图 (a)UNI中的ATM头部；(b)NNI中的ATM头部
ATM层处理从源端到目的端移动着的信元，在ATM交换机中的确包含了路由选择算法和协议，它也处理全局寻址问题。因此从功能上说，ATM层发挥着和网络层相同的功能。ATM层并不能保证百分之百的可靠性，不过一个网络层的协议也不需要如此。
因为ATM层具有网络层的功能，而不具有数据链路层所具备的功能，并且，ATM层同现有的网络层类似，因此我们仍在本章中讨论ATM层协议。
唯一的问题是ATM层不具有数据链路层协议所具有的特性：一个用于导线两端的机器之间的单站段协议，就像第3章中的协议1到协议6。ATM层却具有网络层协议的功能：端到端虚电路连接、交换、路由选择。
对于面向连接的协议来说，ATM层是不同寻常的，因为它不提供任何确认。但ATM层仍然提供了强有力的保障：沿着一条虚电路发送的信元将永远不会失去顺序。如果阻塞发生了，允许ATM子网丢弃信元，但是在任何情况下，它都不能对在一条单独的虚电路中传递的信元重新排序。然而，对于在不同的虚电路中传递的信元并没有提供顺序上的保障。
二、信元格式在ATM层，有两个接口是非常重要的，即用户-网络接口UNI（user-network interface）和网络-网络接口NNI（network-network interface）。前者定义了主机和ATM网络之间的边界（在很多情况下是在客户和载体之间），后者应用于两台ATM交换机（ATM意义上的路由器）之间。两种格式的ATM信元头部如下图。信元传输是最左边的字节优先，在一个字节内部是最左边的比特优先。
从技术上讲，连接建立并不是ATM层的一部分，而是由控制平台使用的一个高度复杂的叫做Q.2931(stiller,1995)的ITU协议来处理的。然而，逻辑上处理建立网络层连接的地点是网络层，并且类似的网络层协议都是在这里进行连接建立的，因此我们在这里讨论它。
| 消息 | 由主机发送时的含义 | 由网络发送时的含义 |
| SETUP | 请建立一条虚电路 | 进入呼叫 |
| CALL PROCEEDING | 我看见了进入呼叫 | 将尝试你的呼叫请求 |
| CONNECT | 我接受进入呼叫 | 接受你的呼叫请求 |
| CONNECT ACK | 谢谢接受 | 谢谢发出呼叫 |
| RELEASE | 请终止呼叫 | 另一端已足够坏 |
| RELEASE COMPLETE | 对RELEASE的确认 | 对RELEASE的确认 |
ATM网络允许建立多点播送通道。一个多点播送通道有一个发送者和多于一个的接收者。它们是通过如下方法建立起来的：用通常的方法在源端和目的端之间建立一条连接，接着发送ADD PARTY消息把第二个目的端连接到前一个呼叫返回的虚电路上去，接下来就可以发送其余的ADD PARTY来增加目的端的个数。
ATM有3种地址格式。第1字节指明该地址是3种地址格式中的哪一种。第1种有20字节长，是基于OSI地址格式的。第2和第