A távközlő hálózatok csomópontjaiban meg kell határozni a jeleknek a továbbhaladási irányát. Ez hálózati kapcsolókkal (központokkal, routerekkel) különféle módokon történhet:

• áramkör illetve más néven vonalkapcsolással,
• többsebességű vonalkapcsolással,
• gyors vonalkapcsolással,
• csomagkapcsolás és
• gyors csomagkapcsolás útján.

A vonalkapcsolási módot olyan régóta alkalmazzák, mint amilyen régiek maguk a telefonhálózatok, sőt, az N-ISDN-ben (Narrowband ISDN = keskenysávú ISDN) még mindig ezt alkalmazzák. Ebben a klasszikus megközelítésben a vonalat az összeköttetés teljes időtartamára felépítik. Nevét is innen kapta, tulajdonképpen egy áramkört, egy áramköri hurkot biztosítanak az adott berendezések (előfizetők) között.

Ma már nem használják az áramkörkapcsolás elnevezést. A vonalkapcsolás terjedt el, mert ebben az esetben az átvitel az összeköttetés teljes idejére lefoglalja az adott vonalat. Ráadásul a mai átviteltechnikában - optikai vonalakon, rádiós összeköttetéseken keresztül történő átvitelnél - már nem igaz az áramkör kifejezés. A kommunikáció befejezésével az adott vonalak felszabadulhatnak.  

34. ábra
Vonal- vagy áramkör-kapcsolás

Az információk egyik csomóponttól a másikig történő továbbítására a nagy sávszélesség igény miatt jelenleg a TDM (időosztásos multiplexálás) átviteli mód szolgál. A vonalkapcsolást, mely biztosítja, hogy az információk a megfelelő irányban haladjanak tovább, kapcsolók, központok végzik. Ezek határozzák meg a bejövő és a kimenő összeköttetések időrései közötti kapcsolatot, mely előre meghatározott (34. ábra).

A vonalkapcsolás előnye, hogy jó minőségű összeköttetést biztosít. Sőt, a minőségi paraméterek, a berendezések állapota is mérhető az összeköttetés ideje alatt.

Hátránya, hogy a vonalkapcsolás nagyon rugalmatlan, mivel ha az időrés időtartamát egyszer meghatározták, a kapcsolódó bitsebesség is rögzített lesz. Mivel csak az adott bitsebesség áll rendelkezésre az információ átvitelre, ez a megoldás nem alkalmas az összes szolgáltatásfajta támogatására. Ráadásul a szélessávú szolgáltatások eltérő bitsebességűek, a nagyon alacsonytól a nagyon magasig. Ezért a hálózat hatásfoka alacsony.

Ez a hiba kiküszöbölhető lenne, ha a legnagyobb bitsebességet választanánk az összes szolgáltatás támogatása érdekében, pl. 140 Mbit/s-ot. Azonban ezután az 1 kbit/s-os szolgáltatások a hívás teljes időtartamára elfoglalnának egy teljes 140 Mbit/s-os csatornát, amely természetesen az erőforrások nagymértékű pazarlását jelentené.

Ráadásul a duplex összeköttetésnél a két irány kihasználtsága kb. 40%-os, hiszen mindig csak az egyik fél küld üzenetet.

A tisztán vonalkapcsolás esetén használatos egyetlen bitsebesség rugalmatlanságának áthidalására egy sokkal fejlettebb változatot fejlesztettek ki, amelyet többsebességű vonalkapcsolásnak neveztek el.

A többsebességű vonalkapcsolásos hálózatok átviteli rendszere azonos a tisztán vonalkapcsoltakéval, viszont egy összeköttetés most n (n³1) alapcsatornát tud elfoglalni. Ily módon mindegyik összeköttetést az alap csatornasebesség többszöröseként lehet felépíteni. Ezt a lehetőséget jelenleg az N-ISDN számára tartják fenn.

35. ábra
Többsebességű vonalkapcsolás eltérő csatorna alapsebességekkel

A többsebességű vonalkapcsolt rendszerek bonyolult problémája az alapsebesség kiválasztása. Van néhány olyan szolgáltatás, mint a távmérés, mely nagyon alacsony alapsebességet kíván meg, pl. 1 kbit/s-ot. Mások, mint a nagyfelbontású televízió (HDTV) körülbelül 140 Mbit/s-ot igényelhet. Ha az alapsebességet a minimálisan megkívánt csatornasebességnek választják (példánkban 1 kbit/s), nagyon nagy számú alapsebességű csatornát kell összerakni egy nagysebességű összeköttetés felépítéséhez (a HDTV esetén kb. 140000 1 kbit/s-os alapcsatorna). Egyetlen összeköttetéshez szükséges ezen csatornák mindegyikének menedzselése és szinkronizációja, ami bonyolult feladat.

Ha az alapsebességet sokkal nagyobbra választják a bonyolultság csökkentése érdekében, akkor a sávszélesség veszteség alacsony bitsebességű alkalmazások esetén túlságosan naggyá válik.

Az alapsebesség választás bonyolult mérnöki problémájának áthidalására egy másik lehetséges megoldást dolgoztak ki, amely többszörös alapsebességeket használ fel. Ebben a megoldásban az alap időkeretet különböző hosszúságú időrésekre osztották fel. A különböző jeleket a végén multiplexálják, és így kialakul a vonalon továbbítandó jelfolyam.

Hibája, hogy a jelkiosztás rögzített, menet közben nem változtatható. Ez a megoldás tehát nem használja ki hatékonyan az erőforrásait. Ha az összes H1 csatorna foglalt, ekkor további H1 összeköttetést nem lehet felépíteni. Még akkor sem, ha a H4 kapcsoló teljesen szabad is. Ez a megoldás nyilvánvalóan rendelkezik néhány rugalmassági problémával, mivel miután a (korlátozott számú) alapcsatorna sebességet meghatározták, az összes szolgáltatást meg kell próbálni beleilleszteni ezen csatornák valamelyikébe, alacsony hatékonyság esetében is. Ráadásul az idővel változhat a szolgáltatások iránti igény, vagy egy-egy szolgáltatás sávszélesség igénye. Mind a vonalkapcsolás, mind a többsebességű változata képtelen hatékonyan megbirkózni a változó sávszélesség igényekkel.

A források számának növekedésével szükségessé vált egy olyan rendszer kidolgozása, melyben a források csak addig vannak a kimenetre kapcsolva, amíg információt küldünk. Egy külön kapcsoló hálózatnak a szerepe tehát az lesz, hogy az átviteli csatornára éppen azt (vagy azokat) a jel(ek)et kösse rá, melyeken van forgalom. Ez meggyorsítja az átvitelt, ezért elnevezték gyors vonalkapcsolásnak.

Mivel a csatornák igény szerint vannak megadva, megtörténhet, hogy a rendszer nem lesz képes kielégíteni a pillanatnyi igényeket, mert nincs elég rendelkezésre álló csatornája. Ráadásul az újabb kapcsoló hálózat és annak vezérlése bonyolulttá teszi ezt az átviteli módot.

36. ábra
Példa gyors vonal- vagy áramkör kapcsolásra

A csomagkapcsolt hálózatokban a felhasználói információkat csomagokba ágyazzák be, amelyek a hálózaton belüli útvonal-irányítás, hibajavítás, forgalomvezérlés stb. számára felhasznált járulékos információkat (a fejlécben) tartalmaznak.

37. ábra
Csomagkapcsolás

Ezeket a hálózatokat  - mint ahogy az X.25 szabványú csomagkapcsolt hálózatokat is - a hatvanas években tervezték, amikor még csak gyenge minőségű átviteli összeköttetések álltak rendelkezésre.

A hálózat elfogadható minősége érdekében ezért bonyolult protokollokra volt szükség a hiba és forgalomvezérlése lefolytatásának érdekében. Ezeknek a csomagoknak a hossza változó, és ezért a hálózaton belül eléggé összetett puffer menedzselést kívánnak meg. A működési sebesség nem volt túl nagy (általában 64 kbit/s), így a puffer vezérlés lehetősége nagyon jó volt. Ez az alacsony sebesség nagy késleltetést eredményezett. Viszont - mivel nem volt szükség ezeken a hálózatokon valós idejű szolgáltatások átvitelére - az idő átlátszóság nem jelentett problémát.

A nagyobb bonyolultságú protokollok a hálózaton belül jelentősen megnövelik a feldolgozási követelményeket és a kapcsolási késleltetést. Ez nagyon nehézzé teszi a csomagkapcsolási technikák valós idejű szolgáltatásokra és a (10/100 Mbit/s-os) nagysebességű szolgáltatásokra történő alkalmazását. Azonban el kell fogadni, hogy a csomagkapcsolás, mint az X.25, még mindig nagyon hatékony és sikeres az alacsony sebességű adatátvitelnél.

Felhasználva a csomagkapcsolás előnyeit, egy olyan rendszert dolgoztak ki, mely nagyobb sebességeken is alkalmazható. Így született meg a gyors csomagkapcsolás. A csomagok méretét szabványosították, és szolgáltatás független átvitelt biztosítottak. Egy ilyen technológiára épülő hálózat nem szenved a fentebb leírt hiányosságoktól, mint a szolgáltatás-függőség, időbeli bizonytalanság, a rendelkezésre álló erőforrások eredménytelen kihasználása stb.

Aszinkron módon üzemel, mivel a küldő órajele és a vevő órajele között aszinkron működést enged meg. A két órajel közötti eltérést könnyen át lehet hidalni üres csomagoknak az információs folyamba történő beszúrásával/eltávolításával.

Különböző átviteli sebességeken üzemelhet, az igényeknek megfelelően. Ez a jövőre nézve is rugalmas megoldást biztosít. A világszínvonalú kódolási algoritmusok fejlődése csökkentheti a jelenlegi szolgáltatások sávszélességi követelményeit. Az új szolgáltatások még ismeretlen tulajdonságokkal alakulhatnak ki. Mindezeket a változásokat az ATM hálózat módosítása és a hatékonyság csökkenése nélkül sikeresen támogatni tudja.

Az aszinkron átviteli tulajdonságai miatt a gyors csomagkapcsolás elnevezés helyett az aszinkron átviteli mód (ATM = Asynchronous Transfer Mode) lett a szabványos elnevezés.