เทคโนโลยีเอทีเอ็มถูกออกแบบเพื่อใช้ส่งข้อมูลความเร็วสูงประเภทต่างๆ เช่น เสียง ภาพ ข้อมูล ผ่านเครือข่ายสวิตช์ ที่มีเวลาหน่วงซึ่งใช้ในการส่งข้อมูลผ่านจุดเชื่อมโยงในแต่ละสถานีย่อยเพื่อไปยังผู้รับปลายทางต่ำ ข้อมูลที่ส่งจะถูกแบ่งเป็นส่วนย่อยๆ มีขนาดความยาวของข้อมูลคงที่เรียกว่าเซลล์ โดยแต่ละเซลล์มีความยาว ๕๓ ไบต์ ประกอบด้วยส่วนกำหนดค่าซึ่งใช้กำหนดรูปแบบคุณลักษณะของเซลล์มีขนาด ๕ ไบต์ (Byte) และส่วนของข้อมูล ๔๘ ไบต์ ส่วนกำหนดค่าของเซลล์จะระบุค่าเส้นทางการเชื่อมต่อเสมือนของวงจร เพื่อใช้ในการส่งต่อเซลล์ข้อมูลผ่านอุปกรณ์สวิตช์เอทีเอ็มในเครือข่ายเพื่อไปยังอุปกรณ์ ที่ผู้รับปลายทางจากการที่ระบบเอทีเอ็มไม่มีส่วน ของการตรวจสอบความผิดพลาดข้อมูล ไม่มีการดำเนินการส่งข้อมูลซ้ำ รวมทั้งการกำหนดให้เซลล์มีขนาดคงที่และประกอบด้วยส่วนกำหนดค่าเพียงเล็กน้อย ทำให้ภาระในการทำงานของอุปกรณ์ในเครือข่ายเอทีเอ็มต่ำ ส่งผลให้อัตราการส่งข้อมูลในเครือข่ายมีค่าสูงโดยมีอัตราการส่งข้อมูลในระดับเมกกะบิตต่อวินาที เทคโนโลยีเอทีเอ็มจึงถูกใช้งานและมีการพัฒนาจากหน่วยงานและองค์กรต่างๆ ด้านโทรคมนาคม และถูกเลือกให้เป็นส่วนหนึ่งของเทคโนโลยีที่ใช้ในการส่งข้อมูลที่มีความกว้างของแบนด์วิดท์สูง หรือบีไอเอสดีเอ็น (Broadband ISDN: B-ISDN) สำหรับใช้ในการส่งข้อมูลความเร็วสูงผ่านเครือข่ายอินเทอร์เน็ต เช่นเดียวกับเทคโนโลยีอื่น เช่น โซเน็ต และเอสดีเอช (SONET/SDH) ซึ่งใช้เส้นใยนำแสงในการส่งข้อมูล
 

      Asynchronous Transfer Mode, abbreviated ATM, provides a high-speed low-delay multiplexing and switching network to support any type of traffics such as voice, data and video applications. ATM segments and multiplexes user traffics into small and fixed-length units called cells. The cell is 53 octets, with 5 octets is reserved for the cell header. Each cell is identified by virtual circuit identifiers which contained in the cell header. An ATM network uses these identifiers to relay the traffic through high-speed switches from the sending customer premises equipment (CPE) to the receiving CPE. ATM provides no error detection operations on the user payload inside the cell. It provides no retransmission services and a few of operations are performed on the small header. These cells with minimal services are performed to implement and support multi-megabit transfer rates. The ITU-T, ANSI and the ATM Forum have selected ATM to be a part of the broadband ISDN (B-ISDN) specification to provide for the multiplexing and switching operations. ATM resides on top of the physical layer of a conventional layered protocol. The physical layer could be implemented with SONET/SDH, DS3, FDDI, CEPT4 and others. However, large public networks are usually uses SONET/SDH for physical layer.
 

        เทคโนโลยีเอทีเอ็มถูกออกแบบเพื่อใช้ในการส่งข้อมูลความเร็วสูงประเภทต่างๆ เช่น ข้อมูลเสียง ภาพ หรือวิดีโอ ผ่านเครือข่ายสวิตช์ โดยอาศัยลักษณะการส่งข้อมูลแบบแพ็กเก็ต ซึ่งข้อมูลที่ส่งจะถูกแบ่งเป็นส่วนย่อยๆ ที่มีขนาดความยาวของข้อมูลคงที่ เรียกว่าเซลล์ โดยแต่ละเซลล์มีความยาว ๕๓ ไบต์ ประกอบด้วยส่วนกำหนดค่าซึ่งใช้กำหนดรูปแบบคุณลักษณะของเซลล์ มีขนาด ๕ ไบต์ (Byte) และส่วนของข้อมูล ๔๘ ไบต์ เซลล์ข้อมูลจะถูกส่งผ่านอุปกรณ์เชื่อมโยงในเครือข่ายที่ทำหน้าที่ในการประมวลผลและส่งเซลล์ข้อมูลไปยังผู้รับปลายทาง เทคโนโลยีเอทีเอ็มสามารถรองรับการส่งข้อมูลที่ต้องการแบนด์วิดท์ในการส่งข้อมูลสูงและรองรับการส่งข้อมูลที่มีอัตราการส่งข้อมูลคงที่หรือเปลี่ยนแปลงตามชนิดหรือประเภทของข้อมูลนั้น โครงข่ายบริการสื่อสารร่วมระบบดิจิทัลหรือ ไอเอสดีเอ็น (Integrated Services Digital Network: ISDN) ถูกออกแบบในช่วงทศวรรษ ค.ศ. 1980 (พ.ศ. ๒๕๒๓-๒๕๓๓) เพื่อใช้สำหรับการส่งข้อมูลเสียงและข้อมูลความเร็วสูงผ่านเครือข่ายแบบสวิตช์ของโครงข่ายโทรศัพท์สาธารณะ (Public Switched Telephone Network:PSTN) ซึ่งใช้ในการให้บริการโทรศัพท์แบบพื้นฐาน (Plain Old Telephone Service:POTS) อย่างไรก็ตาม ข้อแตกต่างระหว่างโครงข่ายโทรศัพท์สาธารณะ และ ไอเอสดีเอ็น คือ ไอเอสดีเอ็นนั้น การติดต่อสื่อสารตลอดเส้นทางจากอุปกรณ์ต้นทางไปยังอุปกรณ์ปลายทางเป็นระบบดิจิทัลทั้งหมด ในขณะที่โครงข่ายโทรศัพท์สาธารณะ เป็นระบบดิจิทัลในส่วนของเครือข่ายระหว่างสวิตช์ แต่จากสวิตช์ไปยังอุปกรณ์ปลายทาง เช่น โทรศัพท์ยังเป็นระบบแอนะล็อก
      ในช่วงปลายทศวรรษ 1990 (พ.ศ. ๒๕๓๓) องค์กรซึ่งทำหน้าที่ ในการออกมาตรฐานระหว่างประเทศหรือสหภาพโทรคมนาคม ระหว่างประเทศ(International Telecommunication level: ITU) ได้เสนอเทคโนโลยีเอทีเอ็มเพื่อใช้สำหรับโครงข่ายบริการสื่อสารร่วมระบบดิจิทัลแถบกว้าง หรือบี-ไอเอสดีเอ็น (Broadband Integrated Service Digital Network: B-ISDN) ซึ่งใช้เครือข่ายแบบแพกเก็ต แตกต่างจากโครงข่ายโทรศัพท์สาธารณะและเทคโนโลยีไอเอสดีเอ็น ที่อยู่บนพื้นฐานของการใช้เครือข่ายสวิตช์ หลังจากนั้นเทคโนโลยีเอทีเอ็ม เริ่มเข้าสู่อุตสาหกรรมการสื่อสารข้อมูลของเครือข่ายคอมพิวเตอร์และในปลาย ค.ศ. 1991 (พ.ศ. ๒๕๓๔) กลุ่มผู้ผลิตอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับเทคโนโลยีเอทีเอ็มได้ร่วมกันก่อตั้ง คณะทำงานสำหรับเอทีเอ็ม (ATM forum) เพื่อสร้างข้อตกลงในการออกแบบอุปกรณ์เอทีเอ็มให้สามารถทำงานร่วมกันได้ ทำให้เทคโนโลยีเอทีเอ็มเกิดการใช้งานอย่างแพร่หลายมีสมาชิกทั้งผู้ผลิตอุปกรณ์ ด้านซอฟต์แวร์และ ฮาร์ดแวร์ และอุปกรณ์ที่ใช้ในเครือข่าย เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจาก ๔ ถึง ๙๐๐ รายภายในระยะเวลา ๕ ปี และข้อกำหนดต่างๆ ที่กำหนดขึ้นโดยคณะทำงานดังกล่าวได้กลายเป็นส่วนสำคัญในการออกเป็นมาตรฐานต่างๆ ต่อมา
 

       ในเครือข่ายเอทีเอ็มข้อมูลจะถูกแบ่งเป็นส่วนย่อยๆ ที่มีขนาดคงที่เรียกว่าเซลล์ ดังรูปที่ ๔.๑ โดยแต่ละเซลล์มีความยาว ๕๓ ไบต์ ประกอบด้วยส่วนกำหนดค่า มีขนาดความยาว ๕ ไบต์ และส่วนของข้อมูลมีความยาว ๔๘ ไบต์ ด้วยการกำหนดให้เซลล์มีขนาดคงที่ การกำหนดส่วนหัวของเซลล์ที่มีตัวระบุวงจรเสมือน (Virtual Circuit Identifier: VCI) ตัวระบุเส้นทางเสมือน (Virtual Path Identifier: VPI) เพื่อใช้ในการกำหนดเส้นทางเมื่อผ่านอุปกรณ์สวิตช์เอทีเอ็ม รวมทั้งการกำหนดการควบคุมการไหลของทราฟิก ทำให้ภาระในการทำงานของอุปกรณ์ในเครือข่ายเอทีเอ็มต่ำ ส่งผลให้สามารถส่งข้อมูลผ่าน
อุปกรณ์ในเครือข่ายได้อย่างรวดเร็ว จึงสามารถรองรับการส่งข้อมูลประเภทต่าง ๆ ด้วยความเร็วสูง 

       เอทีเอ็มมีการจัดการการไหลหรือการจราจร (Traffic) ของข้อมูลแตกต่างกัน ผู้ใช้สามารถกำหนดความต้องการและจองทรัพยากรเครือข่ายเพื่อใช้ในการส่งข้อมูล สวิตช์เอทีเอ็มใช้ตัวระบุเส้นทางเสมือน และตัวระบุวงจรเสมือน ที่อยู่ในส่วนหัวของเซลล์ข้อมูล เพื่อใช้ในการระบุเส้นทางที่ใช้ในการส่งข้อมูลไปยังโนดถัดไป ในเครือข่ายจนกระทั่งข้อมูลถูกส่งถึงปลายทาง วงจรเสมือน (Virtual Circuit) เป็นการสร้างการเชื่อมต่อเสมือนระหว่างจุดเชื่อมต่อไปยังปลายทางโนดถัดไป สำหรับเส้นทางเสมือน (Virtual Path) เป็นการรวมวงจรเสมือนเป็นกลุ่มเพื่อใช้ในการดำเนินการกับวงจรเสมือนทั้งกลุ่ม การรวมวงจรการเชื่อมต่อเสมือนในหนึ่งเส้นทางการเชื่อมต่อเสมือนจากสถานีต้นทางไปยังสถานีปลายทางในเครือข่ายเอทีเอ็ม ทำให้สามารถลดภาระในการจัดหาเส้นทางให้กับแต่ละวงจรการเชื่อมต่อ ทำให้ทราฟิกข้อมูลในเครือข่ายถูกส่งไปยังปลายทางได้อย่างรวดเร็ว ดังรูปที่ ๔.๒

        แบบจำลองสำหรับโพรโทคอลเอทีเอ็มตามที่สหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศแนะนำตามข้อกำหนด I.321 แสดงดังรูปที่ ๖.๑

       รูปแบบจำลองอ้างอิงของโพรโทคอลเอทีเอ็ม ประกอบด้วยส่วนระดับชั้นซึ่งอยู่ล่างสุด คือ ระดับชั้นกายภาพ ในระดับชั้นนี้สามารถแบ่งเป็นระดับชั้นย่อยได้สองส่วนคือ ระดับชั้นย่อยการรวมการส่ง (Transmission Convergence Sublayer) และระดับชั้นย่อยทางกายภาพของสื่อตัวกลางอิสระ (Physical Media-dependent Sublayer) ส่วนระดับชั้นที่สองคือระดับชั้นเอทีเอ็ม และระดับชั้นที่สามคือระดับชั้นดัดแปลงให้เหมาะสม ซึ่งจะติดต่อกับงานประยุกต์ของผู้ใช้ในระดับชั้นที่สูงขึ้นไป โดยเมื่อเปรียบเทียบกับแบบจำลองอ้างอิงมาตรฐานการเชื่อมต่อระหว่างระบบเปิด ซึ่งแบ่งเป็น ๗ ระดับชั้นแล้ว แบ่งระดับชั้นเป็น โพรโทคอลเอทีเอ็มจะทำงานอยู่ในระดับชั้นล่างสองระดับ คือ ระดับชั้นกายภาพ และระดับชั้นการเชื่อมต่อข้อมูล ของแบบจำลองอ้างอิงมาตรฐานการเชื่อมต่อระหว่างระบบเปิด

        ๖.๑ แบบจำลองอ้างอิงโพรโทคอลเอทีเอ็มตามระดับชั้น

       การจัดการในระดับชั้น จะทำหน้าที่คอยดูแล และอำนวยความสะดวกตามความต้องการให้กับแต่ละระดับชั้น แบบจำลองอ้างอิงโพรโทคอลเอทีเอ็ม ประกอบด้วยสามระดับชั้น คือ
        ก) ระดับชั้นกายภาพ (Physical Layer) ในระดับชั้นนี้จะอธิบายเกี่ยวกับสื่อตัวกลางที่ใช้ในการส่งข้อมูล และค่าตัวแปรต่างๆ ที่เกี่ยวข้องในการส่งข้อมูล เช่น อัตราการส่งข้อมูลคุณภาพการบริการที่ต้องการ เป็นต้น
         ข) ระดับชั้นเอทีเอ็ม (ATM Layer) ในระดับชั้นนี้จะกำหนดรูปแบบและขนาดของเซลล์ ประกอบด้วยส่วนหัวของเซลล์เอทีเอ็มที่มีขนาด ๕ ไบต์ และส่วนของข้อมูลขนาด ๔๘ ไบต์
         ค) ระดับชั้นดัดแปลงให้เหมาะสม (ATM Adaptation Layer: AAL) ในระดับชั้นนี้จะทำการดัดแปลงข้อมูลซึ่งถูกส่งต่อมาจากในระดับชั้นบนของงานประยุกต์ต่างๆ ให้อยู่ในรูปแบบที่เหมาะสมตามความต้องการในระดับชั้นเอทีเอ็ม ในระดับชั้นนี้สามารถแบ่งประเภทย่อย ตามคุณสมบัติ ข้อมูลที่จะถูกส่งมีอัตราการส่งข้อมูลคงที่หรือแบบปรับเปลี่ยนค่าได้ (Variable/Constant bit rate) การส่งข้อมูลเป็นแบบกำหนดการเชื่อมต่อ หรือไม่กำหนดการเชื่อมต่อ (Connection/Connectionless) ข้อมูลที่ถูกส่งเป็นแบบอ้างอิงกับเวลาหรือ แบบอิสระกับเวลา (Dependent/Independent)
        เอเอแอล-1 (AAL 1) อัตราการส่งข้อมูลคงที่ การส่งข้อมูลเป็นแบบกำหนดการเชื่อมต่อ ทราฟิกข้อมูลแบบประสานเวลา เหมาะสำหรับการส่งข้อมูลเสียงที่ไม่มีการบีดอัดข้อมูล
        เอเอแอล-2 (AAL 2) อัตราการส่งข้อมูลแบบปรับเปลี่ยนได้ การส่งข้อมูลเป็นแบบกำหนดการเชื่อมต่อ ทราฟิกข้อมูลแบบประสานเวลา เหมาะสำหรับการส่งข้อมูลวิดีโอที่มีการบีบอัดข้อมูล
         เอเอแอล-3 (AAL 3/4) อัตราการส่งข้อมูลแบบปรับเปลี่ยนได้ การส่งข้อมูลเป็นแบบกำหนดการเชื่อมต่อ ทราฟิกข้อมูลแบบไม่ประสานเวลา
         เอเอแอล-5 (ALL 5) เหมือนกับ เอเอแอล 3/4  (AAL 3/4 แต่สามารถใช้กับการสื่อสาร แบบไม่กำหนดการเชื่อมต่อ นิยมใช้ในการส่งข้อมูลผ่าน  โพรโทคอลอินเทอร์เน็ตบนเครือข่ายเอทีเอ็ม
         แบบจำลองอ้างอิงโพรโทคอลเอทีเอ็ม นอกจากจะประกอบ ด้วยระดับชั้นสามชั้น คือ ระดับชั้นกายภาพ ระดับชั้นเอทีเอ็มและระดับชั้นดัดแปลงให้เหมาะสมแล้ว ยังสามารถมองในระดับของระนาบซึ่งเป็นแยกประเภทโดยจากกลุ่มของฟังก์ชันการทำงาน

        ๖.๒ แบบจำลองอ้างอิงโพรโทคอลเอทีเอ็มตามระนาบ

        การจัดการในระดับระนาบ จะทำหน้าที่ดูแลจัดการและประสานการทำงานทั้งระบบ สามรถแบ่งออกเป็นสามระนาบ ดังนี้
        ก) ระนาบผู้ใช้ (User Plane) มีหน้าที่เตรียมและจัดหาในการส่งข้อมูลของผู้ใช้ รวมทั้งกลไกในการตรวจแก้ความผิดพลาดของข้อมูลและการควบคุมทราฟิกข้อมูล
        ข) ระนาบควบคุม (Control Plane) มีหน้าที่ในการควบคุมดูแลการเชื่อมต่อ การเรียก การเตรียมและสร้างการเชื่อมต่อ การปล่อยการเชื่อมต่อและการเฝ้าติดตามการทำงาน
        ค) ระนาบการจัดการ (Management Plane) ประกอบด้วยฟังก์ชันการทำงานสองส่วน คือ การจัดการในระดับชั้น และการจัดการในระดับระนาบ โดยการจัดการในระดับระนาบนั้น ไม่ได้ถูกแบ่งเป็นระดับชั้น เพื่ออำนวยความสะดวก ให้กับการดูแลจัดการทั้งระบบ ส่วนการจัดการในระดับชั้นจะคอยดูแลแลอำนวยความสะดวกให้กับแต่ละระดับชั้น
       การทำงานของโพรโทคอลเอทีเอ็มในแต่ละระดับชั้น อธิบายได้ดังนี้ระดับชั้นเอทีเอ็มจะส่งผ่านเซลล์เอทีเอ็มในอุปกรณ์สวิตช์โดยตรวจดูที่อยู่จากส่วนหัวของเซลล์เอทีเอ็มเพื่อใช้ในการส่งผ่านไปยังวงจรสวิตช์สู่ผู้ใช้ที่สถานีปลายทางฟังก์ชันในระดับชั้นกายภาพจะทำการส่งผ่านทราฟิกของเซลล์เอทีเอ็มไปยังระดับชั้นเอทีเอ็ม เมื่อระดับชั้นเอทีเอ็มได้รับแล้วส่งผ่านไปยังระดับชั้นดัดแปลงให้เหมาะสม โดยในระดับชั้นดัดแปลงให้เหมาะสมจะทำนำส่วนของข้อมูลในเซลล์เอทีเอ็ม ส่งให้ยังงานประยุกต์ของผู้ใช้ และในทางกลับกันจะนำข้อมูลงานประยุกต์ของผู้ใช้ดัดแปลงให้เหมาะสมเพื่อส่งต่อให้กับระดับชั้นเอทีเอ็ม

      ตารางที่ ๖.๑ ฟังก์ชันการทำงานในแต่ละระดับชั้นโพรโทคอลเอทีเอ็ม [๒]

        ผู้ใช้สามารถกำหนดความต้องการในแต่ละการเชื่อมต่อในระบบเอทีเอ็มได้ โดยสามารถแบ่งประเภทการบริการในเอทีเอ็มได้ ๕ ระดับตามข้อกำหนดของคณะทำงานเอทีเอ็ม สำหรับการเชื่อมต่อระหว่างผู้ใช้ไปยังเครือข่าย ได้ดังนี้

        ก) อัตราการส่งข้อมูลคงที่ (Constant bit rate: CBR) เป็นรูปแบบการบริการพื้นฐาน โดยทราฟิกของเซลล์เอทีเอ็มจะคงที่ เช่น ใช้ในการส่งข้อมูลประเภท เสียง การประชุมทางวิดีทัศน์
        ข) อัตราการส่งข้อมูลปรับเปลี่ยนได้ แบบไม่ใช่เวลาจริง (Variable bit rate-real time: VBR-rt) สามารถส่งทราฟิกข้อมูลที่มีอัตราเร็วไม่คงที่ได้ ใช้ในการส่งข้อมูลเช่น ข้อมูลจดหมายอิเล็กทรอนิกส์แบบสื่อประสม
        ค) อัตราการส่งข้อมูลปรับเปลี่ยนได้ แบบเวลาจริง (Variable bit rate-real time: VBR-rt) ใช้สำหรับงานประยุกต์ที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของเวลาหน่วงในการส่งทราฟิกข้อมูลเช่น การส่งข้อมูลวิดีโอแบบเชิงโต้ตอบที่มีการบีบอัดข้อมูล
        ง) อัตราบิตพร้อมใช้ (Available bit rate: ABR) มีการควบคุมอัตราการสูญหาย และเวลาหน่วงของทราฟิกข้อมูล ใช้ในการโอนย้ายไฟล์ข้อมูล จดหมายอิเล็กทรอนิกส์
        จ) อัตราการส่งข้อมูลแบบไม่ระบุ (Unspecified bit rate: UBR) ใช้สำหรับงานประยุกต์ที่ส่งข้อมูลแบบใช้เวลาไม่แน่นอน เช่น การส่งข้อมูลผ่านทางอินเทอร์เน็ต