Mạch ảo là khái niệm để chỉđường đi từ nguồn tới đích trong mạng chuyển mạch gói, tương tự khái niệm đường truyền vật lý (Physical circuits) trong các hệ thống
điện thoại. Mạch ảo đảm bảo việc chuyển các gói số liệu từ nguồn tới đích theo
đúng thứ tự mà chúng đã được gửi đi từ nguồn. Như vậy, khái niệm mạch ảo tương
đương với khái niệm dịch vụ hướng kết nối trong các mô hình tham chiếu OSI và TCP/IP. Sử dụng khái niệm mạch ảo làm cho việc phân tích các giao thức hướng kết nối trở nên đơn giản hơn. Hình 3.1a minh hoạ một mạch ảo, đó là một kết nối kiểu đầu cuối - đầu cuối, bên gửi được ký hiệu là S và bên nhận được ký hiệu là D. Kết nối này đi qua các nút mạng 1, 2, 4, 5.
Trong một mạng, tại cùng một thời điểm, có thể có nhiều mạch ảo khác nhau, các mạch ảo có thể cùng đi qua một số nút mạng và đường truyền vật lý, chúng cùng chia sẻ các tài nguyên mạng tại các nút và đường truyền. Tài nguyên mạng nói ở đây có thể là dải thông của đường truyền, bộđệm và bộ xử lý tại các nút mạng v.v.
Hình 3.1 Lập mô hình hàng đợi của một mạch ảo
Tuy nhiên, nếu chúng ta chỉ tập trung nghiên cứu một mạch ảo nào đó, thì chúng ta có thể lập mô hình cho mạch ảo đó như một dãy các hàng đợi nối tiếp nhau, gọi là mạng hàng đợi, trong đó, mỗi hàng đợi tương ứng với một chặng của mạch ảo (Hình 3.1b). Sự chia sẻ tài nguyên mạng giữa các mạch ảo sẽ được thể hiện bằng cách làm giảm dung lượng hàng đợi và tốc độ phục vụ của người phục vụ. Trên hình vẽ, λ biểu diễn tốc độ đến mạch ảo trung bình của các gói số liệu, hay còn gọi là tải trung bình, µi biểu diễn tốc độ phục vụ của người phục vụ tại hàng đợi thứ i.
Giả sử sựđến của các gói số liệu theo phân bố Poisson, độ trễ lan truyền nhỏ, bỏ
qua được bên cạnh thời gian xếp hàng và thời gian truyền; ngoài ra, tầng Liên kết dữ liệu bên dưới cung cấp cho tầng trên một đường truyền không lỗi, sự phát lại các gói số liệu bị hỏng ở tầng Liên kết dữ liệu là không đáng kể, không ảnh hưởng đến thời gian trễ của VC. Ngay cả với một mô hình đã được đơn giản hoá như vậy, việc phân tích mô hình cũng cực kỳ khó, trừ một số trường hợp cá biệt. Để cho mô hình có thể giải được, người ta đã sử dụng một giả thiết, được gọi là giả thiết độc lập, nhằm đơn giản hoá mô hình: gói số liệu khi đi từ nút mạng này sang nút mạng khác dọc theo VC, chiều dài của nó sẽ bị thay đổi một cách ngẫu nhiên và độc lập, theo phân bố hàm mũ. Vì thời gian phục vụ mỗi gói số liệu tỉ lệ thuận với chiều dài của nó, cho nên thời gian phục vụ gói số liệu cũng có phân bố theo hàm mũ. Hệ quả tiếp
theo là các gói số liệu đi ra khỏi hàng đợi theo phân bố Poisson và đến hàng đợi tiếp theo trong mạng hàng đợi cũng theo phân bố Poisson. Điều này đảm bảo đặc tính M/M/1 của tất cả các hàng đợi trong mạng hàng đợi, dẫn đến mạng hàng đợi trên hình 3.1b trở nên có dạng tích (product form) và có thể giải được [38], [41]. Giả
thiết độc lập này được Kleinrock đưa ra năm 1972, nó đưa đến lời giải tốt đẹp cho bài toán, điều này đã được kiểm nghiệm bằng các kết quả mô phỏng [39].