從 1969 年發展至今的網際網路(Internet)，已經由最初實驗性的研究成果，
在歷經幾次的變革之後普及至教育和商業環境；更由於其跨網路、跨地域（無遠 弗屆）、極富有彈性(Flexibility) 與可能性(Possibility) 的特點，吸引了愈來愈多 人投入此一新的網路世界，然而它的成功卻也加速顯現其發展的瓶頸。擁有超過 兩千萬個節點及上億使用者的 Internet，必須進行大幅度的改造，才能進一步像 電話一樣普及，事實上這些改造的研發工作也從未間斷。1996 年 10 月，全美三 十四所大學宣佈合作建造 Internet2，加速此迫切的改造。1997 年 2 月克林頓 (Clinton) 政府也提出新世代網際網路 NGI (Next Generation Internet) 五年計畫 (1998-2003)，以配合延伸 Internet2 的構想。
架構出網際網路的網際網路協定(IP Protocol) 原本只是適用於數據 (Data) 通訊的第三層網路協定，並藉著路由器連接不同的網路／網域形成一非通訊連線 導向(Connectionless) 的廣域網路。其目的，主要是希望透過一致的定址方式與 有效率的路徑演算機制，達成不同網路中各通訊端點之間資料的傳輸、遞送，而 此也已滿足一般數據資料通訊的需求。然而在網際網路蓬勃發展之際，也使得許 多非單純數據傳輸的應用，例如語音或影像等具備即時 (Real-time) 傳輸要求的 服務也採用IP Protocol 進入網際網路中，再加上多媒體技術的突飛猛進與其服務 的普及，使得對網路頻寬與服務品質的需求也相對應地提升，這是當初設計時所 始料未及的，但也正是這些各式各樣的應用帶動了網際網路的蓬勃發展與目前的 成功。所以，為了確保目前和未來可能的各項應用與服務能夠在網際網路上運作 順暢甚或具有一定的品質，以維持網際網路的永續發展，有許多的改革動作也應 運而生，其中最主要的即是在「高速頻寬傳輸」與「服務品質保證(QoS guarantee) 運作機制」上的研究。
在高速寬頻傳輸方面，除了在實體網路的傳輸鍊路(Link)傳輸頻寬與設備處 理速度的提升之外，最重要的關鍵與瓶頸還是在於構成網際網路的核心設備－第 三層路由器(Router) 的路由選徑(Routing) 處理速度。網際網路可以說是 OSI 通 訊協定堆疊架構中第三層的網路系統，藉著路由器連接不同的（區域）網路／網 域以形成廣域的網路系統。在以往網際網路與其上的應用仍未如今日如此普及之 際，多數的訊務仍屬與區域子網路的範圍，藉由路由器連往其他網路的跨網路訊 務並不多，子網路的內部訊務與跨網域訊務量呈現80/20 的比值（80%為子網域 訊務，20%為跨子網域訊務）。由於近年來網際網路上服務的多元化使得網路訊 務量暴增，網路的流量不再遵守過去的80/20 定律，而演變成 20/80 的分佈，使 得路由器的負載量增加。再加上多媒體技術的突飛猛進與其服務的普及，使得這 些跨網路的訊務也多屬於多媒體通訊的訊務，對頻寬與網路服務品質保證的需求 也相對應地提升。這些現象皆會增加路由器的負擔，使得傳統路由器的效能成為
網路上的瓶頸。因此，提升路由器的處理速度以解決此問題成為一必然的趨勢。
目前在這方面的研究可以分成兩大類：一是直接針對路由器本身著手，實際增加 路由器路由選徑 (Routing) 的運算速度。這部分除了直接提高硬體運作平台速度 的方式之外，即是要發展出有效率的路由選徑運算方法。傳統上主要是以純軟體 操作方式的角度，來設計出一較佳的路由資訊的資料結構(Data Structure) 以及相 對應的比對搜尋演算法(Algorithm)，而近幾年來，開始發展出硬體架構導向 (Hardware-oriented) 觀念的路由選徑機制，即是期望所設計的路由比對搜尋演算 法能夠適合以實際的硬體邏輯＆運算電路來予以實現，以較軟體操作程序高速的 硬體運作方式來提升路由選徑的速度，亦即提升路由器的處理速度。在超高速 Gigabit 網路的路由器裡，假設網路每秒可傳送 1 Giga bits 的資料量，若在網路 上平均每個封包的大小為512 bits，則每個封包大約只允許 500 ns 的處理時間，
這還不包括在封包進來路由器時的佇列延遲問題，而現今的路由器大多無法達到 此一速度的要求。因此在本計畫中，我們將對既有的路由選徑的方式（路由表格 查詢法，Routing Table Lookup）與前述幾種路由選徑速度提升的方法或架構進行 研究，以提出符合Gigabit 超高速網路中的高速路由選徑的方法。此外，隨著多 樣化的即時(Real-time) 影音多媒體通訊服務的蓬勃發展，使得網際網路上的群 播路由(Multicast Routing) 技術日益重要，以節省網路上所需流通的訊務資料量 我們希望藉由上述在設計傳統Unicast 路由選徑方法的技術以及經驗，能經由簡 易的修改應對而快速地實現群播功能所需的群播路由(Multicast Routing) 機制。
另一類提升路由器處理速度的方式，則是藉著改變IP 網路的運作架構，利 用連結導向(Connection-oriented) 的第二層（電信）網路的高速交換(Switch) 動 作來取代第三層非連結導向(Connectionless) 的 IP 協定網路的路由選徑動作，使 可以獲得等效於在第三層 IP 網路上加快路由選徑運算速度的效果，我們也可以 將其視為一種虛擬的路由選徑(Virtual Routing) 方式，如 IETF 所提出的多協定標 記交換技術(Multi-Protocol Label Switch, MPLS) 技術。MPLS 可以視為是將 IP 路由器(Router) 建立在第二層網路的交換器(Switch) 上，或者可以說是將原本單 純的 IP 路由器功能加以擴充，包含進第二層網路的交換器(Switch) 功能，並依 照IP 封包的終點位址，在 IP 封包上加上一個較短的、屬於第二層交換網路的交 換標籤(label)，之後便能夠使此擴充功能的路由器直接透過其第二層的交換機能 依照這個短標籤，而不是傳統的IP Longest Prefix Matching 方式，迅速的交換 IP 封包，改善IP 封包路由交換的性能。而這種結合傳統第三層 IP 路由選徑以及第 二層高速交換機制的路由器可以稱之為交換路由器(Switch Router)；而此種 IP 封 包路由交換技術也可稱之為IP Switch 技術。
目前在以第二層交換網路技術實現的MPLS 網路中，以 ATM (Asynchronous Transfer Mode) 網路被視為是最好的實現平台，採取結合 IP 與 ATM 交換網路的 模式來提供最高性能的IP 封包轉送能力，而其中用於取代 IP 路由選徑的交換用 短 標 籤 即 是 沿 用 ATM 交 換 網 路 的 路 由 識 別 標 示 VPI/VCI (Virtual Path
Identifier/Virtual Circuit Identifier)，並以 ATM-LSR (Label Switching Router) 做為 實際封包路由轉送的關鍵設備。ATM-LSR 的硬體架構主要是延襲自 ATM 交換 機，並再擴充結合 IP 路由器的功能與 MPLS 網路所專有的標記交換協定(Label Switch Protocol) 等能力。
在MPLS 網路的基本運作中，一個 Switch Router 處的一個交換用短標籤即 是對應至一組｛Source IP (SIP), Destination IP (DIP)｝連線路由。此短標籤如同傳 統交換網路的交換用短標籤一般，是屬於「區域性(Local)」以及「可重複利用 (Re-usable)」的資源，以增加系統所能夠支援的同時在線(on-line)的 IP 連線路由 數量，提升網路規模。為了能夠進一步充分利用有限的標籤資源，讓有限的標籤 資源能支援更多的同時在線(on-line) IP 連線路由，提高 MPLS 網路規模的擴充性 (Scalability)，一個重要的功能便是標記整合(Label-merge)機制：在一 Switch Router 中將多個前往相同目的網路或節點的 IP Route 轉換、對應(mapping)、整合成相 同的短標籤，如此一個標籤便只對應至一個目的網路或節點｛Destination IP (DIP)｝。而必須注意的是，一旦將多個 IP Route 以相同的 Label 整合之後，原本 各IP Route 訊務流中的 Data 便無法再在此一標籤交換網路的層次予以分離，必 須要至此一整合標籤的IP Route 的終端節點上將 Data 還原至 IP 封包的層次後，
才能夠再依據其不同的 Destination IP 資訊進行不同的路由轉送。而實現在以 ATM 技術為基礎的 MPLS 網路時，所對應的 Label-merge 技術即為 VC-merge：
將對應至不同IP Route 的交換短標籤 VPI/VCI 整合對應成同一個 VPI/VCI。但由 於ATM 網路的封包（稱為 Cell）容量較 IP 封包小，因此大多數的 IP 封包會被 分割成多個ATM Cell 來傳送，如此當啟動 VC-merge 功能時會產生問題：若在 交換器處逕行將個別抵達的ATM cell 的 VPI/VCI 標籤進行 VC-merge 的轉換與 整合，原本分屬於不同VPI/VCI route 中不同 IP 封包的多個 Cell，有可能會被以 相同的 VPI/VCI 但交錯的(Interleaving) 順序送出，則導致在共同的目的節點處 無法以傳統ATM 的 cell 接收與重組機制將資料正確地還原成上層的 IP 封包，以 順利地分離出經由 Label-merge 或 VC-merge 機制融合的訊務。一簡單的解決方 案是Frame-level Interleaving，即是在 ATM-LSR 交換機的 Input 端設置封包重組 緩衝器(Reassembly Buffer, RB)，把屬於同一 IP 封包的多個 ATM cell 收集完整 後，再進行 VC-merge 的 VPI/VCI 標籤轉換，並以連續輸出(back-to-back) 的方 式將屬於同一IP 封包的 cell 送出，待同屬一個 IP 的 cell 都送出後，再進行下一 組屬於同一 IP 封包的 cell 輸出。然而，勢必將會因為重組緩衝器的設置而增加 了ATM-LSR 的記憶體需求，也可能影響資料傳輸的延遲(Delay)。因此在本計畫 中，我們探討具有 VC-merge 能力的 ATM-LSR 交換機的性能：分析 VC-merge 的 ATM-LSR 所需的緩衝器和 cell blocking 機率之間的關係，以提供實際 ATM-LSR 設計上的參考，並和傳統不具有 VC-merge 能力的 ATM Switch 性能作 比較，試著去探討具有VC-merge 能力的 ATM-LSR 交換機需要比傳統的 ATM 交 換機具備多少緩衝器資源，是否需提供額外的大量緩衝器以達到和傳統ATM 交 換機相同的cell blocking 機率。
此外，近年來諸如語音、影像等即時性服務在網際網路上逐漸成為重要的 網路應用型態，其需要仰賴寬頻高速的網路傳輸以維持良好的品質表現，而在此 同時，MPLS 技術的提出的確適時為網際網路提供了高速且低延遲的訊務傳輸能 力，但相對的，當高速的 MPLS 網路發生傳輸路徑錯誤或損壞的時候，往往也 會造成更嚴重的影響（例如更大量的資料遺失），尤其對於即時性服務而言更是
此外，近年來諸如語音、影像等即時性服務在網際網路上逐漸成為重要的 網路應用型態，其需要仰賴寬頻高速的網路傳輸以維持良好的品質表現，而在此 同時，MPLS 技術的提出的確適時為網際網路提供了高速且低延遲的訊務傳輸能 力，但相對的，當高速的 MPLS 網路發生傳輸路徑錯誤或損壞的時候，往往也 會造成更嚴重的影響（例如更大量的資料遺失），尤其對於即時性服務而言更是