ATM技術的突出特點在于其異步工作方式，ATM的異步工作包括異步時分復用和異步交換。
1、異步時分復用
談到異步時分復用ATDM（Asynchronous Time Division Multiplexing），有必要回顧一下時分復用TDM（Time Division Multiplexing）的概念。TDM是利用時間分割方式來實現多路復用的，即多個用戶在同一時間內共同使用一條傳輸線路。它的基本原理是將線路傳輸的時間輪流分配給每個用戶，并按照一定格式將數字化的各路信息集合在一起構成幀，每一幀分成若干時間段（時隙）攜帶相應的用戶信息，一個時隙對應一條信道并以幀為周期在固定位置進行傳送，如圖1-1所示。
圖1-1：同步時分復用
圖中某個用戶信息對應一個時隙，且以幀為周期占用固定位置的時隙（如時隙1）。在通信過程中，某用戶始終占用該時隙，接收方每次只要從每幀的第1時隙中提取該信息即可?；蛘哒f，收發雙方的同步是通過固定時隙來實現的，因此，這種時分復用技術又可稱作同步時分復用STDM（Synchronous Time Division Multiplexing）。由于每個用戶的信息都在固定的信道中傳送，接收端很容易把它們分開，不需要另外的信息頭來標志信息身份。STDM的優點之一是傳輸速率高，網絡時延小，這是因為所傳遞的信息在固定時隙以預先設定的信道帶寬和速率順序傳送，終端只須按時隙進行識別，免去了目地終端對信息的重新組合，從而減小了時延。這種時分復用方式也被稱為預分配資源或固定分配方式，即用戶和時隙之間是一一對應的關系。正是因為信道固定為所對應的用戶使用，一旦某時隙分配給某一連接，在該連接有效期間，即使所連接的用戶不通信，其他用戶也不能使用該時隙，所以線路的傳輸能力不能得到充分利用，這是STDM的一個缺點。另外若某用戶在某一時刻突然有大量數據需要傳送，也只能用其固定時隙來傳送，這樣將會造成時延或數據的丟失，所以STDM也不太適于突發性的業務。
在ATDM中，同樣是將一條線路按照傳輸速率所確定的時間周期將時間劃分成為幀的形式，一幀又劃分成若干時隙來承載用戶數據，但ATDM中的用戶數據不再固定占用各幀中某個時隙，而是由網絡根據用戶的請求和網絡的資源來動態分配。在接收端，不再按固定時隙關系來提取相應用戶數據，而是根據所傳輸數據的目的信息來接收信息。在ATDM中，用戶數據并不固定地占用某一時隙，而是具有一定的隨機性，如圖1-2所示，某用戶在建立連接后，其數據在第1幀中占用的是第1時隙，而在第K幀中則占用了第3時隙和第n時隙。
圖1-2：異步時分復用
由此可見，ATDM對帶寬的占用是動態的，這樣就可以在某用戶數據量少或無數據傳輸時，將帶寬資源供其他用戶使用，以充分發揮傳輸線路的利用率；另一方面，當某用戶出現突發性數據時，又可為其分配相應數量的時隙，以減少時延和避免數據丟失。所以ATDM適用于突發性業務，且線路利用率較高。在我國通信行業標準YD/T 1133《數據通信名詞術語》中給出的同步時分復用（STDM）與異步時分復用（ATDM）的定義詳見下表1中。
表1：同步時分復用（STDM）與異步時分復用（ATDM）的定義
2、異步交換
在討論異步交換前，同樣來回顧一下TDM中使用的固定時隙交換技術。在TDM中，其要點是固定時隙交換，用戶數據在通過交換機前后的輸入幀中的時隙位置和輸出幀的時隙位置可以不相同，但其時隙則是固定的。在接收方，通過確定時隙位置便可提取出相應的用戶數據。如圖2-1所示，某用戶數據固定占用了傳輸幀的第1時隙，經過交換機后，該數據被交換到第3時隙，并在整個通信過程中都將保持對第3時隙的占用。
圖2-1：固定時隙交換
在ATM中，交換是非固定時隙的，當輸入幀進入ATM交換機時，先在緩存器中緩存，交換機根據輸出幀中時隙的空閑情況，隨機地占用某一個或若干個時隙，而且時隙的位置也是隨機的。如圖2-2所示，在輸入的第l幀中第1、3時隙被交換到輸出的第1幀的2、n時隙；而輸入的第n幀中第2、3時隙被交換到輸出的第n幀的1、n時隙。
圖2-2：異步時隙交換
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