轉載自:
爾雅網課,吉林大學計算機網路基礎,講師李曉峰的課程總結

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網路卡

區域網的網路通訊硬體

區域網的網路通訊硬體，主要包括網路卡、傳輸媒體和區域網通訊裝置。

網路卡也稱作網路介面卡，即Network Adapter。主要功能是完成計算機與電纜系統的物理連線；

根據所採用的MAC協議實現資料幀的封裝和拆封，差錯校驗和相應的資料通訊管理。

區域網工作在OSI模型的最低兩層，即物理層和資料鏈路層。在資料鏈路層中，按照功能分為兩個子層：

介質訪問控制子層和邏輯電路控制子層，分別簡寫為MAC和LLC。其中MAC子層負責與低層的物理層互動，LLC子層負責與高層的網路層互動。

網路卡主要包括了以下幾個部分的部件：傳送和接收部件、載波檢測部件、傳送和接收控制部件、曼徹斯特編碼／譯碼器、LAN管理部件、微處理器等。

網路卡的種類很多。可以分為有線網路卡和無線網路卡。按照網路卡傳輸速度的不同，又可以分為：10Mbps、100Mbps、千兆和萬兆乙太網卡。

按照網路卡同傳輸媒介連線的介面來劃分，又可以分為：AUI（粗同軸電纜介面）、BNC（細同軸電纜介面）、RJ-45（無遮蔽雙絞線介面）、SC和ST（光纖介面）的網路卡。

現在使用的比較普遍的是1000Mbps、PCI匯流排、RJ-45介面的乙太網卡。

傳輸媒體

傳輸媒體包括有線介質和無線介質。

有線介質包括同軸電纜，雙絞線和光纖。

無線介質包括微波和紅外線。

首先介紹同軸電纜，同軸電纜由內導體銅芯線、絕緣層、外導體遮蔽線和塑料保護外層組成。如圖所示，這些組成部分的軸線都在一起，因此稱之為同軸電纜。資料在內導體銅芯線上傳遞，外導體遮蔽線起到遮蔽外界電磁干擾的作用。如果不連線遮蔽線，雖然在內導體上有訊號，但是訊號質量較差。

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同軸電纜分為50Ω的基帶電纜和75Ω的寬頻電纜。基帶電纜用於網路中數字訊號傳輸，資料率可以達到10Mbps，寬頻電纜，用於有線電視訊號的傳送。基帶電纜在安裝的時候，需要切斷電纜，安裝上BNC，即細同軸電纜介面，然後連線到T型聯結器的兩端。

雙絞線是把兩根，具有絕緣保護層的銅導線，按一定密度互相絞在一起，用來降低訊號干擾的。雙絞線由4組8根線組成，用顏色區別，連線頭採用RJ45介面，俗稱水晶頭。

雙絞線分為非遮蔽雙絞線和遮蔽雙絞線，簡稱UTP和STP。二者的區別在於STP在4組線的外面有金屬遮蔽層，可以在某種程度上降低電磁干擾。STP的抗干擾能力優於UTP，但弱於同軸電纜。

光纖由單根玻璃光纖，緊靠纖芯的包層以及塑料保護層組成。光纖非常細，實際使用時由若干根光纖與其他構件組成光纜。光纖的抗干擾能力優於同軸電纜。在FDDI網路中使用的介質就是光纖。

光纖可以分為多模光纖和單模光纖。多模光纖使用發光二極體作為傳送裝置，利用全反射進行傳輸，傳輸距離相對較近。

單模光纖使用鐳射發生器作為傳送裝置，訊號沿光纖軸線方向傳輸，傳輸距離相對較遠。

無線介質是指突破有線介質的束縛，利用電磁波傳送和接收訊號，包括微波和紅外線。

微波是指頻率為300MHz-300GHz的電磁波，波長在1米到1毫米之間的電磁波，是分米波、釐米波、毫米波的統稱，是無線電波中一個有限頻帶的簡稱。微波就可以沿直線傳播，通過拋物線狀天線把所有的能量集中於一小束，可以防止他人竊取訊號和減少其他訊號對它的干擾。

紅外線是太陽光線中眾多不可見光線中的一種，紅外線通訊不易被人發現和截獲，保密性強；幾乎不會受到電氣、天電、人為干擾，抗干擾性強。

區域網通訊裝置

區域網通訊裝置包括集線器和交換機。

集線器的英文稱為Hub。集線器是區域網中的基礎裝置，主要功能是對接收到的訊號進行再生整形放大，以擴大網路的傳輸距離，同時把所有節點集中在以它為中心的節點上。

集線器工作在物理層。

集線器包括轉發式Hub和交換式Hub。轉發式Hub是把資料包傳送到與集線器相連的所有節點，效率低，容易發生衝突碰撞。交換式Hub與交換機類似，具有的MAC地址表，所以它傳送資料時具有針對性，效率較高。

交換機的英文稱為，Switch，可以為接入交換機的任意兩個網路節點提供獨享的電訊號通路。最常見的交換機是乙太網交換機。

交換機允許多個埠之間進行併發通訊。每個交換埠分配一個或幾個MAC地址，埠之間的資料通道是硬體實現，稱為交換機構 switch fabric ，或交換矩陣 switch matrix 。

匯流排形拓撲結構

拓撲，即Topology，是將各種物體的位置表示成抽象位置。只將討論範圍內的事物之間的相互關係通過圖表示出來。網路的拓撲結構研究包括傳輸媒體互聯各種裝置的物理佈局，入網計算機資料傳輸控制，即介質訪問控制。常見的網路拓撲結構有匯流排形、星形、網形和環形。

首先介紹匯流排形拓撲結構。匯流排形是網路中有一條公共的線路，稱之為匯流排，入網的計算機都與匯流排連線，入網的計算機稱作工作站。連線匯流排的計算機都可以將資訊傳送到匯流排；也可以從匯流排上接收資訊。

匯流排形網路早期使用同軸電纜，後來逐漸用雙絞線代替。匯流排形網路的優點包括連線容易，擴充套件方便，網路的容錯性好，容錯性是指存在某些故障，而系統可以繼續工作的能力。

匯流排形的缺點是介質訪問控制方式很複雜。匯流排形的介質訪問控制使用CSMA/CD，即帶衝突檢測的載波監聽多路訪問。這是由匯流排的工作方式決定的，由於匯流排的公共性，在多個計算機同時傳送資料時，會產生衝突碰撞，導致資料傳輸失敗

CSMA/CD是每個工作站在傳送資料之前首先檢測匯流排是否空閒，如果空閒，就傳送資料；如果忙碌，則隨機等待一段時間繼續檢測。在傳輸下一個資料包之前，還要重新檢測。把這一特點歸結為：“先聽後說”“邊聽邊說”。

CSMA/CD

CSMA/CD即帶衝突檢測的載波監聽多路訪問技術或者稱為載波監聽多點介入/碰撞檢測。在傳統的共享乙太網中，所有的節點共享傳輸介質。如何保證傳輸介質有序、高效地為許多節點提供傳輸服務，就是乙太網的介質訪問控制協議要解決的問題。

CSMA/CD是一種爭用型的介質訪問控制協議。它起源於美國夏威夷大學開發的ALOHA網所採用的爭用型協議，並進行了改進，使之具有比ALOHA協議更高的介質利用率。主要應用於現場匯流排Ethernet中。 另一個改進是，對於每一個站點而言，一旦它檢測到有衝突，它就放棄它當前的傳送任務。換句話說，如果兩個站點都檢測到通道是空閒的，並且同時開始傳送數 據，則它們幾乎立刻就會檢測到有衝突發生。它們不應該再繼續傳送它們的幀，因為這樣只會產生垃圾而已；相反一旦檢測到衝突之後，它們應該立即停止傳送數 據。快速地終止被損壞的幀可以節省時間和頻寬。

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CSMA/CD控制方式的優點是：

原理比較簡單，技術上易實現，網路中各工作站處於平等地位 ，不需集中控制，不提供優先順序控制。但在網路負載增大時，傳送時間增長，傳送效率急劇下降。

CSMA/CD應用在 OSI 的第二層資料鏈路層

它的工作原理是: 傳送資料前 先偵聽通道是否空閒 ,若空閒，則立即傳送資料。若通道忙碌，則等待一段時間至通道中的資訊傳輸結束後再傳送資料；若在上一段資訊傳送結束後，同時有兩個或兩個以上的節點都提出傳送請求，則判定為衝突。若偵聽到衝突,則立即停止傳送資料，等待一段隨機時間,再重新嘗試。

其原理簡單總結為：先聽後發，邊發邊聽，衝突停發，隨機延遲後重發

CSMA/CD採用IEEE 802.3標準。

它的主要目的是：提供定址和媒體存取的控制方式，使得不同裝置或網路上的節點可以在多點的網路上通訊而不相互衝突。

有人將CSMA/CD的工作過程形象的比喻成很多人在一間黑屋子中舉行討論會，參加會議的人都是隻能聽到其他人的聲音。每個人在說話前必須先傾聽，只有等會場安靜下來後，他才能夠發言。人們將發言前監聽以確定是否已有人在發言的動作稱為"載波監聽"； 將在會場安靜的情況下每人都有平等機會講話成為“多路訪問”；如果有兩人或兩人以上同時說話，大家就無法聽清其中任何一人的發言，這種情況稱為發生“衝 突”。發言人在發言過程中要及時發現是否發生衝突，這個動作稱為“衝突檢測”。如果發言人發現衝突已經發生，這時他需要停止講話，然後隨機後退延遲，再次 重複上述過程，直至講話成功。如果失敗次數太多，他也許就放棄這次發言的想法。通常嘗試16次後放棄。

控制規程的核心問題：解決在公共通道上以廣播方式傳送資料中可能出現的問題（主要是資料碰撞問題）

控制過程包含四個處理內容：監聽、傳送、檢測、衝突處理

（1） 監聽：

通過專門的檢測機構，在站點準備傳送前先偵聽一下匯流排上是否有資料正在傳送（線路是否忙）？

若“忙”則進入後述的“退避”處理程式，進而進一步反覆進行偵聽工作。

若“閒”，則一定演算法原則（“X堅持”演算法）決定如何傳送。

（2） 傳送：

當確定要傳送後，通過傳送機構，向匯流排傳送資料。

（3） 檢測：

資料傳送後，也可能發生資料碰撞。因而，要對資料邊傳送，邊檢測，以判斷是否衝突了。

（4）衝突處理：

當確認發生衝突後，進入衝突處理程式。有兩種衝突情況：

① 偵聽中發現線路忙

② 傳送過程中發現資料碰撞

① 若在偵聽中發現線路忙，則等待一個延時後再次偵聽，若仍然忙，則繼續延遲等待，一直到可以傳送為止。每次延時的時間不一致，由退避演算法確定延時值。

② 若傳送過程中發現資料碰撞，先傳送阻塞資訊，強化衝突，再進行監聽工作，以待下次重新傳送（方法同①）CSMA/CD工作原理及效能分析（指標與影響因素）

CSMA/CD的主要影響因素：傳播時延、工作站數。

①CSMA/CD對站點個數不是很敏感，對實際的輸入負載比較敏感。

②CSMA/CD對傳播時延比較敏感。

③CSMA/CD衝突不可避免。

④CSMA/CD的介質利用率隨a的上升下降較快。

⑤CSMA/CD適合通訊量不大，互動頻繁的場合

⑥對於CSMA/CD幀越長，吞吐量越大，要求幀具有最小長度，當有許多短訊息時，頻寬浪費嚴重。

⑦CSMA/CD在輕負載時提供最短延遲，但對重負載敏感。

上述兩種衝突情況都會涉及一個共同演算法——退避演算法。

①退避演算法：當出現線路衝突時，如果衝突的各站點都採用同樣的退避間隔時間，則很容易產生二次、三次的碰撞。因此，要求各個站點的退避間隔時間具有差異性。這要求通過退避演算法來實現。

截斷的二進位制指數退避演算法（退避演算法之一）：

當一個站點發現線路忙時，要等待一個延時時間M，然後再進行偵聽工作。延時時間M以以下演算法決定：

M = 0 ~ (2^k - 1) 之間的一個隨機數乘以512位元時間（例如對於10Mbps乙太網，為51.2微秒），k為衝突（碰撞）的次數，M的最大值為1023，即當k=10及以後M始終是0~1023之間的一個隨機值與51.2的乘積，當k增加到16時，就發出錯誤資訊。

② 特殊阻塞資訊：是一組特殊資料資訊。在傳送資料後發現衝突時，立即傳送特殊阻塞資訊（連續幾個位元組的全1，一般為32-48位），以強化衝突訊號，使線路上站點可以儘早探測得到衝突的訊號，從而減少造成新衝突的可能性。

③ 衝突檢測時間>=2α: α表示網路中最遠兩個站點的傳輸線路延遲時間。該式表示檢測時間必須保證最遠站點發出資料產生衝突後被對方感知的最短時間。在2α時間裡沒有感知衝突，則保證發出的資料沒有產生衝突。（只要保證檢測2α時間，沒有必要整個傳送過程都進行檢測）

④ X-堅持的CSMA演算法：當在偵聽中發現線路空閒時，不一定馬上傳送資料，而採用X-堅持的CSMA演算法決定如何進行資料傳送：

演算法特點

CSMA/CD是一種爭用型的介質訪問控制協議。它起源於美國夏威夷大學開發的ALOHA網所採用的爭用型協議，主要應用於現場匯流排Ethernet中。對於每一個站點而言，一旦它檢測到有衝突，它就放棄它當前的傳送任務。

環形拓撲結構

在網路拓撲結構中，一類重要的連線形式是環型連線，又稱令牌環網。令牌環網是由閉合的環路將各個通訊站點連線起來，資料沿著環路傳輸。在環網初始化時指定按順時針或者逆時針方向傳輸，如此環網中的每一個站點就有所謂的上游站點和下游站點。

環網的介質訪問控制由令牌控制。所謂令牌，是在環網中傳遞的一個特殊的資料包，由環網初始化時產生，沿著環路，由一個站點傳遞給下游站點，用來控制站點的資料傳送。

令牌環網的特點是故障定位容易；網路容錯性差。由於是環路連線，需要每一個站點的參與，因此一旦某一站點出現故障，整個環網不能工作，即容錯性差。此時進行故障定位很容易。

接下來介紹令牌環網工作過程，在令牌環網中，如果沒有資料傳輸，則將令牌沿著環路一個站點一個站點傳遞。如果有站點需要傳送資料，需要等待令牌由上游站點傳遞到該站點，然後傳送資料。資料包帶有傳送站點和接收站點的MAC地址，每一個站點收到資料包之後核對本站點與目標站點的MAC地址是否一致，如果一致，資料包向本站點高層傳遞，同時複製一份，傳遞給下游站點；如果不一致，直接傳遞給下游站點。資料包在環網中傳遞一週，最後回到傳送站點，如果還有資料，則繼續傳遞，如果沒有資料傳遞，則產生新的令牌，傳送給下游站點。

FDDI

FDDI，即光纖分散式資料介面。FDDI是以光纖傳輸介質的區域網標準，由美國國家標準協會ANSI X3T9.5委員會制定。

FDDI採用主、副雙環結構，主環進行正常的資料傳輸，副環為冗餘的備用環。兩個環傳輸資訊的方向是相逆的。

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FDDI使用兩條環路，所以當其中一條出現故障時，資料可以從另一條環路上到達目的地。連線到FDDI的結點主要有兩類，即A類和B類。A類結點與兩個環路都有連線，由網路裝置如集線器等組成，並具備重新配置環路結構以在網路崩潰時使用單個環路的能力；B類結點通過A類結點的裝置連線在FDDI網路上，B類結點包括伺服器或工作站等。

FDDI ，即光纖分散式資料介面，是於80年代中期發展起來一項區域網技術，它提供的高速資料通訊能力要高於當時的乙太網（10Mbps）和令牌網（4或16Mbps）的能力。

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FDDI 包括兩種類包，同步的和非同步的。同步通訊用於要求連續進行且對時間敏感的傳輸（如音訊、視訊和多媒體通訊）；非同步通訊用於不要求連續脈衝串的普通的資料傳輸。在給定的網路中，TTRT等於某結點同步傳輸需要的總時間加上最大的幀在網路上沿環路進行傳輸的時間。FDDI使用兩條環路，所以當其中一條出現故障時，資料可以從另一條環路上到達目的地。連線到FDDI的結點主要有兩類，即A類和B類。A類結點與兩個環路都有連線，由網路裝置如集線器等組成，並具備重新配置環路結構以在網路崩潰時使用單個環路的能力；B類結點通過A類結點的裝置連線在FDDI網路上，B類結點包括伺服器或工作站等。

1982年ANSI的X3T9.5委員會提出並在以後陸續制訂了由物理層(PHY),物理層媒體依賴(PMD)和媒體訪問控制(MAC)三部分組成的基本FDDI，1990年ISO也釋出了ISO9314-1(PHY)、ISO9314-2(MAC)和ISO9314-3(PMD)的國際標準。

FDDI的物理層被分為兩個子層：

(1)物理媒體依賴PMD,它在FDDI網路的節點之間提供點–點的數字基帶通訊。早先的PMD標準規定了多模光纖的連線，現在已有關於單模光纖連線的SMF–PMD,並正在開發與同步光纖網連線的PMD子層標準。

(2)物理層協議PHY，它提供PMD與資料鏈路層之間的連線。

FDDI的資料鏈路層被分為多個子層：

(1)可選的混合型環控制HRC(Hybrid Ring Control)，它在共享的FDDI媒體上提供分組資料和電路交換資料的多路訪問。HRC由混合多路器(H-MUX)和等時MAC(I-MUX)兩部分組成。

(2)媒體訪問控制MAC，它提供對於媒體的公平和確定性訪問、識別地址、產生和驗證幀校驗序列。

(3)可選的邏輯鏈路控制LLC，它提供MAC與網路層之間所要求的分組資料適應服務的公共協議。

(4)可選的電路交換多路器(CS-MUX).

FDDI採用編碼方式為NRZ-I.和4B/5B（在這種編碼技術中每次對4位資料進行編碼，每4位資料編碼成5位符號，用光的存在和不存在表示5位符號中每一位是1還是0）4B/5B 可使效率提高到80%

當資料以100Mbps的速度輸入輸出時，在當時FDDI與10Mbps的乙太網和令牌環網相比效能有相當大的改進。但是隨著快速乙太網和千兆乙太網技術的發展，用FDDI的人就越來越少了。因為FDDI使用的通訊介質是光纖，這一點它比快速乙太網及現在的100Mbps令牌網傳輸介質要貴許多，然而FDDI最常見的應用只是提供對網路伺服器的快速訪問，所以在目前FDDI技術並沒有得到充分的認可和廣泛的應用。FDDI另一種常用的通訊介質是電話線。

FDDI的訪問方法與令牌環網的訪問方法類似，在網路通訊中均採用**“令牌”**傳遞。它與標準的令牌環又有所不同，主要在於FDDI使用定時的令牌訪問方法。FDDI令牌沿網路環路從一個結點向另一個結點移動，如果某結點不需要傳輸資料，FDDI將獲取令牌並將其傳送到下一個結點中。如果處理令牌的結點需要傳輸，那麼在指定的稱為“目標令牌迴圈時間”（Target Token Rotation Time，TTRT）的時間內，它可以按照使用者的需求來傳送儘可能多的幀。因為FDDI採用的是定時的令牌方法，所以在給定時間中，來自多個結點的多個幀可能都在網路上，以為使用者提供高容量的通訊。

光纖分佈資料介面(FDDI)是目前成熟的LAN技術中傳輸速率最高的一種。這種傳輸速率高達100Mb/s的網路技術所依據的標準是ANSIX3T9.5。該網路具有定時令牌協議的特性，支援多種拓撲結構，傳輸媒體為光纖。使用光纖作為傳輸媒體具有多種優點：

1、較長的傳輸距離，相鄰站間的最大長度可達2KM，最大站間距離為200KM。

2、具有較大的頻寬，FDDI的設計頻寬為100Mb/s。

3、具有對電磁和射頻干擾抑制能力，在傳輸過程中不受電磁和射頻噪聲的影響，也不影響其裝置。

4、光纖可防止傳輸過程中被分接偷聽，也杜絕了輻射波的竊聽，因而是最安全的傳輸媒體。

由光纖構成的FDDI，其基本結構為逆向雙環。一個環為主環，另一個環為備用環。一個順時針傳送資訊，另一個逆時針。當主環上的裝置失效或光纜發生故障時，通過從主環向備用環的切換可繼續維持FDDI的正常工作。這種故障容錯能力是其它網路所沒有的。

FDDI使用了比令牌環更復雜的方法訪問網路。和令牌環一樣，也需在環內傳遞一個令牌，而且允許令牌的持有者傳送FDDI幀。和令牌環不同，FDDI網路可在環內傳送幾個幀。這可能是由於令牌持有者同時發出了多個幀，而非在等到第一個幀完成環內的一圈迴圈後再發出第二個幀。

令牌接受了傳送資料幀的任務以後，FDDI令牌持有者可以立即釋放令牌，把它傳給環內的下一個站點，無需等待資料幀完成在環內的全部迴圈。這意味著，第一個站點發出的資料幀仍在環內迴圈的時候，下一個站點可以立即開始傳送自己的資料。FDDI標準和令牌環介質訪問控制標準IEEE802.5十分接近。

FDDI用得最多的是用作校園環境的主幹網。這種環境的特點是站點分佈在多個建築物中。FDDI也常常被劃分在都會網路MAN的範圍。

FDDI是於80年代中期發展起來一項區域網技術，它提供的高速資料通訊能力要高於當時的乙太網（10Mbps）和令牌網（4或16Mbps）的能力。FDDI技術同IBM的Tokenring技術相似，並具有LAN和Tokenring所缺乏的管理、控制和可靠性措施，FDDI支援長達2KM的多模光纖。FDDI網路的主要缺點是價格同前面所介紹的“快速乙太網”相比貴許多，且因為它只支援光纜和5類電纜，所以使用環境受到限制、從乙太網升級更是面臨大量移植問題。

非同步傳輸模式 ATM

ATM是一項資料傳輸技術，是實現B-ISDN的業務的核心技術之一。ATM是以信元為基礎的一種分組交換和複用技術，它是一種為了多種業務設計的通用的面向連線的傳輸模式。它適用於區域網和廣域網，它具有高速資料傳輸率和支援多種型別資訊。

ATM是一項信元中繼技術，資料分組大小固定，能夠把資料塊從一個裝置經過ATM交換裝置傳送到另一個裝置。所有信元具有同樣的大小，不像幀中繼及區域網系統資料分組大小不定。使用相同大小的信元可以提供一種方法，預計和保證應用所需要的頻寬。

ATM交換裝置是ATM網路的重要組成部分，將資料分組快速地從一個節點傳送到另一個節點；或者用作廣域通訊裝置，在遠端LAN之間快速傳送ATM信元。

非同步傳輸模式ATM，就是建立在電路交換和分組交換的基礎上的一種新的交換技術。

ATM是一項資料傳輸技術，是實現B-ISDN的業務的核心技術之一。ATM是以信元為基礎的一種分組交換和複用技術，它是一種為了多種業務設計的通用的面向連線的傳輸模式。它適用於區域網和廣域網，它具有高速資料傳輸率和支援許多種型別如聲音、資料、傳真、實時視訊、CD質量音訊和影像的通訊。

ATM是在LAN或WAN上傳送聲音、視訊影像和資料的寬頻技術。它是一項信元中繼技術，資料分組大小固定。你可將信元想像成一種運輸裝置，能夠把資料塊從一個裝置經過ATM交換裝置傳送到另一個裝置。所有信元具有同樣的大小，不像幀中繼及區域網系統資料分組大小不定。使用相同大小的信元可以提供一種方法，預計和保證應用所需要的頻寬。如同轎車在繁忙交叉路口必須等待長卡車轉彎一樣，可變長度的資料分組容易在交換裝置處引起通訊延遲。

ATM是一種非同步傳輸模式。

ATM以信元為基本單位。

ATM的信元的長度為53個位元組。

由於ATM網路是面向連線的，所以，在傳送資料之前首先要傳送一個分組以便建立連線，當這個初始分組經過子網的時候，該路徑上所有的路由器都在他們的內部表中建立一個表項，用來標明該連結的存在，並且為它預留必要的資源。這裡的連結通常稱為虛電路（virtual circuit），類似於電話系統中使用的物理電路。

ATM有它自己的參考模型，既不同於OSI模型，也不同於TCP/IP模型。它包括三層：物理層、ATM層和ATM適配層。

ATM採用面向連線的傳輸方式，將資料分割成固定長度的信元，通過虛連線進行交換。ATM集交換、複用、傳輸為一體，在複用上採用的是非同步分時多工方式，通過資訊的首部或標頭來區分不同通道。

ATM真正具有電路交換和分組交換的雙重性:

ATM面向連線,它需要在通訊雙方向建立連線,通訊結束後再由信令拆除連線。但它摒棄了電路交換中採用的同步分時多工，改用非同步分時多工，收發雙方的時鐘可以不同，可以更有效地利用頻寬。

ATM的傳送單元是固定長度53byte的CELL（信元），其中5B為信元頭，用來承載該信元的控制資訊；48B為信元體，用來承載使用者要分發的資訊。信頭部分包含了選擇路由用的VPI（虛通道識別符號）/VCI（虛通路標示符）資訊，因而它具有分組交換的特點。它是一種高速分組交換，在協議上它將OSI第二層的糾錯、流控功能轉移到智慧終端上完成，降低了網路時延，提高了交換速度。

交換裝置是ATM的重要組成部分，它能用作組織內的Hub，快速將資料分組從一個節點傳送到另一個節點；或者用作廣域通訊裝置，在遠端LAN之間快速傳送ATM信元。乙太網、光纖分散式資料介面（FDDI）、令牌環網等傳統LAN採用共享介質，任一時刻只有一個節點能夠進行傳送，而ATM提供任意節點間的連線，節點能夠同時進行傳送。來自不同節點的資訊經多路複用成為一條信元流。在該系統中，ATM交換器可以由公共服務的提供者所擁有或者是組織內部網的一部分。

由於ATM網路由相互連線的ATM交換機構成，存在交換機與終端、交換機與交換機之間的兩種連線。因此交換機支援兩類介面：使用者與網路的介面UNI（通用網路介面）和網路節點間的介面NNI。對應兩類介面，ATM信元有兩種不同的信元頭。

在ATM網路中引入了兩個重要概念：VPI（虛路徑識別符號）和VCI（虛通道識別符號），它們用來描述ATM信元單向傳輸的路由。一條物理鏈路可以複用多條虛通道，每條虛通道又可以複用多條虛通路，並用相同的識別符號來標識，即VPI和VCI。VPI和VCI獨立編號，VPI和VCI一起才能唯一地標識一條虛通路。

相鄰兩個交換節點間信元的VPI/VCI值不變，兩節點之間形成一個VP鏈和VC鏈。當信元經過交換節點時，VPI和VCI作相應的改變。一個單獨的VPI和VCI是沒有意義的，只有進行連結之後，形成一個VP鏈和VC鏈，才形成一個有意義的連結。在ATM交換機中，有一個虛連線表，每一部分都包含物理埠、VPI、VCI值，該表是在建立虛電路的過程中生成的。

ATM是在LAN或WAN上傳送聲音、視訊影像和資料的寬頻技術。它是一項信元中繼技術，資料分組大小固定。你可將信元想像成一種運輸裝置，能夠把資料塊從一個裝置經過ATM交換裝置傳送到另一個裝置。所有信元具有同樣的大小，不像幀中繼及區域網系統資料分組大小不定。使用相同大小的信元可以提供一種方法，預計和保證應用所需要的頻寬。如同轎車在繁忙交叉路口必須等待長卡車轉彎一樣，可變長度的資料分組容易在交換裝置處引起通訊延遲。

ATM用作公司主幹網時，能夠簡化網路的管理，消除了許多由於不同的編址方案和路由選擇機制的網路互連所引起的複雜問題。ATM集線器能夠提供集線器上任意兩埠的連線，而與所連線的裝置型別無關。這些裝置的地址都被預變換，例如很容易從一個節點到另一個節點傳送一個報文，而不必考慮節點所連的網路型別。ATM管理軟體使使用者和他們的物理工作站移動地方非常方便。

通過ATM技術可完成企業總部與各辦事處及公司分部的區域網互聯，從而實現公司內部資料傳送、企業郵件服務、話音服務等等，並通過上聯INTERNET實現電子商務等應用。同時由於ATM採用統計複用技術，且接入頻寬突破原有的2M，達到2M-155M，因此適合高頻寬、低延時或高資料突發等應用。

在傳統的分組交換方式中分組長度不固定，這時必須經過比較才能知道分組是否結束，當分組長度固定時只需計數便可知道分組的終結，計數執行指令比比較執行指令的時間少許多。分組長度固定適合於快速處理，在ATM中將長度固定的分組稱為信元（CELL），信元由信頭域和資訊域組成，信頭域長5位元組，資訊域長為48位元組，信頭的主要功能為流量控制、虛通道∕虛通路、交換、信頭檢驗和信元定界以及信元型別的識別。

可實現虛通道∕虛通路兩級交換

在ATM中，可將一個傳輸通路如同步數字體系（SDH）中的同步轉移模式STM-1、STM-4等劃分為若干個虛通道，一個虛通道又可以分割為若干個虛通路。為了完成端點間的通訊，類似於電路交換方式，ATM首先選擇路由，在兩實體之間建立虛通路，這樣就使得路由定址和資料轉發功能截然分開。採用虛連線方法，ATM可將邏輯子網與物理子網隔離開，網路的主要管理和控制功能集中在虛電路一級上，使傳輸過程的控制較為簡單，減少了網管、網控的複雜性。

為了提高系統資源利用率，在ATM中採用統計複用方式。ATM是面向連線方式，在主叫與被叫之間先建立一條連線，同時分配一個虛通道∕虛通路，將來自不同資訊源的信元彙集到一起，在緩衝器內排隊，佇列中的信元根據到達 的先後按優先等級逐個輸出到傳輸線路上，形成首尾相接的信元流。具有同樣標誌的信元在傳輸線上並不對應著某個固定的時隙，也不是按週期出現的。非同步時分復 用使ATM具有很大的靈活性，任何業務都按實際資訊量來佔用資源，使網路資源得到最大限度的利用。

綜合多種業務

傳統上一種業務建立一個網路，因而有計算機網、影像網、話音網之分。ATM試圖綜合所有的業務。由於各種業務所要求的服務質量的不同和業務特性差異，在一個網內交換所有業務是相當難的，例如話音與影像這些實時業務對端到端時延要求很嚴，一般認為不超過40 ms，但話音和影像對誤位元速率要求卻相差很大，電話誤位元速率在10?-3時不影響清晰度，電檢視像誤位元速率應在10?-6以下，否則會產生影像凝固，等等。另外，各種業務特性差異主要表現在突發度和速率上，例如資料業務突發度50，會議電視5，普通電視1；在速率跨度上，資料業務10 kbps~100 Mbps，電話64 kbps，電視15~50 Mbps。將這些服務質量要求不同和業務特性差異甚遠的多種業務綜合在一起，即均以53位元組長的信元傳遞，ATM採取“分類治之”的辦法，即根據信元速率是否可變、信元與信宿間是否要同步以及面向連線與否，將業務分類，對不同的業務進行不同的適配，不論業務源的性質有多麼不同，網路都按同樣的模式來處理，真正做到安全的業務綜合。

ATM是一項資料傳輸技術，是實現B-ISDN的業務的核心技術之一。ATM是以信元為基礎的一種分組交換和複用技術，它是一種為了多種業務設計的通用的面向連線的傳輸模式。它適用於區域網和廣域網，它具有高速資料傳輸率和支援許多種型別如聲音、資料、傳真、實時視訊、CD質量音訊和影像的通訊。