交换架构设计中要解决的最大问题之一是如何防止阻塞。当输入端口／时隙没有被连接到所要求的输出端口／时隙时，即使端口此时可用，也会出现阻塞。在双播流量（bicast traffic）极为普通（例如针对环应用）的SONET/SDH 系统中，这一问题尤为严重。对诸如视频等多播服务与日俱增的要求进一步加剧了这一问题的严重性。交换结构阻塞性能分三类：阻塞、可重排无阻塞以及严格无阻塞。在严格无阻塞结构中，对所有的连接都可进行配置，而不必考虑其中配置连接的顺序。在可重排无阻塞结构中，某些连接可能被阻塞，但始终有可能对现有连接进行重排以提供交换资源。在阻塞结构中，重排可能会减少一些阻塞问题，但不可能解决所有可能的连接。对于上述类别的每一种，阻塞行为对特定类型的流量而言都是特定的。例如，就双播流量而言，结构可能是可重排无阻塞的，但对于多播来说可能是阻塞的。
在单个元素结构中，通过使用共享核心内存元素可轻松解决阻塞问题。在内存元素中，每个输出端口／时隙均可同时访问所有的输出端口／时隙，因此其属于针对所有流量形式的严格无阻塞类型。共享内存元素还具有其它优势，即配置起来极其简单，您只需针对每个输出端口／时隙配置源端口／时隙即可，这极大地降低了软件的复杂性。但是，正如上述所讨论的，对单个元素结构进行扩展非常困难。在多级结构中，很难在实践中对阻塞或无阻塞性能进行验证。即使单个结构元素自身属于严格无阻塞类型，这也不必作为整体扩展到该结构中。过去，通过将端口布局限制、多播限制、连接重排以及内部结构加速等进行完美结合， SONET/SDH 系统设计人员已创建了实用的多级结构实施。随着潜在连接数目的不断增长，基于数据的 SONET/SDH 系统需要消除这种限制。
分层架构的一个重要属性是交换元素组整体可作为单个元素。这与多级方法不同，如果每个单独元素自身是一个 160G 的共享内存元素，则该组将作为容量为 640G 的单个共享内存元素。分层架构具有能够将单芯片内存元素向更高容量、多芯片架构扩展的优势，同时保持配置的简易性以及单芯片设计的任意多播功能。这在软件复杂性方面将实现显著的节约，同时也将实现更快、更确定的供应时间。供应时间可降低至通过微处理器接口在新配置中载入所消耗的时间。
标准接口可简化系统开发与管理
可将 SONET/SDH 网络元素分成四个基本功能平面：数据、控制、定时及开销。尽管其中大部分主要应用于数据平面，但当网络元素扩展到更大容量时，其它功能平面也必须进行扩展。例如，众多 SONET/SDH 系统采用由基于单个线路卡的微处理器（可与中央处理器硬连接）组成的控制器组合。微控制器可处理本地配置和中断处理，并可向中央处理器报道统计数据及事件。中央处理器在网络元素层上依次执行配置管理及异常处理。随着数据平面汇集容量的不断增加，对控制器复杂性的需求也日益增加。通常，控制器本身缺乏复杂性，需要进行扩充。相似的分析适用于 SONET/SDH 开销的 DCC 字节中的信号发送。当端口数量增加时，信号发送系统的负担便会加重，应需要进行重新设计。众多系统设计人员将此作为把每个功能平面集成到一个通用接口的良机，其它功能子系统可共享该通用接口，就如同各种 PC 的功能子系统共享一个通用共享总线一样。这种动机隐藏在扩展的 SONET/SDH 串行接口或 ESSI 中。ESSI 可定义用于 SONET/SDH 系统的信号发送标准，并可将控制、定时及开销管理集成到通用物理接口中。
OIF TDM 到 5 级结构接口 (TFI-5) 的超集 ESSI 可定义三个功能层：帧、传输及路径。帧层可定义如 SONET/SDH 成帧器与交换结构之间串行线路的物理操作。与 SONET/SDH 中的段层相似，帧层仅存在于物理端点间，例如从成帧器上的发送端到交换元素上的接收端。电信号信令、成帧、加扰、链接错误监控及帧同步均嵌入在帧层中。帧层的用途是为网络元素各组件间的物理互操作性提供参考点。目前，ESSI 帧层可定义以 622.08 Mbit/s 和 2488.32 Mbit/s 速率运行的串行链接。ESSI 帧层可与广泛的串行技术兼容，包括 CML 和 LVDS。ESSI 传输层可定义基于 ESSI 的系统间的字节透明度，并可直接对应系统中的 STS-N 接口。逻辑层可针对每个客户机信号进行定义，并可从入口定位器／映射器扩展到出口定位器／映射器。ESSI 传输层的所有组件均可未终结地通过交换矩阵，包括开销。如果使用交给矩阵分层模式，则还可在传输层对该模式进行定义。这表明传输层可在多个物理链接上进行定义，一般为2的幂次方。ESSI 路径层包括 H1-H3 指针字节、整个 STS-N 有效负载及相关的路径开销。针对路径识别、设备状态及路径状态可对其它字节进行定义。