簡介
ATM協定由通信所需的有關ATM層組成，ATM在邏輯上可按三個層面描述:
用戶平面——是用戶協定之間的接口，如IP或SMDS和ATM等協定的接口互相協調。
管理平面——使ATM棧的各層互相協調。
控制平面——使信令傳送以及虛電路的建立和拆除互相協調。
ATM的產生
ATM與STM傳輸方式示意圖 自Alexander Graham Bell於1870年發明電話後，為有效地連線日益增多的電話用戶，電話交換網應運而生。它經歷了人工交換，機電式自動交換系統以及數字程控系統發展過程，但電路交換的原理一直未變。隨著計算機的普及，電話網通過使用Modem來進行計算機數據傳輸及數據信息交換，隨之產生了公用數據網，其典型的代表是X.25分組交換網，它是基幹包交換的一種技術，具有傳輸可靠性高的優點，但由於Modem速率及交換技術本身限制, X.25隻能處理中低速數據流。雖然LAN(區域網路)技術的發展突飛猛進, 如Ethernet 、Token ring、Token bus等,傳輸 速率已可達千兆,但它區域網路的性質本身就大大限制了LAN的大規模的覆蓋及套用,目前的LAN一般用於企業內部的數據傳送,無法形成廣域網的規模。
隨著社會不斷發展, 網路服務不斷多樣化,人們可以利用網路乾很多事情,如收發信件、家庭辦公、Video on demand、網路電話,這對網路的要求越來越高,有人還不禁提出這樣一個想法:能否把這些對頻寬、實時性、傳輸質量要求各不相同的網路服務由一個統一的多媒體網路來實現,做到真正的一線通?回答是肯定的,這就是ATM網。幸運的是,現在的半導體和光纖技術為ATM的快速交換和傳輸提供堅實的保障。目前的CMOS處理能力已達二三百兆,ECL可達5到10G。SDH和SONET技術提供了大容量的可靠傳輸,目前的STM-I標準為155.52M。
ATM的技術特點
ATM(Asynchronous Transfer Mode)顧名思義就是異步傳輸模式,就是國際電信聯盟ITU-T制定的標準,實際上在80年代中期，人們就已經開始進行快速分組交換的實驗，建立了多種命名不相同的模型，歐洲重在圖象通信把相應的技術稱為異步時分復用(ATD)美國重在高速數據通信把相應的技術稱為快速分組交換(FPS),國際電聯經過協調研究，於1988年正式命名為Asynchronous Transfer Mode(ATM) 技術，推薦其為寬頻綜合業務數據網B-ISDN的信息傳輸模式。
ATM是一種傳輸模式，在這一模式中，信息被組織成信元，因包含來自某用戶信息的各個信元不需要周期性出現，這種傳輸模式是異步的。
ATM信元是固定長度的分組，共有53個位元組，分為2個部分。前面5個位元組為信頭，主要完成定址的功能；後面的48個位元組為信息段，用來裝載來自不同用戶，不同業務的信息。話音，數據，圖象等所有的數字信息都要經過切割，封裝成統一格式的信元在網中傳遞，並在接收端恢復成所需格式。由於ATM技術簡化了交換過程，去除了不必要的數據校驗，採用易於處理的固定信元格式，所以ATM交換速率大大高於傳統的數據網，如x.25，DDN,幀中繼等。另外，對於如此高速的數據網，ATM網路採用了一些有效的業務流量監控機制，對網上用戶數據進行實時監控，把網路擁塞發生的可能性降到最小。對不同業務賦予不同的"特權"，如語音的實時性特權最高，一般數據檔案傳輸的正確性特權最高，網路對不同業務分配不同的網路資源，這樣不同的業務在網路中才能做到"和平共處"。
ＡＴＭ作為電信網的一種新技術，不僅適用於高速信息傳送和對服務質量（ＱｏＳ）的支持，還具備了綜合多種業務的能力，以及動態頻寬分配與連線管理能力和對已有技術的兼容性。
１．對服務質量（ＱｏＳ）的支持
（１）ＡＴＭ採用固定短長度的信元傳送信息。信息交換是在第二層完成的而且協定簡單簡化了網路節點中信息存貯管理與處理的複雜性，加快了信息交換的速率減少了信元在節點緩衝區中的排隊時延和時延抖動，有利於信息傳送的時間透明性，特別適合在核心網中用於信息傳送。
（２）ＡＴＭ採用面向連線的通信方式通信之前要建立虛通道（ＶＰ）和虛通路（ＶＣ），避免了複雜的信元順序控制工作加上用戶接入時的流量控制和合理的ＱｏＳ與網路資源管理控制，以及各種差錯控制技術，可以使信元丟失率降低到各種業務可以接受的程度，滿足各類業務的語義透明性。
（３）在ＡＴＭ方式下，輔之以必要的網路管理功能和信令處理與連線控制功能，可以設定多種優先權（連線優先權，信元優先權等）管理功能，滿足各種使用要求。
２．ＡＴＭ的綜合能力ＡＴＭ以信元的方式傳送信息，與業務的特性、比特率無關，只要將各類業務的信息在入網時轉化為統一格式的信元，就可以在網路中進行傳輸與交換，因此，高靈活性使之具有各種綜合能力。
３．靈活的動態頻寬分配與連線管理能力
（１）ＡＴＭ具有統計復用的特點網路資源可以按需分配，網路資源的利用率高。
（２）在ＡＴＭ方式下，網路具有支持多方連線的能力其中包括支持廣播（ｂｒｏａｄｃａｓｔ）型連線和多播（ｍｕｌｔｉｃａｓｔ）型連線的能力。
４．ＡＴＭ對已有技術的兼容性ＡＴＭ作為一項獨立的技術充分考慮了與已有技術的融合，ＡＴＭ的兼容性表現在兩方面：
１）對現有廣域網技術（包括分組交換及電路交換技術）的兼容：ＡＴＭ可以兼容幀中繼（ＦＲ）業務、專線數據業務（ＤＤＮ），並且支持ＰＳＴＮ和Ｎ－ＩＳＤＮ業務。
２）對現有ＩＰ技術的兼容：ＡＴＭ對ＩＰ技術既有第二層（數據鏈路層）的兼容（如區域網路仿真-ＬＡＮＥ），又有第三層（網路層）的兼容（如ＣＩＰＯＡ、ＭＰＯＡ及ＭＰＬＳ）。由於ＡＴＭ技術的上述優點，因此得到了電信界、計算機網路界的廣泛重視。然而，研究開發和利用ＡＴＭ技術的兩大陣營顯然代表了兩種不同的觀點和角度。電信界期望ＡＴＭ能夠實現其網路的綜合，實現現有電信網與未來網路（包括ＩＰ網、第三代移動通信網）的無縫融合，保護現有電信網的投資；而計算機界希望利用ＡＴＭ更好地支持ＩＰ，以實現ＩＰ的ＱｏＳ。當然，ＡＴＭ也有其固有的缺陷，主要問題是過高的信元開銷和網路複雜性。就ＡＴＭ信元本身而言，信元頭的開銷超過了１０％（５／４８），如果再把ＡＴＭ適配層以及更高層協定的開銷考慮進去，總開銷可能會超過２５％，這對於一些數據業務（例如：Ｅ－ｍａｉｌ等短分組數據）來講是難以接受的；另外，ＡＴＭ網路為了支持綜合業務和保證ＱｏＳ而引入的ＣＡＣ、ＵＰＣ／ＮＰＣ等流量控制功能使得網路所支持ＳＶＣ的信令和網路管理功能十分複雜，這不僅增加了網路成本，同時也加大了網路的複雜性。
ATM的優點
ATM的主要優點是高頻寬、有保證的服務質量和可擴展的、能提供所有速度與套用的拓撲結構，服務質量標準確保了一個套用所要求的頻寬在該套用的信息請求期間都可供使用，例如，ATM為實況顯示的音頻和視頻成分提供了性能，從而有足夠的頻寬進行完整的顯示。由於ATM技術提供了處理聲音、視頻和數據的通用網路來降低整個網路成本，全世界的電信公司正朝著ATM發展。ATM技術是建立在小的、規模不變的單元上的，它使快速交換成為可能，從而使多種等時的數據能在計算機網路傳輸中統計復用。統計復用規定了“根據需要定頻寬”，電信頻道不再被時分復用協定限制在固定的數據率上，實質上，一個套用只使用它所需要的頻寬。假如一個套用因為突發數據需要附加的頻寬，那么它就能請求附加的頻寬，這一在處理高頻寬套用上的靈活性在戰術環境中具有明顯的優勢。ATM協定能為所有的傳輸類型提供同構網絡，不論是支持傳統的電話、娛樂電視，還是支持LAN、MAN和WAN上的計算機網路傳輸，套用都使用同一協定。在設計上，ATM協定能處理等時數據，如視頻、音頻及計算機之間的其他數據通信。ATM協定在頻寬上被設計成可擴展的，並能支持實時的多媒體套用。標準目前正好能執行1級光學載體（OC-1）(51.84Mbps)到OC-48(2.488Gbps)的傳輸率。
與電路和分組異同
ATM組網電路交換是以電路連線為目的的交換方式。電路交換的過程，就是在通信時建立電路的連線，通信完畢時斷開電路。至於在通信過程中雙方是否在互相傳送信息，傳送什麼信息，這些都與交換系統無關。在電話通信中的電路交換方式由於講話雙方總是一個在說，一個在聽，因此電路空閒時間大約是50%，如果考慮到講話過程中的停頓，那么空閒時間還要多一些。當把電路交換方式用在計算機通信中，由於人機互動(鍵盤輸入、閱讀觀察螢幕輸出等)時間長，因而電路空閒的時間比50%還大，甚至可高達90%，所以電路交換方式最大的缺點就是電路利用率低。
分組交換是以信息分發為目的，把從輸入端進來的數據分組，根據其標誌的地址域和控制域，把它們分發到各個目的地，而不是以電路為目的的交換方式。分組交換是把信息分為一個個的數據分組，並且需要在每個信息分組中增加信息頭及信息尾，表示該段信息的開始及結束，此外還要加上地址域和控制域，用以表示這段信息的類型和送往何處，加上錯誤校驗碼以檢驗傳送中發生的錯誤。
因而可以說，電路交換它只管電路而不管電路上傳送的信息。分組交換則對傳送的信息進行管理。電路交換的主要缺點是在通信過程中獨占一條信道。分組交換中，交換機根據數據分組上的地址域來確定送到目的地，因而，可以有許多個通信過程共享一個信道，這是分組交換的一個主要優點。
然而，分組交換卻具有信息傳送的隨機時延的缺點。因為在電路交換中，如果電路忙，呼叫就被拒絕，只要電路一旦連通，就可以隨時把信息傳送過去。在分組交換中，其共享的電路有時可能很空，信息可以馬上就傳送過去，有時可能很忙，信息就要在分組交換機中排隊等候，排隊的長度和等候時間是由電路的忙閒來決定的，這就是不確定的隨機時延。當然，在分組交換機中也採取了流量控制的措施，以便減少這種時延，即當在交換機中等待的數據分組過多時，交換機會向各個輸入端發出命令，禁止它們繼續傳送信息，或者要求它們改用較低速率傳送信息。此外，在分組交換中，對收到錯誤的分組數據要求馬上重發的反饋重發機制也增加了隨機時延。隨機時延對於計算機通信(數據業務)問題不大，但對於話音業務來說，隨機時延就不可容忍了。
寬頻ISDN中傳送的是ATM信元，ATM信元從概念上講與數據分組相似。但是，由於寬頻ISDN要提供各種業務，而對話音、電視圖像、立體聲音樂等是不能容忍隨機性延遲的，因而對於ATM信元的交換就不能照搬分組交換方式，而需要一種新的交換方式，這就是ATM交換方式。
由於光纖通信的迅速發展，不僅通信能力極大提高，而且傳輸錯誤也微乎其微，因而在分組交換的基礎上產生了幀中繼等快速分組交換方式，把檢錯糾錯功能放在終端設備，從而減少了時延，提高了速率。ATM交換方式也屬於快速分組交換，但它不僅僅是簡化了控制，提高了速率的分組交換，同時為了滿足實時業務的要求，還使用了一些電路交換中的方法。ATM改進了電路交換的功能，使其能靈活地適配不同速率的業務；ATM改進了分組交換功能，滿足實時性業務的要求。所以ATM交換方式又可以看作是電路交換方式和分組交換方式的結合。
ＡＴＭ技術是八十年代後期由ＩＴＵ－Ｔ針對電信網支持寬頻多媒體業務而提出的。經過近十年的研究，到九十年代中期ＡＴＭ技術已基本成熟，由ＩＴＵ－Ｔ和ＡＴＭ論壇制定的相關的國際標準也基本齊全，並有多個電信設備廠商和計算機網路設備廠商推出了商用化的ＡＴＭ設備。此後，ＡＴＭ網路的建設也得到了長足的發展，全世界許多網路（公用網或專用網）都已安裝並使用了ＡＴＭ網路設備。但與此同時，ＩＰ技術也得到迅猛發展，ＩＰ技術與乙太網技術的無縫結合使得ＡＴＭ到桌面套用的市場前景十分暗淡，而且，ＩＰ技術還在廣域網領域積極擴展，實現了與ＳＤＨ／ＷＤＭ技術相結合的套用，大有取代ＡＴＭ而成為將來寬頻通信網核心技術的勢頭。
ip對ATM的影響
ATM取款機目前電信界有一種觀點認為：隨著ＩＰ技術和網際網路的發展，未來的電信網將由ＩＰ技術一統天下，而ＡＴＭ技術將退出歷史舞台。其實只要仔細分析和研究ＩＰ技術和ＡＴＭ技術各自的特點，就不難發現這種觀點是片面的。對於網路（電信網或計算機網）建設而言，它的發展是不會隨著新技術的出現而發生突變（革命）的，而只能是逐步演進。現有電信網已形成的資源十分龐大，不可能一夜消失。而且現有的ＩＰ網路雖然通過採用新技術（例如：ＩＰｏｖｅｒＳＤＨ或ＩＰｏｖｅｒＷＤＭ），在一定程度解決了傳送頻寬的瓶頸問題，但仍然還是傳統的路由器加專線的組網方式，存在逐跳定址與轉發等問題，不能保證服務質量（ＱｏＳ）和信息安全。ＡＴＭ技術所具有的端到端ＱｏＳ保證、完善的流量控制和擁塞控制、靈活的動態頻寬分配與管理、支持多業務，以及技術綜合能力等方面的優勢，目前仍是ＩＰ技術所不及的。
有一點是肯定的，世上沒有一種萬能的技術。由於ＩＰ與ＡＴＭ都是基於分組（包）交換的技術，而且都有各自的優勢，因此，在電信網與網際網路融合與演變的過程中都將發揮作用。目前ＩＰ技術的優勢在於提供統一的數據套用平台，而ＡＴＭ技術的優勢在於提供統一的網路平台。
套用領域
ATM協定１．支持現有電信網逐步從傳統的電路交換技術向分組（包）交換技術演變。
（１）支持現有電話網（如ＰＳＴＮ／ＩＳＤＮ）的演變，並作為其中繼匯接網；
（２）支持並作為第三代移動通信網（要支持移動ＩＰ）的核心交換與傳送網；
（３）支持現有數據網（ＦＲ／ＤＤＮ）的演變，作為數據網的核心，並提供租用電路，利用ＡＴＭ實現校園網或企業網間的互連。
２．為Ｉｎｔｅｒｎｅｔ骨幹傳送網互連核心路由器，支持ＩＰ網的持續發展。
３．與ＩＰ技術結合，取長補短，共同作為未來信息網的核心技術。由於ＩＰ與ＡＴＭ技術，有各自的優勢，在傳統電信網與網際網路融合與演變的過程中都將發揮各自的重要作用，如果把這兩項技術結合起來，利用ＡＴＭ網路為ＩＰ用戶提供高速直達數據鏈路，既可以使ＡＴＭ網路運營部門充分利用ＡＴＭ網路資源，發展ＡＴＭ網路上的ＩＰ用戶業務，又可以解決Ｉｎｔｅｒｎｅｔ網路發展中遇到的瓶頸問題，推動ＩＰ業務的進一步發展，使這兩項技術的潛力充分發揮出來，獲得巨大的經濟效益。
發展趨勢
１．ＡＴＭ支持話音技術的研究在未來的電信網中，從用戶數的角度考慮，傳統的電話用戶仍將占主導地位，因此，ＡＴＭ必須考慮如何支持話音的問題。ＩＴＵ－Ｔ在１９９７年９月年通過了支持話音業務和短分組業務適配的第二類ＡＴＭ適配層協定ＡＡＬ２ Ｉ．３６３．２建議在１９９９年２月通過了面向話音業務的建議Ｉ．３６６．
２用於中繼的ＡＡＬ２業務特定會聚子層ＳＳＣＳ ，並於１９９９年１２月通過了支持ＡＡＬ２交換的信令協定建議Ｑ．２６３０．１（ＡＡＬ２信令協定-能力集１），基本完成了ＡＴＭ支持話音業務的標準化工作。採用ＡＡＬ２協定來支持話音業務不論是效率方面，還是時延性能方面，都要優於ＩＰ電話。ＡＡＬ２技術的套用主要有以下幾個方面：
（１）以低時延的性能支持話音和其他實時業務傳送，用於ＰＳＴＮ或其它網路的中繼傳輸；
（２）用於第三代移動通信系統（ＩＭＴ－２０００），在ＢＳ和ＭＳＣ之間以ＡＡＬ２協定支持低速話音和數據信息的傳送；
（３）用ＡＡＬ２交換機代替ＡＴＭ交換機（ＡＴＭ層僅提供ＰＶＣ交叉連線功能），提供端到端的ＡＴＭ話音和數據業務。
２．簡化ＡＴＭ技術的研究ＡＴＭ技術的缺點之一就是網路的複雜性，為了推動ＡＴＭ技術的套用，就必須對ＡＴＭ技術進行簡化和最佳化，以達到簡化網路，降低網路成本的目的。目前，ＩＴＵ－Ｔ和ＡＴＭ論壇正在進行這方面的工作，例如目前ＩＴＵ－Ｔ正在制定的ＡＴＭ輕型信令（ｌｉｇｈｔｓｉｇｎａｌｉｎｇ）標準就是為了簡化原有複雜的信令標準，以降低網路的複雜性。另外，在流量控制、網路管理等方面也都有需要進行相應的研究工作。
與ip技術的結合
ATM協定ＩＰ與ＡＴＭ結合技術主要分為兩大類：重疊技術和集成技術。採用重疊技術時，ＡＴＭ端點使用ＡＴＭ地址和ＩＰ地址（或ＭＡＣ地址）兩者來標識，網路中設定伺服器完成ＡＴＭ地址和ＩＰ地址（或ＭＡＣ地址）的地址映射功能，在發端用戶得到收端用戶的ＡＴＭ地址之後，建立ＡＴＭＳＶＣ連線並在其上傳送ＩＰ數據包。這方面的典型技術有：ＬＡＮＥ、ＩＰＯＡ、ＭＰＯＡ等，重疊技術的優點是採用標準的ＡＴＭ論壇或ＩＴＵ－Ｔ的信令標準，與標準的ＡＴＭ網路及業務兼容；缺點是傳送ＩＰ包的效率較低。採用集成技術時，ＡＴＭ層被看作ＩＰ層的對等層，ＡＴＭ端點只需使用ＩＰ地址來標識，在建立連線時使用非標準的ＡＴＭ信令協定。採用集成技術時，不需要地址解析協定，但增加了ＡＴＭ交換機的複雜性，使ＡＴＭ交換機看起來更像一個多協定的路由器。這方面的典型技術有：ＩＰ交換、多協定標籤交換（ＭＰＬＳ）等，集成技術的優點是傳送ＩＰ包的效率比較高，不需要地址解析協定；缺點是與標準的ＡＴＭ技術融合較為困難。通過近兩年對各種ＩＰ與ＡＴＭ結合技術的研究已得出結論，即重疊技術（例如：ＬＡＮＥ、ＩＰＯＡ、ＭＰＯＡ等）更適用於專用網或規模小的網路；而集成技術（例如：ＩＰ交換、ＭＰＬＳ等）則更適用於規模大的公用網。ＩＴＵ－Ｔ已於２０００年３月通過了在公用ＡＴＭ網路上傳送ＩＰ信息的建議Ｙ．１３１０（公用ＡＴＭ網路傳送ＩＰ），該建議明確了在採用ＡＴＭ技術的公共網路（包括業務提供網路和承載網路）上傳送ＩＰ信息的推薦技術解決方案是多協定標籤交換（ＭＰＬＳ），並且明確公用ＡＴＭ網路支持的ＩＰ目標業務是差別服務（Ｄｉｆｆｅｒｓｅｒｖ）、集成服務（Ｉｎｔｓｅｒｖ）和ＩＰ虛擬專用網（ＩＰＶＰＮ）。
