信元头（cell header）是指信元中用于网络传送信元净荷的某些特定功能的比特。

ATM本质上说是一种快速分组交换。其基本的信)息单位应该是分组,在ATM和现在的科技期刊中通常称之为信元(Cell)。所以在ATM中信元和分组是同一个概念。ATM信元的重要参数是信元的长度和信元的结构。根据CCITT的建议,ATM的信元采用定长结构,信元长度为53个字节,信元的结构同一般的分组结构相同,它由信头和信息字段组成,信息字段用于装载用户信息,信头中包含了在网络中所需的最小信息。信息字段的长度为48个字节,信头的长度为5字节。

当确定了信元采用定长的结构后，ATM信元的另一个重要问题就是信元的长度。信元的长度受很多因素的影响，最重要的因素是：

假设所有信元都被充满，那么效率就取决于信头和信息段长度的比值。其效率为：

如果有相同的信头长度H，那么信息段长度L越长效率就越高。这在图二中可以看出。

结论：从效率的角度看，信息段的长度越长，其效率越高。

ATM网的时延由多个部分组成，有些与信元的长度有关，有些关系不大，但一些时延是在信元长度选取中必须考虑的。

1、打包时延(Packetization Delay)

对于固定比特率的业务，打包时延随着信息段长度的增加而增加。图三中给出了对于32Kb/s和64Kb/s的话音业务的打包时延与信息段长度的关系曲线。

对于速率较低的业务，打包时延对于信元在ATM网内的时延有很大影响，对于实时性的业务，这是要重点考虑的。如对于话音业务，根据CCITT的Q.161建议，在不加回波消除电路的情况下，终端用户间的总的时延要求小于25毫秒。如果时延超过这个值，在电话机中就要加入回波消除电路。对于典型的国内通信，通过计算发现如果打包时延在4毫秒左右，那么端到端的时延将能满足这个要求(此时信元信息段长度为32字节)。当信元的信息段长度为64个字节时，只要网内的交换节点稍徽多一些，总的时延就很容易超过这个门限值。人们对ATM对目前的电话业务的研究结果表明：

2、排队和拆包吐延(Queueing and Depacketization Delay)

排队时延受信息长度(L)与信头长度(H)的比值的影响。图四中给出了当工作时钟为155.52Mb/s时，在不同负载情况下的排队时延与L/H值的关系曲线，这些曲线仅仅作为参考，在图中特别标明了三种典型的情况(32+4，64+4，128+4)。

从图中可以看到在负载比较轻的情况下，排队时延随着卜/H值的增加而增加；但当负载很重时，L/H值较大或较小时都会使排队时延增加。实际上当L/H较大时，即信元中的信息段长度较大时，ATM信元在队列中排队等候服务的时间变长，所以增加了排队时延；当信息段长度变小时，那么信头服务的时间在信元总的服务时间中的比重加大，而处理有用信息的时间相对减少，当网络负载较重时，在一定的时间内到达的信元数目很多，由于信息段较短，这样相当于有更多的信头要等待服务，这样也增加了排队的时延。

从图四中还可以看到，当L/H之比在8一16之间时，即使是负载较重(如负载为0.85)时仍然能够有较小的时延。拆包时延主要是考虑信元时延的抖动，由于在终端通常有专门的机构来处理，所以通常同排队时延一起来考虑。

结论：从时延的角度来看，为了使ATM能够传送实时业务(特别是对于时延要求严格的电话业务和图像业务)，同时为了使网络在负载较重的情况下仍然能够有很小的排队时延，要求信元的长度在犯一64个字节之间。

实现的复杂性由两个因素来决定:工作速度和存储器的大小。从实现的角度，显然是速度越低，对于器件的工作速度的要求就相应的降低，硬件实现就更容易。一方面，ATM网由于采用统计复接技术，为了保证分组丢失率很低，在网络内部自然要有一定容量的存储器，根据M/D/1的排队系统理论，当分组丢失率确定后，网络所要存储的分组的个数是可以计算的(与每个分组的长度无关)，因此网络所需的存储器的容量可以用下列公式来计算:存储容量二需要存储的分组数x每个分组的长度所以信元长度加倍存储量就加倍。

另一方面，对于每一个信元，网络都要进行处理，所以信元的信头必须在下一个信元到达之前处理完，从处理的角度当然是处理的时间越长实现越容易，所以信元越长可供使用的时间就越多，对处理的速度要求就越低，实现也越容易。这两方面是矛盾的，从存储的角度，信元越短，要求的存储空间就越小；从处理的角度，信元越长可提供的处理时间就多，也就更容易实现，于是就出现了处理速度和存储空间的折中问题。图五给出了两者的关系曲线。(假设工作时钟为15.520Mb/s，队列长度为50个分组)。从图中可以看到，如果信元大小为16个字节，那么需要8000比特的存储器，每个信元的处理时间为1微秒；如果信元大小为256个字节，那么需要64000比特的存储器，每个信元的处理时间有巧微秒。

结论：从目前半导体技术发展的趋势来看速度的问题不是很突出，高速芯片不断推出，所以主要应该考虑存储空间的要求，即应该选用较短的信元来减少所需要的存储空间。

从上面的分析可以看到信元长度的各个因素间是相互矛盾的，从传愉的效率、网络的时延和实现的复杂程度来综合考虑，信元长度在32和64个字节之间是比较好的，这种选择可以在多个因素方面都有较好的性能，至于具体选择那一个值要取决于人们对哪个因素更为重视。在CCITT最终达成一致决定之前，欧洲采用32个字节来保证在电话业务中不使用回波消除电路，而美国和日本从传输效率方面考虑而支持64个字节的方案。1989年在日内瓦举行的CCITTSGXV班会议上采用了两者的折中值来做为国际标准，即ATM信元信息段的长度为48个字节。ATM信头的功能ATM之所以能够以很高的速度工作，与很多因素有关。

简单是一个很重要的因素。由于其功能简单，所以它在网络内需要完成的功能就少，从而提高了工作的速率。ATM信头的功能包括几个主要的功能:路由选择、信元优先级和信头差错控制。表一中给出了在用户网络接口和网络内部的信元信头结构图。从中可以看出其差别在于网络内部没有流t控制GFC，而在UNI上有GFC。

其中：

ATM是面向连接的，每一个信元都应该有标志来标识其信宿，即应该有标志来指示路由的诊择。ATM的路由延续了分组交换中虚拟通路的概念，信元的路由是由虚拟通路和虚拟通道来描述的。虚拟通路VC(Virtual Channel)这是由信头中的虚拟通路识别符VC1(Virtal Channel Identifier)来完成的。在ATM网中使用的传输介质是光纤，它的传输能力可达几百Mb/s，而虚拟通路只占用很窄的带宽，因此在一条链路上可同时拥有多个虚拟通路，通常情况下可以认为信道的数目在以万为单位的数t级上，所以在信头中为其分配了16比特。ATM是面向连接的，在每一种业务的呼叫阶段网络为每一个连接分配一个VCI来标识这一连接。VCI只在ATM网的两个交换节点之间才有意义，这在ATM交换中还会谈及到。当连接释放后VCI也被释放，可以为别的连接所使用。度拟通道VP(Virtual Path)为了使ATM能够支持终点间的半固定连接，在ATM信元中定义了虚拟通道识别符VPI(Virtual Pathd Ienitfer)。这种半固定的连接网络已经半固定地分配，它通常不是对单个的虚拟连接进行，而是同时传送大量数目的连接，这种方法可以使网络的管理更容易更有效。

优先级是为了满足人们对于不同的业务的要求而提出的。因为人们可能要求当网络的负载太重时只抛弃优先级低的信元，从而保证重要的分组能够正确的传箱。当然这种将信元进行优先级的分类的方法可能会使网络资源的共享不完全公平。优先级有两类:时间优先和语义优先。所谓时间优先是指信元的时延特性很重要，所以在队列中停留的时间要尽可能的短；所谓语义优先是指信元的信息内容很重要，在网络内部不允许丢失信元。优先级可以对每条连接斌值，也可对每个信元斌值。对于前者，在虚通路/虚通道上的所有信元都有相同的优先级；对于后者，在同一条虚通路/虚通道上的不同信元可能有不同的优先级。

要使一个网络正常地工作，维护是一个很重要的工作。同一般的分组交换一样，网络的维护信息也是要信元来传送的，为了使网络能够区分一个分组是一般的信元还是用于网络维护的信元，在信元内有一个有效负载类型PT(Payload Type)，用来识别信元的类型。

流量控制(Flow Control)

一般流t控制域GFC(Generic Flow Control)只在UNI接口中才存在。它主要是为了保证在同一条物理链路上能够接上多个终端，使人们能够同时使用同一条链路。在这种情况下就需要进行流量控制。

HEC(Head Error Control)从上面列出的信头的功能可以看出，信头中包含的信息对于信元在网络内的正确路由、对于网络对信元进行何种处理等等都是非常重要的，同时由于采用分组交换方式，如果信头发生错误那么将至少导致一个分组内的有用信息的丢失，所以在信头中有专门对信头进行保护的HEC城，以后将看到，HEC不仅可以保护信头，在接收端还有一些别的功能。

在表二中给出了ATM信头的内容和各个部分的长度范围及CCITT确定的值。从表二可以看到在NNI和UNI接口上有一些差别，即UNI上有流量控制而NNI上没有。结论:ATM信头功能简单，所以长度也较短，根据功能的要求，CCITT最终决定信头长度为5个字节。