尔雅网课,吉林大学计算机网络基础,讲师李晓峰的课程总结
网卡
局域网的网络通信硬件
局域网的网络通信硬件，主要包括网卡、传输媒体和局域网通信设备。
网卡也称作网络适配器，即Network Adapter。主要功能是完成计算机与电缆系统的物理连接；
根据所采用的MAC协议实现数据帧的封装和拆封，差错校验和相应的数据通信管理。
局域网工作在OSI模型的最低两层，即物理层和数据链路层。在数据链路层中，按照功能分为两个子层：
介质访问控制子层和逻辑电路控制子层，分别简写为MAC和LLC。其中MAC子层负责与低层的物理层交互，LLC子层负责与高层的网络层交互。
网卡主要包括了以下几个部分的部件：发送和接收部件、载波检测部件、发送和接收控制部件、曼彻斯特编码／译码器、LAN管理部件、微处理器等。
网卡的种类很多。可以分为有线网卡和无线网卡。按照网卡传输速度的不同，又可以分为：10Mbps、100Mbps、千兆和万兆以太网卡。
按照网卡同传输媒介连接的接口来划分，又可以分为：AUI（粗同轴电缆接口）、BNC（细同轴电缆接口）、RJ-45（无屏蔽双绞线接口）、SC和ST（光纤接口）的网卡。
现在使用的比较普遍的是1000Mbps、PCI总线、RJ-45接口的以太网卡。
传输媒体
传输媒体包括有线介质和无线介质。
有线介质包括同轴电缆，双绞线和光纤。
无线介质包括微波和红外线。
首先介绍同轴电缆，同轴电缆由内导体铜芯线、绝缘层、外导体屏蔽线和塑料保护外层组成。如图所示，这些组成部分的轴线都在一起，因此称之为同轴电缆。数据在内导体铜芯线上传递，外导体屏蔽线起到屏蔽外界电磁干扰的作用。如果不连接屏蔽线，虽然在内导体上有信号，但是信号质量较差。
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同轴电缆分为50Ω的基带电缆和75Ω的宽带电缆。基带电缆用于网络中数字信号传输，数据率可以达到10Mbps，宽带电缆，用于有线电视信号的传送。基带电缆在安装的时候，需要切断电缆，安装上BNC，即细同轴电缆接口，然后连接到T型连接器的两端。
双绞线是把两根，具有绝缘保护层的铜导线，按一定密度互相绞在一起，用来降低信号干扰的。双绞线由4组8根线组成，用颜色区别，连接头采用RJ45接口，俗称水晶头。
双绞线分为非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线，简称UTP和STP。二者的区别在于STP在4组线的外面有金属屏蔽层，可以在某种程度上降低电磁干扰。STP的抗干扰能力优于UTP，但弱于同轴电缆。
光纤由单根玻璃光纤，紧靠纤芯的包层以及塑料保护层组成。光纤非常细，实际使用时由若干根光纤与其他构件组成光缆。光纤的抗干扰能力优于同轴电缆。在FDDI网络中使用的介质就是光纤。
光纤可以分为多模光纤和单模光纤。多模光纤使用发光二极管作为发送装置，利用全反射进行传输，传输距离相对较近。
单模光纤使用激光发生器作为发送装置，信号沿光纤轴线方向传输，传输距离相对较远。
无线介质是指突破有线介质的束缚，利用电磁波发送和接收信号，包括微波和红外线。
微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，波长在1米到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波的统称，是无线电波中一个有限频带的简称。微波就可以沿直线传播，通过抛物线状天线把所有的能量集中于一小束，可以防止他人窃取信号和减少其他信号对它的干扰。
红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，红外线通信不易被人发现和截获，保密性强；几乎不会受到电气、天电、人为干扰，抗干扰性强。
局域网通信设备
局域网通信设备包括集线器和交换机。
集线器的英文称为Hub。集线器是局域网中的基础设备，主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。
集线器工作在物理层。
集线器包括转发式Hub和交换式Hub。转发式Hub是把数据包发送到与集线器相连的所有节点，效率低，容易发生冲突碰撞。交换式Hub与交换机类似，具有的MAC地址表，所以它发送数据时具有针对性，效率较高。
交换机的英文称为，Switch，可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。
交换机允许多个端口之间进行并发通信。每个交换端口分配一个或几个MAC地址，端口之间的数据通道是硬件实现，称为交换机构 switch fabric ，或交换矩阵 switch matrix 。
总线形拓扑结构
拓扑，即Topology，是将各种物体的位置表示成抽象位置。只将讨论范围内的事物之间的相互关系通过图表示出来。网络的拓扑结构研究包括传输媒体互联各种设备的物理布局，入网计算机数据传输控制，即介质访问控制。常见的网络拓扑结构有总线形、星形、网形和环形。
首先介绍总线形拓扑结构。总线形是网络中有一条公共的线路，称之为总线，入网的计算机都与总线连接，入网的计算机称作工作站。连接总线的计算机都可以将信息发送到总线；也可以从总线上接收信息。
总线形网络早期使用同轴电缆，后来逐渐用双绞线代替。总线形网络的优点包括连接容易，扩展方便，网络的容错性好，容错性是指存在某些故障，而系统可以继续工作的能力。
总线形的缺点是介质访问控制方式很复杂。总线形的介质访问控制使用CSMA/CD，即带冲突检测的载波监听多路访问。这是由总线的工作方式决定的，由于总线的公共性，在多个计算机同时发送数据时，会产生冲突碰撞，导致数据传输失败
CSMA/CD是每个工作站在发送数据之前首先检测总线是否空闲，如果空闲，就发送数据；如果忙碌，则随机等待一段时间继续检测。在传输下一个数据包之前，还要重新检测。把这一特点归结为：“先听后说”“边听边说”。
CSMA/CD
CSMA/CD即带冲突检测的载波监听多路访问技术或者称为载波监听多点介入/碰撞检测。在传统的共享以太网中，所有的节点共享传输介质。如何保证传输介质有序、高效地为许多节点提供传输服务，就是以太网的介质访问控制协议要解决的问题。
CSMA/CD是一种争用型的介质访问控制协议。它起源于美国夏威夷大学开发的ALOHA网所采用的争用型协议，并进行了改进，使之具有比ALOHA协议更高的介质利用率。主要应用于现场总线Ethernet中。 另一个改进是，对于每一个站点而言，一旦它检测到有冲突，它就放弃它当前的传送任务。换句话说，如果两个站点都检测到信道是空闲的，并且同时开始传送数 据，则它们几乎立刻就会检测到有冲突发生。它们不应该再继续传送它们的帧，因为这样只会产生垃圾而已；相反一旦检测到冲突之后，它们应该立即停止传送数 据。快速地终止被损坏的帧可以节省时间和带宽。
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CSMA/CD控制方式的优点是：
原理比较简单，技术上易实现，网络中各工作站处于平等地位 ，不需集中控制，不提供优先级控制。但在网络负载增大时，发送时间增长，发送效率急剧下降。
CSMA/CD应用在 OSI 的第二层数据链路层
它的工作原理是: 发送数据前 先侦听信道是否空闲 ,若空闲，则立即发送数据。若信道忙碌，则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据；若在上一段信息发送结束后，同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求，则判定为冲突。若侦听到冲突,则立即停止发送数据，等待一段随机时间,再重新尝试。
其原理简单总结为：先听后发，边发边听，冲突停发，随机延迟后重发
CSMA/CD采用IEEE 802.3标准。
它的主要目的是：提供寻址和媒体存取的控制方式，使得不同设备或网络上的节点可以在多点的网络上通信而不相互冲突。
有人将CSMA/CD的工作过程形象的比喻成很多人在一间黑屋子中举行讨论会，参加会议的人都是只能听到其他人的声音。每个人在说话前必须先倾听，只有等会场安静下来后，他才能够发言。人们将发言前监听以确定是否已有人在发言的动作称为"载波监听"； 将在会场安静的情况下每人都有平等机会讲话成为“多路访问”；如果有两人或两人以上同时说话，大家就无法听清其中任何一人的发言，这种情况称为发生“冲 突”。发言人在发言过程中要及时发现是否发生冲突，这个动作称为“冲突检测”。如果发言人发现冲突已经发生，这时他需要停止讲话，然后随机后退延迟，再次 重复上述过程，直至讲话成功。如果失败次数太多，他也许就放弃这次发言的想法。通常尝试16次后放弃。
控制规程的核心问题：解决在公共通道上以广播方式传送数据中可能出现的问题（主要是数据碰撞问题）
控制过程包含四个处理内容：监听、发送、检测、冲突处理
（1） 监听：
通过专门的检测机构，在站点准备发送前先侦听一下总线上是否有数据正在传送（线路是否忙）？
若“忙”则进入后述的“退避”处理程序，进而进一步反复进行侦听工作。
若“闲”，则一定算法原则（“X坚持”算法）决定如何发送。
（2） 发送：
当确定要发送后，通过发送机构，向总线发送数据。
（3） 检测：
数据发送后，也可能发生数据碰撞。因而，要对数据边发送，边检测，以判断是否冲突了。
（4）冲突处理：
当确认发生冲突后，进入冲突处理程序。有两种冲突情况：
① 侦听中发现线路忙
② 发送过程中发现数据碰撞
① 若在侦听中发现线路忙，则等待一个延时后再次侦听，若仍然忙，则继续延迟等待，一直到可以发送为止。每次延时的时间不一致，由退避算法确定延时值。
② 若发送过程中发现数据碰撞，先发送阻塞信息，强化冲突，再进行监听工作，以待下次重新发送（方法同①）CSMA/CD工作原理及性能分析（指标与影响因素）
CSMA/CD的主要影响因素：传播时延、工作站数。
①CSMA/CD对站点个数不是很敏感，对实际的输入负载比较敏感。
②CSMA/CD对传播时延比较敏感。
③CSMA/CD冲突不可避免。
④CSMA/CD的介质利用率随a的上升下降较快。
⑤CSMA/CD适合通信量不大，交互频繁的场合
⑥对于CSMA/CD帧越长，吞吐量越大，要求帧具有最小长度，当有许多短消息时，带宽浪费严重。
⑦CSMA/CD在轻负载时提供最短延迟，但对重负载敏感。
上述两种冲突情况都会涉及一个共同算法——退避算法。
①退避算法：当出现线路冲突时，如果冲突的各站点都采用同样的退避间隔时间，则很容易产生二次、三次的碰撞。因此，要求各个站点的退避间隔时间具有差异性。这要求通过退避算法来实现。
截断的二进制指数退避算法（退避算法之一）：
当一个站点发现线路忙时，要等待一个延时时间M，然后再进行侦听工作。延时时间M以以下算法决定：
M = 0 ~ (2^k - 1) 之间的一个随机数乘以512比特时间（例如对于10Mbps以太网，为51.2微秒），k为冲突（碰撞）的次数，M的最大值为1023，即当k=10及以后M始终是0~1023之间的一个随机值与51.2的乘积，当k增加到16时，就发出错误信息。
② 特殊阻塞信息：是一组特殊数据信息。在发送数据后发现冲突时，立即发送特殊阻塞信息（连续几个字节的全1，一般为32-48位），以强化冲突信号，使线路上站点可以尽早探测得到冲突的信号，从而减少造成新冲突的可能性。
③ 冲突检测时间>=2α: α表示网络中最远两个站点的传输线路延迟时间。该式表示检测时间必须保证最远站点发出数据产生冲突后被对方感知的最短时间。在2α时间里没有感知冲突，则保证发出的数据没有产生冲突。（只要保证检测2α时间，没有必要整个发送过程都进行检测）
④ X-坚持的CSMA算法：当在侦听中发现线路空闲时，不一定马上发送数据，而采用X-坚持的CSMA算法决定如何进行数据发送：
算法特点
CSMA/CD是一种争用型的介质访问控制协议。它起源于美国夏威夷大学开发的ALOHA网所采用的争用型协议，主要应用于现场总线Ethernet中。对于每一个站点而言，一旦它检测到有冲突，它就放弃它当前的传送任务。
环形拓扑结构
在网络拓扑结构中，一类重要的连接形式是环型连接，又称令牌环网。令牌环网是由闭合的环路将各个通信站点连接起来，数据沿着环路传输。在环网初始化时指定按顺时针或者逆时针方向传输，如此环网中的每一个站点就有所谓的上游站点和下游站点。
环网的介质访问控制由令牌控制。所谓令牌，是在环网中传递的一个特殊的数据包，由环网初始化时产生，沿着环路，由一个站点传递给下游站点，用来控制站点的数据发送。
令牌环网的特点是故障定位容易；网络容错性差。由于是环路连接，需要每一个站点的参与，因此一旦某一站点出现故障，整个环网不能工作，即容错性差。此时进行故障定位很容易。
接下来介绍令牌环网工作过程，在令牌环网中，如果没有数据传输，则将令牌沿着环路一个站点一个站点传递。如果有站点需要发送数据，需要等待令牌由上游站点传递到该站点，然后发送数据。数据包带有发送站点和接收站点的MAC地址，每一个站点收到数据包之后核对本站点与目标站点的MAC地址是否一致，如果一致，数据包向本站点高层传递，同时复制一份，传递给下游站点；如果不一致，直接传递给下游站点。数据包在环网中传递一周，最后回到发送站点，如果还有数据，则继续传递，如果没有数据传递，则产生新的令牌，发送给下游站点。
FDDI
FDDI，即光纤分布式数据接口。FDDI是以光纤传输介质的局域网标准，由美国国家标准协会ANSI X3T9.5委员会制定。
FDDI采用主、副双环结构，主环进行正常的数据传输，副环为冗余的备用环。两个环传输信息的方向是相逆的。
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FDDI使用两条环路，所以当其中一条出现故障时，数据可以从另一条环路上到达目的地。连接到FDDI的结点主要有两类，即A类和B类。A类结点与两个环路都有连接，由网络设备如集线器等组成，并具备重新配置环路结构以在网络崩溃时使用单个环路的能力；B类结点通过A类结点的设备连接在FDDI网络上，B类结点包括服务器或工作站等。
FDDI ，即光纤分布式数据接口，是于80年代中期发展起来一项局域网技术，它提供的高速数据通信能力要高于当时的以太网（10Mbps）和令牌网（4或16Mbps）的能力。
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FDDI 包括两种类包，同步的和异步的。同步通信用于要求连续进行且对时间敏感的传输（如音频、视频和多媒体通信）；异步通信用于不要求连续脉冲串的普通的数据传输。在给定的网络中，TTRT等于某结点同步传输需要的总时间加上最大的帧在网络上沿环路进行传输的时间。FDDI使用两条环路，所以当其中一条出现故障时，数据可以从另一条环路上到达目的地。连接到FDDI的结点主要有两类，即A类和B类。A类结点与两个环路都有连接，由网络设备如集线器等组成，并具备重新配置环路结构以在网络崩溃时使用单个环路的能力；B类结点通过A类结点的设备连接在FDDI网络上，B类结点包括服务器或工作站等。
1982年ANSI的X3T9.5委员会提出并在以后陆续制订了由物理层(PHY),物理层媒体依赖(PMD)和媒体访问控制(MAC)三部分组成的基本FDDI，1990年ISO也发布了ISO9314-1(PHY)、ISO9314-2(MAC)和ISO9314-3(PMD)的国际标准。
FDDI的物理层被分为两个子层：
(1)物理媒体依赖PMD,它在FDDI网络的节点之间提供点–点的数字基带通信。早先的PMD标准规定了多模光纤的连接，现在已有关于单模光纤连接的SMF–PMD,并正在开发与同步光纤网连接的PMD子层标准。
(2)物理层协议PHY，它提供PMD与数据链路层之间的连接。
FDDI的数据链路层被分为多个子层：
(1)可选的混合型环控制HRC(Hybrid Ring Control)，它在共享的FDDI媒体上提供分组数据和电路交换数据的多路访问。HRC由混合多路器(H-MUX)和等时MAC(I-MUX)两部分组成。
(2)媒体访问控制MAC，它提供对于媒体的公平和确定性访问、识别地址、产生和验证帧校验序列。
(3)可选的逻辑链路控制LLC，它提供MAC与网络层之间所要求的分组数据适应服务的公共协议。
(4)可选的电路交换多路器(CS-MUX).
FDDI采用编码方式为NRZ-I.和4B/5B（在这种编码技术中每次对4位数据进行编码，每4位数据编码成5位符号，用光的存在和不存在表示5位符号中每一位是1还是0）4B/5B 可使效率提高到80%
当数据以100Mbps的速度输入输出时，在当时FDDI与10Mbps的以太网和令牌环网相比性能有相当大的改进。但是随着快速以太网和千兆以太网技术的发展，用FDDI的人就越来越少了。因为FDDI使用的通信介质是光纤，这一点它比快速以太网及现在的100Mbps令牌网传输介质要贵许多，然而FDDI最常见的应用只是提供对网络服务器的快速访问，所以在目前FDDI技术并没有得到充分的认可和广泛的应用。FDDI另一种常用的通信介质是电话线。
FDDI的访问方法与令牌环网的访问方法类似，在网络通信中均采用**“令牌”**传递。它与标准的令牌环又有所不同，主要在于FDDI使用定时的令牌访问方法。FDDI令牌沿网络环路从一个结点向另一个结点移动，如果某结点不需要传输数据，FDDI将获取令牌并将其发送到下一个结点中。如果处理令牌的结点需要传输，那么在指定的称为“目标令牌循环时间”（Target Token Rotation Time，TTRT）的时间内，它可以按照用户的需求来发送尽可能多的帧。因为FDDI采用的是定时的令牌方法，所以在给定时间中，来自多个结点的多个帧可能都在网络上，以为用户提供高容量的通信。
光纤分布数据接口(FDDI)是目前成熟的LAN技术中传输速率最高的一种。这种传输速率高达100Mb/s的网络技术所依据的标准是ANSIX3T9.5。该网络具有定时令牌协议的特性，支持多种拓扑结构，传输媒体为光纤。使用光纤作为传输媒体具有多种优点：
1、较长的传输距离，相邻站间的最大长度可达2KM，最大站间距离为200KM。
2、具有较大的带宽，FDDI的设计带宽为100Mb/s。
3、具有对电磁和射频干扰抑制能力，在传输过程中不受电磁和射频噪声的影响，也不影响其设备。
4、光纤可防止传输过程中被分接偷听，也杜绝了辐射波的窃听，因而是最安全的传输媒体。
由光纤构成的FDDI，其基本结构为逆向双环。一个环为主环，另一个环为备用环。一个顺时针传送信息，另一个逆时针。当主环上的设备失效或光缆发生故障时，通过从主环向备用环的切换可继续维持FDDI的正常工作。这种故障容错能力是其它网络所没有的。
FDDI使用了比令牌环更复杂的方法访问网络。和令牌环一样，也需在环内传递一个令牌，而且允许令牌的持有者发送FDDI帧。和令牌环不同，FDDI网络可在环内传送几个帧。这可能是由于令牌持有者同时发出了多个帧，而非在等到第一个帧完成环内的一圈循环后再发出第二个帧。
令牌接受了传送数据帧的任务以后，FDDI令牌持有者可以立即释放令牌，把它传给环内的下一个站点，无需等待数据帧完成在环内的全部循环。这意味着，第一个站点发出的数据帧仍在环内循环的时候，下一个站点可以立即开始发送自己的数据。FDDI标准和令牌环介质访问控制标准IEEE802.5十分接近。
FDDI用得最多的是用作校园环境的主干网。这种环境的特点是站点分布在多个建筑物中。FDDI也常常被划分在城域网MAN的范围。
FDDI是于80年代中期发展起来一项局域网技术，它提供的高速数据通信能力要高于当时的以太网（10Mbps）和令牌网（4或16Mbps）的能力。FDDI技术同IBM的Tokenring技术相似，并具有LAN和Tokenring所缺乏的管理、控制和可靠性措施，FDDI支持长达2KM的多模光纤。FDDI网络的主要缺点是价格同前面所介绍的“快速以太网”相比贵许多，且因为它只支持光缆和5类电缆，所以使用环境受到限制、从以太网升级更是面临大量移植问题。
异步传输模式 ATM
ATM是一项数据传输技术，是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术，它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网和广域网，它具有高速数据传输率和支持多种类型信息。
ATM是一项信元中继技术，数据分组大小固定，能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小，不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法，预计和保证应用所需要的带宽。
ATM交换设备是ATM网络的重要组成部分，将数据分组快速地从一个节点传送到另一个节点；或者用作广域通信设备，在远程LAN之间快速传送ATM信元。
异步传输模式ATM，就是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种新的交换技术。
ATM是一项数据传输技术，是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术，它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网和广域网，它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。
ATM是在LAN或WAN上传送声音、视频图像和数据的宽带技术。它是一项信元中继技术，数据分组大小固定。你可将信元想像成一种运输设备，能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小，不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法，预计和保证应用所需要的带宽。如同轿车在繁忙交叉路口必须等待长卡车转弯一样，可变长度的数据分组容易在交换设备处引起通信延迟。
ATM是一种异步传输模式。
ATM以信元为基本单位。
ATM的信元的长度为53个字节。
由于ATM网络是面向连接的，所以，在发送数据之前首先要发送一个分组以便建立连接，当这个初始分组经过子网的时候，该路径上所有的路由器都在他们的内部表中建立一个表项，用来标明该链接的存在，并且为它预留必要的资源。这里的链接通常称为虚电路（virtual circuit），类似于电话系统中使用的物理电路。
ATM有它自己的参考模型，既不同于OSI模型，也不同于TCP/IP模型。它包括三层：物理层、ATM层和ATM适配层。
ATM采用面向连接的传输方式，将数据分割成固定长度的信元，通过虚连接进行交换。ATM集交换、复用、传输为一体，在复用上采用的是异步时分复用方式，通过信息的首部或标头来区分不同信道。
ATM真正具有电路交换和分组交换的双重性:
ATM面向连接,它需要在通信双方向建立连接,通信结束后再由信令拆除连接。但它摒弃了电路交换中采用的同步时分复用，改用异步时分复用，收发双方的时钟可以不同，可以更有效地利用带宽。
ATM的传送单元是固定长度53byte的CELL（信元），其中5B为信元头，用来承载该信元的控制信息；48B为信元体，用来承载用户要分发的信息。信头部分包含了选择路由用的VPI（虚通道标识符）/VCI（虚通路标示符）信息，因而它具有分组交换的特点。它是一种高速分组交换，在协议上它将OSI第二层的纠错、流控功能转移到智能终端上完成，降低了网络时延，提高了交换速度。
交换设备是ATM的重要组成部分，它能用作组织内的Hub，快速将数据分组从一个节点传送到另一个节点；或者用作广域通信设备，在远程LAN之间快速传送ATM信元。以太网、光纤分布式数据接口（FDDI）、令牌环网等传统LAN采用共享介质，任一时刻只有一个节点能够进行传送，而ATM提供任意节点间的连接，节点能够同时进行传送。来自不同节点的信息经多路复用成为一条信元流。在该系统中，ATM交换器可以由公共服务的提供者所拥有或者是组织内部网的一部分。
由于ATM网络由相互连接的ATM交换机构成，存在交换机与终端、交换机与交换机之间的两种连接。因此交换机支持两类接口：用户与网络的接口UNI（通用网络接口）和网络节点间的接口NNI。对应两类接口，ATM信元有两种不同的信元头。
在ATM网络中引入了两个重要概念：VPI（虚路径标识符）和VCI（虚通道标识符），它们用来描述ATM信元单向传输的路由。一条物理链路可以复用多条虚通道，每条虚通道又可以复用多条虚通路，并用相同的标识符来标识，即VPI和VCI。VPI和VCI独立编号，VPI和VCI一起才能唯一地标识一条虚通路。
相邻两个交换节点间信元的VPI/VCI值不变，两节点之间形成一个VP链和VC链。当信元经过交换节点时，VPI和VCI作相应的改变。一个单独的VPI和VCI是没有意义的，只有进行链接之后，形成一个VP链和VC链，才形成一个有意义的链接。在ATM交换机中，有一个虚连接表，每一部分都包含物理端口、VPI、VCI值，该表是在建立虚电路的过程中生成的。
ATM是在LAN或WAN上传送声音、视频图像和数据的宽带技术。它是一项信元中继技术，数据分组大小固定。你可将信元想像成一种运输设备，能够把数据块从一个设备经过ATM交换设备传送到另一个设备。所有信元具有同样的大小，不像帧中继及局域网系统数据分组大小不定。使用相同大小的信元可以提供一种方法，预计和保证应用所需要的带宽。如同轿车在繁忙交叉路口必须等待长卡车转弯一样，可变长度的数据分组容易在交换设备处引起通信延迟。
ATM用作公司主干网时，能够简化网络的管理，消除了许多由于不同的编址方案和路由选择机制的网络互连所引起的复杂问题。ATM集线器能够提供集线器上任意两端口的连接，而与所连接的设备类型无关。这些设备的地址都被预变换，例如很容易从一个节点到另一个节点发送一个报文，而不必考虑节点所连的网络类型。ATM管理软件使用户和他们的物理工作站移动地方非常方便。
通过ATM技术可完成企业总部与各办事处及公司分部的局域网互联，从而实现公司内部数据传送、企业邮件服务、话音服务等等，并通过上联INTERNET实现电子商务等应用。同时由于ATM采用统计复用技术，且接入带宽突破原有的2M，达到2M-155M，因此适合高带宽、低延时或高数据突发等应用。
在传统的分组交换方式中分组长度不固定，这时必须经过比较才能知道分组是否结束，当分组长度固定时只需计数便可知道分组的终结，计数执行指令比比较执行指令的时间少许多。分组长度固定适合于快速处理，在ATM中将长度固定的分组称为信元（CELL），信元由信头域和信息域组成，信头域长5字节，信息域长为48字节，信头的主要功能为流量控制、虚通道∕虚通路、交换、信头检验和信元定界以及信元类型的识别。
可实现虚通道∕虚通路两级交换
在ATM中，可将一个传输通路如同步数字体系（SDH）中的同步转移模式STM-1、STM-4等划分为若干个虚通道，一个虚通道又可以分割为若干个虚通路。为了完成端点间的通信，类似于电路交换方式，ATM首先选择路由，在两实体之间建立虚通路，这样就使得路由寻址和数据转发功能截然分开。采用虚连接方法，ATM可将逻辑子网与物理子网隔离开，网络的主要管理和控制功能集中在虚电路一级上，使传输过程的控制较为简单，减少了网管、网控的复杂性。
为了提高系统资源利用率，在ATM中采用统计复用方式。ATM是面向连接方式，在主叫与被叫之间先建立一条连接，同时分配一个虚通道∕虚通路，将来自不同信息源的信元汇集到一起，在缓冲器内排队，队列中的信元根据到达 的先后按优先等级逐个输出到传输线路上，形成首尾相接的信元流。具有同样标志的信元在传输线上并不对应着某个固定的时隙，也不是按周期出现的。异步时分复 用使ATM具有很大的灵活性，任何业务都按实际信息量来占用资源，使网络资源得到最大限度的利用。
综合多种业务
传统上一种业务建立一个网络，因而有计算机网、图像网、话音网之分。ATM试图综合所有的业务。由于各种业务所要求的服务质量的不同和业务特性差异，在一个网内交换所有业务是相当难的，例如话音与图像这些实时业务对端到端时延要求很严，一般认为不超过40 ms，但话音和图像对误码率要求却相差很大，电话误码率在10?-3时不影响清晰度，电视图像误码率应在10?-6以下，否则会产生图像凝固，等等。另外，各种业务特性差异主要表现在突发度和速率上，例如数据业务突发度50，会议电视5，普通电视1；在速率跨度上，数据业务10 kbps~100 Mbps，电话64 kbps，电视15~50 Mbps。将这些服务质量要求不同和业务特性差异甚远的多种业务综合在一起，即均以53字节长的信元传递，ATM采取“分类治之”的办法，即根据信元速率是否可变、信元与信宿间是否要同步以及面向连接与否，将业务分类，对不同的业务进行不同的适配，不论业务源的性质有多么不同，网络都按同样的模式来处理，真正做到安全的业务综合。
ATM是一项数据传输技术，是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术，它是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。它适用于局域网和广域网，它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、数据、传真、实时视频、CD质量音频和图像的通信。