ATM 层位于 ATM 参考模式的第二层，提供了 ATM 适配层（AAL）和物理层之间的接口。该层主要负责将信元从 AAL 转发给物理层，如用于传输的 SONET；以及从物理层转发给 AAL，便于其在终端系统使用。ATM 层能够决定到达的信元应该被转发至哪里；重新设置通讯连接标识符并且转发信元给下一个链接、缓冲导入/导出信元以及处理各种流量管理功能，如信元丢失优先权标记、拥塞标注和通用流控制接入。此外 ATM 层还负责监控传输率和服务合同（流量策略）监控的一致性。
在 ATM 头字段定义了 ATM 层功能。ATM 信元头有两种不同格式：其一是用户网络接口（UNI），其二是网络结点接口（NNI），它主要用于内部网络。
协议结构
UNI 结构：
| 8 7 6 5 4 3 2 1 | ||
| GFC | VPI | |
| VPI | VCI | |
| VCI | ||
| VCI | PT (3 Bit) | CLP |
| HEC | ||
| Information (48 Bytes) | ||
- GFC ― 通用流控制。限制拥塞控制期间进入网络的数据数量。
- VPI ― 虚路径标识符。
- VCI ― 虚通道标识符。VPI 和 VCI 共同组成路由选择字段，称之为 VPCI。VPCI 通过一个特殊的通道或电路联接每个信元。VCI 是一个单通道标识符。VPI 支持不同的 VCI 组成 VCI 组，并支持该组作为一个实体共同交换。但是 VPI 和 VCI 只作用于本地链路，路由选择字段的内容随着信元从一个链路到另一个链路的改变而改变。UNI 中该字段，可以支持高达160万位用户加入网络会话。
- PT ― 有效载荷类型。
- CLP ― 信元丢失优先权.
- HEC ― 信头错误控制
NNI 结构：
| 8 7 6 5 4 3 2 1 | ||
| VPI | ||
| VPI | VCI | |
| VCI | ||
| VCI | PT (3 Bit) | CLP |
| HEC | ||
| Information (48 Bytes) | ||
- VPI ― 虚路径标识符。
- VCI ― 虚通道标识符。请参照以上 VPCI 的具体介绍。该字段描述了 ATM 信元中从网络到节点的路由选择信息，它能够支持26.8百万的 NNI 会话。
- PT ― 有效载荷类型。
- CLP ― 信元丢失优先权。
- HEC ― 信头错误控制。
相关协议：ATM、SONET、LAN Emulation (LANE)、CES、UNI、NNI、Q.2931
组织来源：ATM 协议参考模型基于 ITU 标准。
http://www.atmforum.com/standards/approved.html: ATM Forum approved specifications
相关链接：
ITU-T Recommendation I.363,B-ISDN ATM Adaptation Layer (AAL) Specification
http://www.atmforum.com/standards/approved.html: ATM Forum approved specifications
http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/atm.htm:
ATM Overview