排隊原理
ATM交換有兩條根本點：信元交換和各虛連線間的統計復用。信元交換即將ATM信元通過各種形式的交換媒體，從一個VP/VC交換到另一個VP/VC上。統計復用表現在各虛連線的信元競爭傳送信元的交換介質等交換資源，為解決信元對這些資源的競爭，必須對信元進行排隊，在時間上將各信元分開，借用電路交換的思想，可以認為統計復用在交換中體現為時分交換，並通過排隊機制實現。
排隊機制是ATM交換中一個極為重要的內容，佇列的溢出會引起信元丟失，信元排隊是交換時延和時延抖動的主要原因，因此排隊機制對ATM交換機性能有著決定性的影響。基本排隊機制有三種：輸入排隊、輸出排隊和中央排隊。這三種方式各有缺點，如輸入排隊有信頭阻塞，交換機的負荷達不到60%；輸出排隊存儲器利用率低，平均隊長要求長，而中央排隊存儲器速率要求高、存儲器管理複雜。同時，三種方式有各有優點，輸入佇列對存儲器速率要求低，中央排隊效率高，輸出佇列則處於兩者之間，所以在實際套用中並沒有直接利用這三種方式，而是加以綜合，採取了一些改進的措施。改進的方法主要有：
減少輸入排隊的隊頭阻塞；
採用帶反壓控制的輸入輸出排隊方式；
帶環回機制的排隊方式；
共享輸出排隊方式；
在一條輸出線上設定多個輸出子佇列，這些輸出子佇列在邏輯上作為一個單一的輸出佇列來操作。
交換機構
為實現大容量的交換，也為了增加ATM交換機的可擴展性，往往構造小容量的基本交換單元，再將這些交換單元按一定的結構構造成ATM交換機構(Fabric)，對於ATM交換機構來說，研究的主要問題是各交換單元之間的傳送介質結構及選路方法，以及如何降低競爭，減少阻塞。
ATM交換機構分類方法不一，有一種分法為：時分交換和空分交換，其中時分交換包括共享匯流排、共享環和共享存儲器結構，空分交換包括全互連網和多級互連網。
交換機
ATM信元交換機的通用模型有一些輸入線路和一些輸出線路，通常在數量上相等（因為線路是雙向的）。在每一周期從每一輸入線路取得一個信元（如果有的話）。通過內部的交換結構（switchingfabric），並且逐步在適當的輸出線路上傳送。從這一角度上來看，ATM交換機是同步的。
交換機可以是流水線的，即進入的信元可能過幾個周期後才出現在輸出線路上。信元實際上是異步到達輸入線路的，因此有一個主時鐘指明周期的開始。當時鐘滴答時完全到達的任何信元都可以在該周期內交換。未完全到達的信元必須等到下一個周期。
信元通常以ATM速率到達，一般在150Mb/s左右，即大約超過360,000信元/s，這意味著交換機的周期大約為2.7um。一台商用交換機可能有16條~1,024條輸入線路，即它必須能在每2.7um內接收和交換16個~1,024個信元。在622Mb/s的速率上，每700ns就有一批信元進入交換結構。由於信元是固定長度並且較小（53位元組），這就可能製造出這樣的交換機。若使用更長的可變長分組，高速交換會更複雜，這就是ATM使用短的、固定長度信元的原因。
分類
各種ATM交換設備由於套用場合的不同，完成的功能也略有差異，主要區別有接口種類、交換容量、處理的信令這幾方面。
在公用網中，有接入交換機、節點交換機和交叉連線設備。接入交換機在網路中的位置相當於電話網中的用戶交換機，它位於ATM網路的邊緣，將各種業務終端連入ATM網中。節點交換機的地位類似於現有電話網中的局用交換機，它完成VP/VC交換，要求交換容量較大，但接口類型比接入交換機簡單，只有標準的 ATM接口，主要是NNI接口，還有UNI接口或B-ICI接口，信令方面，只要求處理ATM信令。交叉連線設備與現有電話網中的交叉連線設備作用相似，它在主幹網中完成VP交換，不需要進行信令處理，從而實現極高速率的交換。
在ATM專用網中，有專用網交換機、ATM區域網路交換機。專用網交換機作用相當於公用網中的節點交換機，具有專用網的UNI和NNI接口，完成P-UNI和P-NNI的信令處理，有較強的管理和維護功能。ATM 區域網路交換機完成區域網路業務的接入，ATM區域網路交換機應具有區域網路接口和ATMP-UNI接口，處理區域網路的各層協定以及ATM信令。
