر بهینه استفاده شود، در این صورت پیچیدگی عملیات تولید جداول مسیر یابی به شدت زیاد می گردد. اگر از متریک های پهنای باند و یا تعداد پرش در محاسبه مسیر بهینه استفاده شود، در این صورت به خاطر وجود الگوریتم هایی نظیر الگوریتم Dijestra  و Bellman-Ford محاسبات مسیریابی نسبتا ساده می‌باشد. در مسیریابی مبتنی بر اضطرار فرکانس محاسبه مسیرها به مراتب نسبت به سایر روش های دینامیکی بیشتر می باشد. دلیلی که می توان برای این مطلب آورد این است که در مسیر یابی دینامیکی تنها با تغییر توپولوژی شبکه، مسیرهای جدید محاسبه می شوند ولی در مسیر یابی مبتنی بر اضطرار، تغییرات پهنای باند نیز منجر به محاسبه مسیرهای جدیددر جدول مسیریابی می گردد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که پیچیدگی روش مسیر یابی مبتنی بر اضطرار به مراتب بیشتر از مسیریابی دینامیکی می باشد. برای محاسبه جداول مسیر یابی و کاهش پیچیدگی مسیریابی مبتنی بر اضطرار، می توان از روش های پیشنهادی زیر استفاده نمود:
۱-    استفاده از یک تایمر طولانی برای کاهش فرکانس محاسبات.
۲-    استفاده ازمرتیک های پهنای باند و تعداد جهش .
۳-    استفاده از سیاست های مدیریت برای حذف برخی از خط هایی که به هر دلیل مورد قبول نمی باشند. مثلا اگر یک ارتباط نیاز به تاخیر کم داشته باشد، قبل از انجام مسیریابی ابتدا تمام خط هایی که تاخیر بالایی دارند حذف می شوند و سپس مسیر‌یابی انجام می گردد.
ذکر این نکته ضروری می باشد که مسیریابی مبتنی بر اضطرار دارای مشکلات زیادی است که عبارتند از:
۱-    بالا سری زیاد در محاسبه مسیر.
۲-    افزایش اندازه جدول مسیریابی.
۳-    احتمال عدم پایداری.
۴-    بهینه نبودن مسیر انتخابی از نظر میزان مصرف منابع .

۱-۲-۴- سوئیچنگ برحسب چندین پروتکل 
در پروتکل MPLS به بسته های ورودی به شبکه یک برچسب کوتاه الحاق می گردد و سپس با توجه به مقدار برچسب فوق، عملیات مسیریابی در درون شبکه انجام می شود. در بخش های بعدی توضیحات کامل در مورد پروتکل MPLS ارائه خواهد شد.

۱-۳- مجتمع سازی IP و ATM

با گسترش سریع شبکه های مبتنی بر IP و همچنین با توجه به ویژگیهای منحصر به فرد فنآوری ATM، مدتی است که مبحث پیاده سازی IP بر روی ATM مطرح می باشد و تاکنون پیشنهادهای مختلف و فعالیتهای زیادی در این زمینه صورت گرفته است ]۲[.
یکی از اولین و مهمترین مشکلات پیاده سازی IP بروی ATM عملکرد متفاوت این دو فنآوری می باشد. IP یک پروتکل بهترین تلاش و بی اتصال  می باشد در حالیکه ATM از نوع اتصال گرا  است و کیفیت سرویس اتصال ها را به خوبی تضمین می نماید. در IP داده های ارسالی بصورت بسته  می باشد، در حالیکه در ATM داده ها بصورت سلول  می باشد. در IP از مسیر یابی لایه سوم استفاده می شود، در حالیکه در ATM از روش رزرو منابع استفاده می شود.
با استفاده از فنآوری ATM، امکان استفاده از سرویس های متنوع صوتی، تصویری و داده ای، فراهم می آید. از طرف دیگر IP، قدمت حدود ۳۰ سال دارد و در این مدت فعالیت ها و نرم افزارهای زیادی بر پایهIP طراحی و پیاده سازی شده است. بنابراین شرکت های مخابراتی و متخصصان شبکه، بهترین راه حل پیاده سازی نسل آینده اینترنت را ارسال ترافیک های IP و ATM می دانند.
همانطور که می دانیم در شبکه های کامپیوتری دو فنآوری  مختلف سوئیچینگ بسته ای  و سوئیچینگ مداری  وجود دارد. میزان بهره وری از منابع شبکه در سوئیچینگ بسته ای به خصوص در حالتیکه ترافیک های ارسالی کاربران از نوع زنجیره ای  باشد، به مراتب بالاتر از سوئیچینگ مداری است اما مهمترین برتری سوئیچینگ مداری آن است که امکان تضمین کیفیت سرویس در شبکه های سوئیچینگ مداری وجود دارد. با توجه به اینکه IP و ATM از دو نوع سوئیچینگ مختلف که در بالا به آن اشاره شد، استفاده می نمایند، ‌در ترکیبب و مجتمع سازی این دو نوع فنآوری یکسری مشکلاتی وجود دارد.
برای رفع مشکلات فوق و پیاده سازی IP برروی ATM، تاکنون از سوی IETF، انجمن ATM  و سایر شرکتهای مخابراتی، روش های مختلفی مانند مدل سنتیIP بروی ATM ،    NHRP ، MPOA  و MPLS ارائه شده است .
هر یک ازروش های فوق دارای ویژگی ها و مشخات خاصی می باشند ولی مطمئنا کاملترین روش پیاده سازیIP بروی ATM، پروتکل MPLS است که در این قسمت به بررسی اجمالی آن می پردازیم.
MPLS در حقیقت ترکیبی از سوئیچینگ لایه دوم (لایه پیونده داده) با مسیریابی لایه سوم (لایه شبکه) می باشد که هدف اصلی آن ایجاد یک فابریک انعطاف پذیرشبکه با کارآیی و مقیاس پذیری بالا می باشد.MPLS وابسته به پروتکل لایه دوم خاصی نمی باشد ولی پیاده سازی های اولیه آن بر روی ATM وFrame Relay صورت گرفته است. در اوایل سال ۱۹۹۷،  گروه مطالعاتی MPLS، که در آن ISP های زیاد عضویت دارند، ‌شروع به فعالیت نمود که هدف اصلی آن پاسخگویی و رفع نیاز مشکلات فراوان موجود در اینترنت فعلی می باشد. برخی از مهمترین اهداف MPLS که در شبکه اینترنت فعلی وجود ندارند عبارتند از:
۱-    ایجاد یک شبکه IP با قابلیت مقایس پذیری برای رفع نیازهای رو به افزون ترافیک‌های اینترنت
۲-    فراهم سازی سرویس های مبتنی بر IP
۳-    ترکیب ترافیک های مختلف بر روی یک شبکه IP واحد
۴-    بهبود  بازدهی عملیاتی شبکه در یک محیط رقابتی
در ابتدای پیدایش فنآوریATM، تصور همگان براین بود که با توجه به ویژگی های منحصر به فرد ATM در آینده شاهد یک شبکه کاملا مبتنی بر ATM خواهیم بود. اما با گسترش IP و شبکه های مبتنی بر IP، این ایده به تدریج کمرنگ گردید. تصور فعلی براین است که در نسل آینده شبکه ها از مزایای فنآوری های موجود نظیر ATM وIP به نحو احسن استفاده می شود.
فنارآوری سوئیچینگ برحسب  نتیجه ترکیب و استفاده توأم  از مزایای فناوری های سوئچینگ لایه دوم و مسیریابی لایه سوم می باشد. طبیعی است که این نوع شبکه، به دلیل استفاده همزمان از فنآوریهای سوئیچینگ و مسیریابی، بهترین راه حل برای استفاده همزمان از IP  و ATM می باشد.
در حالت کلی، فناوری MPLS فقط به IP و ATM محدود نمی‌شود، بلکه MPLS نحوه یکپارچه سازی فنآوریهای لایه دوم و لایه سوم را توصیف می نماید. در MPLS یکسری روال ها برای استفاده از قابلیت های سوئچیگ سریع ATM و Frame Relay در شبکه‌های  IP توصیف شده است .
در شبکه های MPLS به هر یک از بسته های IP ورودی توسط مسیر یاب های موجود در لبه شبکه، یک برچسب الحاق می گردد. در درون شبکه MPLS، هدایت بسته ها به مقصد بوسیله پردازش برروی فیلد برچسب انجام می شود. در لبه خروجی شبکهMPLS، برچسب الحاقی به بسته حذف شده و بسته  IP تحویل مقصد می گردد.
شکل ۱-۲ مثالی از یک شبکه MPLS و تجهیزات آن را نشان می دهد. مطابق با شکل فوق مسیریاب هایی که در لبه شبکه قرار گرفته اند و با استفاده از اطلاعات IP، به بسته های ورودی یک برچسب خاص تخصیص می دهند، با نام LER  شناخته می شوند . مسیریابهای داخل شبکه MPLS  که تنها وظیفه آنها پردازش بسته های IP برچسب زده شده و هدایت آنها به سمت مقصد می باشد، با نام LSR  شناخته می شوند. همچنین مطابق با شکل فوق، به مسیری که بسته های IP ازطریق آن مسیر به سمت مقصد ارسال می شوند، اصطلاحا LSP  گفته می شود.
 
شکل ۱-۲-  مثالی از یک شبکه MPLS