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1概述1

1.1 卫星网络的应用与业务1

1.1.1 卫星网络扮演的角色2

1.1.2 网络软硬件3

1.1.3 卫星网络接口4

1.1.4 网络业务4

1.1.5 应用5

1.2 ITU对卫星业务的定义5

1.2.1 固定卫星业务5

1.2.2 移动卫星业务5

1.2.3 广播卫星业务6

1.2.4 其他卫星业务6

1.3 ITU-T对网络业务的定义6

1.3.1 交互型业务6

1.3.2 分配型业务7

1.4 因特网业务和应用7

1.4.1 万维网8

1.4.2 文件传输协议FTP9

1.4.3 Telnet9

1.4.4 电子邮件9

1.4.5 组播和内容分发9

1.4.6 IP电话10

1.4.7 域名系统10

1.5 电路交换网10

1.5.1 建立连接11

1.5.2 信令12

1.5.3 基于频分复用的复用传输分层体系12

1.5.4 基于时分复用的复用传输分层体系14

1.5.5 空分交换和时分交换15

1.5.6 前向纠错的编码增益15

1.6 包交换网络16

1.6.1 面向连接的方法17

1.6.2 无连接的方法18

1.6.3 电路交换和包交换的关系19

1.6.4 包网络设计要考虑的因素19

1.6.5 包头和净荷20

1.6.6 复杂性和异构网络20

1.6.7 包传输的性能20

1.6.8 比特级错误与包错误的关系20

1.7 OSI/ISO参考模型21

1.7.1 协议领域的术语21

1.7.2 分层原则22

1.7.3 7层功能23

1.7.4 OSI/ISO参考模型的衰落23

1.8 ATM协议参考模型23

1.8.1 窄带ISDN （N-ISDN）24

1.8.2 宽带ISDN （B-ISDN）24

1.8.3 ATM技术24

1.8.4 参考模型24

1.8.5 问题：业务和应用缺乏25

1.9 因特网协议参考模型25

1.9.1 网络层：IP协议26

1.9.2 网络技术26

1.9.3 传输层：TCP和UDP26

1.9.4 应用层27

1.9.5 QoS和资源控制27

1.10 卫星网络27

1.10.1 接入网27

1.10.2 传输网27

1.10.3 广播式网络27

1.10.4 空间段28

1.10.5 地面段29

1.10.6 卫星轨道29

1.10.7 卫星传输频段30

1.11 卫星网络的特点32

1.11.1 传播时延32

1.11.2 传播损耗和功率受限32

1.11.3 轨位和带宽的限制33

1.11.4 LEO的运管复杂性33

1.12 数字传输的信道容量33

1.12.1 无噪声信道的奈奎斯特公式33

1.12.2 噪声信道的香农定理34

1.12.3 信道容量的边界34

1.12.4 香农功率极限（-1.6dB）34

1.12.5 大Eb/N0下的香农带宽效率35

1.13 与地面网络互联35

1.13.1 物理层的中继器36

1.13.2 链路层的网桥36

1.13.3 物理层、链路层和网络层交换机36

1.13.4 用于异构网络互联的路由器36

1.13.5 协议转换、堆叠和隧道37

1.13.6 服务质量（QoS）37

1.13.7 端用户QoS类别和需求38

1.13.8 网络性能（NP）39

1.13.9 卫星网络的QoS和NP39

1.14 数字视频广播40

1.14.1 DVB标准41

1.14.2 传输系统41

1.14.3 对卫星转发器特性的适配42

1.14.4 信道编码43

1.14.5 RS外码编码、交织和成帧44

1.14.6 内码45

1.14.7 基带成形和调制45

1.14.8 误码性能要求46

1.15 DVB-S47

1.15.1 MPEG-2基带处理47

1.15.2 传送流48

1.15.3 业务目标48

1.15.4 卫星信道适配48

1.15.5 卫星DVB回传信道（DVB-RCS）49

1.15.6 DVB承载TC P/IP50

1.16 DVB-S250

1.16.1 DVB-S2的技术创新50

1.16.2 传输系统体系结构52

1.16.3 误码性能53

1.17 手持设备 DVB卫星业务（DVB-SH）54

1.17.1 传输系统体系结构55

1.17.2 OFDM和TDM模式通用的功能56

1.17.3 单载波（TDM）模式的功能57

1.17.4 多载波（OFDM）模式的功能61

1.17.5 DVB-RCS264

1.18 计算机和数据网络发展的历史64

1.18.1 计算机与数据通信时代的黎明64

1.18.2 局域网的发展65

1.18.3 WAN和ISO/OSI的发展65

1.18.4 因特网的诞生65

1.18.5 电话与数据网络的融合65

1.18.6 宽带综合网络的发展66

1.18.7 杀手级应用WWW和因特网演化66

1.19 卫星通信的发展历史66

1.19.1 卫星和太空时代的开始66

1.19.2 早期的卫星通信：电视和电话66

1.19.3 卫星数字传输的发展67

1.19.4 直接到户（DTH）广播的发展67

1.19.5 海事卫星通信的发展67

1.19.6 地区和国家的卫星通信67

1.19.7 卫星宽带网络和移动网络67

1.19.8 卫星网络上的因特网68

1.20 网络技术和协议的融合68

1.20.1 用户终端业务和应用的融合68

1.20.2 网络技术的融合69

1.20.3 网络协议的融合69

1.20.4 卫星网络的演变70

进一步阅读71

练习72

2卫星轨道和组网的概念73

2.1 物理定律73

2.1.1 开普勒三大定律73

2.1.2 牛顿三大运动定律和万有引力定律73

2.1.3 开普勒第一定律：卫星轨道74

2.1.4 开普勒第二定律：卫星矢量扫过的面积76

2.1.5 开普勒第三定律：轨道周期77

2.1.6 卫星速度77

2.2 卫星轨道参数78

2.2.1 半长轴78

2.2.2 偏心率78

2.2.3 轨道倾角78

2.2.4 交点赤经和近地点幅角79

2.3 常用轨道80

2.3.1 同步地球轨道80

2.3.2 地球静止轨道80

2.3.3 大椭圆轨道81

2.3.4 低轨卫星星座的概念81

2.3.5 轨道摄动82

2.3.6 卫星高度和覆盖82

2.3.7 天线增益和波束宽度角83

2.3.8 覆盖计算84

2.3.9 从地面站到卫星的距离和传播时延84

2.4 卫星链路特性和调制传输85

2.4.1 卫星链路特性86

2.4.2 调制技术87

2.4.3 卫星传输的相移键控方案88

2.4.4 二进制相移键控88

2.4.5 正交相移键控89

2.4.6 高斯滤波最小频移键控89

2.4.7 误比特率（BER）：调制模式的质量参数90

2.4.8 卫星网络的物理层91

2.5 前向纠错92

2.5.1 线性分组码93

2.5.2 循环码93

2.5.3 网格编码和卷积码94

2.5.4 级联码94

2.5.5 Turbo码95

2.5.6 FEC的性能96

2.6 多址技术97

2.6.1 频分多址（FDMA）97

2.6.2 时分多址（TDMA）98

2.6.3 码分多址（CDMA）99

2.6.4 FDMA、TDMA和CDMA的比较99

2.7 带宽分配100

2.7.1 固定分配100

2.7.2 按需分配100

2.7.3 随机接入100

2.8 卫星组网的关键问题101

2.8.1 单跳卫星连接101

2.8.2 多跳卫星连接101

2.8.3 星间链路102

2.8.4 切换103

2.8.5 卫星波束内切换和波束间切换104

2.8.6 地球固定覆盖和卫星固定覆盖105

2.8.7 卫星网络星座内的路由106

2.8.8 网络互联107

2.8.9 卫星可用度和分集107

进一步阅读108

练习109

3 B-ISDN ATM和因特网协议110

3.1 ATM协议和基本概念110

3.1.1 包化时延111

3.1.2 排队时延112

3.1.3 北美和欧洲间的折中方案113

3.2 ATM层113

3.2.1 GFC字段114

3.2.2 VPI和VCI字段114

3.2.3 CLP字段116

3.2.4 PT字段116

3.2.5 HEC字段116

3.3 ATM适配层116

3.3.1 A类的AAL1117

3.3.2 B类的AAL2119

3.3.3 C类和D类的AAL3/4119

3.3.4 面向IP的AAL5120

3.4 物理层121

3.4.1 物理介质子层121

3.4.2 传输会聚子层121

3.4.3 ATM信元传输122

3.5 ATM接口与ATM组网123

3.5.1 用户-网络接入124

3.5.2 网络节点互连124

3.5.3 ATM DXI125

3.5.4 B-ICI126

3.5.5 永久虚连接与交换虚连接126

3.5.6 ATM信令126

3.5.7 ATM寻址127

3.5.8 地址注册128

3.6 网络流量、服务质量和性能方面的问题129

3.6.1 流量描述符129

3.6.2 QoS参数129

3.6.3 性能问题130

3.7 网络资源管理130

3.7.1 连接许可控制（CAC）131

3.7.2 UPC和NPC131

3.7.3 优先级控制和拥塞控制132

3.7.4 流量整形132

3.7.5 通用信元速率算法132

3.7.6 漏桶算法（LBA）133

3.7.7 虚拟调度算法（VSA）135

3.8 因特网协议136

3.8.1 因特网组网基础136

3.8.2 协议体系137

3.8.3 无连接的网络层137

3.8.4 IP包格式137

3.8.5 IP地址139

3.8.6 因特网地址和物理网络地址之间的映射140

3.8.7 ARP、RARP和HDCP140

3.9 因特网路由协议141

3.9.1 内部网关路由协议（IGRP）141

3.9.2 外部网关路由协议（EGRP）142

3.10 传输层协议：TCP和UDP142

3.10.1 传输控制协议（TCP）142

3.10.2 TCP段头部格式142

3.10.3 连接建立和数据传输144

3.10.4 拥塞和流控145

3.10.5 用户数据报协议（UDP）146

3.11 IP和ATM网络互联147

3.11.1 数据包封装148

3.11.2 IP和ATM地址解析149

进一步阅读150

练习150

4卫星与地面网络的网络互联151

4.1 组网的概念151

4.2 组网术语152

4.2.1 专用网络153

4.2.2 公用网络153

4.2.3 电话业务质量153

4.2.4 基于IP的网络154

4.3 网络组件和连接155

4.3.1 网络终端155

4.3.2 网络节点155

4.3.3 网络连接156

4.3.4 端到端路径156

4.3.5 参考配置157

4.4 网络流量和信令157

4.4.1 用户流量和网络业务158

4.4.2 信令系统和信令流量159

4.4.3 带内信令159

4.4.4 带外信令160

4.4.5 随路和非随路信令161

4.4.6 网络管理162

4.4.7 网络操作系统和仲裁功能162

4.5 接入网和传输网163

4.5.1 模拟电话网络164

4.5.2 电话网络流量工程的概念164

4.5.3 频域上的卫星网络接入165

4.5.4 星上电路交换166

4.6 数字电话网167

4.6.1 数字多路复用分层体系167

4.6.2 卫星数字传输和星上交换168

4.6.3 准同步数字系列（PDH）168

4.6.4 PDH的局限性168

4.7 同步数字系列（SDH）169

4.7.1 SDH的发展170

4.7.2 SDH标准170

4.7.3 PDH到SDH的映射171

4.7.4 SDH的优点172

4.7.5 同步操作172

4.7.6 同步光纤网（SONET）174

4.7.7 卫星承载SDH——Intelsat的场景174

4.8 卫星网络的假设参考175

4.8.1 ITU-T假设参考连接（HRX）176

4.8.2 针对卫星的ITU-R假设参考数字通路（HRDP）176

4.8.3 性能目标177

4.9 卫星和MANET178

4.9.1 网络场景180

4.10 与异构网络的互联182

4.10.1 业务183

4.10.2 寻址183

4.10.3 路由183

4.10.4 演进183

进一步阅读184

练习185

5卫星网络承载B-ISDN ATM186

5.1 背景186

5.1.1 组网问题186

5.1.2 B-ISDN组网环境中的卫星业务187

5.2 卫星B-ISDN ATM系统的设计问题188

5.2.1 传播时延188

5.2.2 衰减和约束189

5.3 GEO卫星B-ISDN ATM组网结构190

5.3.1 地面段190

5.3.2 空间段191

5.3.3 卫星带宽资源管理192

5.3.4 连接许可控制193

5.3.5 网络监控功能193

5.3.6 被动拥塞控制193

5.4 先进卫星B-ISDN ATM网络194

5.4.1 无线接入层194

5.4.2 星上处理（OBP）的特点195

5.4.3 B-ISDN ATM星上交换195

5.4.4 多波束卫星197

5.4.5 LEO/MEO卫星星座198

5.4.6 星间链路198

5.4.7 移动管理199

5.4.8 使用更高的频段199

5.5 B-ISDN ATM性能200

5.5.1 B-ISDN性能的分层模型200

5.5.2 网络性能参数201

5.5.3 卫星突发错误对ATM层的影响203

5.5.4 突发错误对AAL协议的影响204

5.5.5 差错控制机制204

5.5.6 宽带卫星网络的增强技术205

5.6 宽带卫星系统的演变207

进一步阅读208

练习208

6卫星网络承载IP209

6.1 卫星组网的不同视角209

6.1.1 以协议为中心看卫星IP网络210

6.1.2 以卫星为中心看全球网络和因特网210

6.1.3 以网络为中心看卫星网络212

6.2 IP包封装212

6.2.1 基本概念212

6.2.2 高级数据链路控制（HDLC）协议213

6.2.3 点到点协议（PPP）214

6.2.4 介质访问控制214

6.2.5 卫星承载IP214

6.3 卫星IP组网215

6.3.1 星载路由216

6.3.2 卫星网络中的移动IP216

6.3.3 地址解析218

6.4 卫星IP组播218

6.4.1 IP组播的概念219

6.4.2 IP组播编址220

6.4.3 组播组管理220

6.4.4 IP组播路由221

6.4.5 IP组播范围222

6.4.6 卫星环境中IGMP的行为222

6.4.7 卫星环境中的组播路由协议223

6.4.8 星上可靠组播协议225

6.5 基本网络安全机制225

6.5.1 安全方法225

6.5.2 单向哈希函数226

6.5.3 对称密码（带密钥）226

6.5.4 非对称密码（带公钥/私钥）227

6.6 卫星网络安全228

6.6.1 IP安全（IPsec）228

6.6.2 防火墙和VPN229

6.6.3 IP组播安全230

6.7 IP服务质量（IP QoS）230

6.7.1 IP业务性能的分层模型231

6.7.2 IP包传输性能参数232

6.7.3 不同QoS等级的IP网络性能指标233

6.7.4 IP QoS等级使用指南234

6.8 QoS的综合服务（Intserv）架构234

6.8.1 综合服务架构（ISA）的原理234

6.8.2 资源预留协议（RSVP）235

6.8.3 综合服务等级237

6.9 QoS的区分服务（Diffserv）238

6.9.1 区分服务架构238

6.9.2 流量分类239

6.9.3 流量调整240

6.9.4 区分服务的每跳行为（PHB）240

6.9.5 跨卫星网络区分服务域支持综合服务242

6.10 卫星数字视频广播243

6.10.1 MPEG-2信源编码和复用DVB-S流244

6.10.2 DVB-S系统245

6.10.3 DVB安全247

6.10.4 DVB-S的条件接收247

6.10.5 DVB-RCS交互和DVB承载IP248

6.10.6 DVB-RCS安全250

6.10.7 IP组播安全250

6.11 DVB-S和DVB-RCS网络体系结构251

6.11.1 星上处理器（OBP）252

6.11.2 管理站（MS）253

6.11.3 再生卫星网关（RSGW）253

6.11.4 回传信道卫星终端（RCST）253

6.11.5 网络接口254

6.11.6 网络系统特点254

6.12 网络协议栈结构255

6.13 物理层（PHY）255

6.13.1 上行链路（遵循DVB-RCS标准）256

6.13.2 时隙256

6.13.3 帧257

6.13.4 超帧258

6.13.5 载波类型和帧的构成259

6.13.6 上行链路MF TDMA信道频率计划259

6.13.7 下行链路（遵循DVB-S标准）260

6.13.8 RCS终端（RCST）传输261

6.14 卫星介质访问控制（SMAC）层262

6.14.1 传送机制262

6.14.2 MPEG-2、DVB-S和DVB-RCS表263

6.15 多协议封装（MPE）266

6.16 卫星链路控制层267

6.16.1 会话控制268

6.16.2 资源控制270

6.16.3 容量请求的分类271

6.16.4 连接控制271

6.17 服务质量（QoS）274

6.17.1 业务类型274

6.17.2 流的分类275

6.17.3 链路层连接QoS适配器275

6.18 网络层276

6.18.1 IP路由和地址解析276

6.18.2 IP组播——星型和网状配置278

进一步阅读280

练习282

7卫星网络对传输层协议的影响283

7.1 简介283

7.1.1 应用的特点284

7.1.2 客户端和服务器端主机参数284

7.1.3 卫星网络配置284

7.1.4 TCP和卫星信道特性286

7.1.5 TCP流量控制、拥塞控制以及差错恢复287

7.2 TCP性能分析288

7.2.1 首个TCP段的传输288

7.2.2 慢启动阶段的TCP传输289

7.2.3 拥塞避免阶段的TCP传输289

7.3 用于卫星网络的慢启动增强290

7.3.1 事务TCP291

7.3.2 慢启动和延迟确认（ACK）291

7.3.3 更大的初始窗口292

7.3.4 结束慢启动292

7.4 丢包恢复增强策略293

7.4.1 快速重传和快速恢复294

7.4.2 选择确认（SACK）294

7.4.3 基于SACK的增强机制294

7.4.4 ACK拥塞控制295

7.4.5 ACK过滤295

7.4.6 显示拥塞通知296

7.4.7 检测由数据损坏引起的丢包297

7.4.8 拥塞避免的增强策略297

7.5 使用分段机制的卫星网络增强298

7.5.1 TCP欺骗299

7.5.2 级联TCP或分裂TCP299

7.5.3 对卫星网络的其他考虑300

7.6 对应用的影响300

7.6.1 批量数据传输300

7.6.2 交互式应用301

7.6.3 因特网服务和应用的分布式缓存301

7.6.4 卫星网络中的网页缓存302

7.7 实时传输协议（RTP）303

7.7.1 RTP基础303

7.7.2 RTP控制协议（RTCP）305

7.7.3 发送方报告（SR）数据包307

7.7.4 接收方报告（RR）数据包308

7.7.5 源描述（SDES）RTCP包308

7.7.6 用于会话发起的SAP和SIP协议309

7.7.7 会话目录服务（SDS）311

7.8 IP电话（VoIP）311

7.8.1 网关分解311

7.8.2 协议311

7.8.3 网守（Gatekeeper）312

7.8.4 多媒体会议（MMC）312

7.8.5 会议控制312

进一步阅读312

练习313

8卫星承载下一代因特网315

8.1 简介315

8.2 新的业务与应用316

8.2.1 因特网综合服务316

8.2.2 弹性和非弹性流量317

8.2.3 QoS保障和网络性能317

8.3 流量建模和特征描述318

8.3.1 流量工程318

8.3.2 流量建模318

8.3.3 流量建模的统计学方法319

8.3.4 更新模型319

8.3.5 马尔可夫模型320

8.3.6 流体模型320

8.3.7 自回归滑动平均模型320

8.3.8 自相似模型321

8.4 因特网流量的本质321

8.4.1 万维网（WWW）321

8.4.2 自相似流量的Pareto分布模型323

8.4.3 分形布朗运动（FBM）过程323

8.4.4 流量建模中对用户行为的考量324

8.4.5 话音流量建模325

8.4.6 话音流量的On-off模型326

8.4.7 视频流量建模328

8.4.8 WWW流量的多层建模329

8.5 流量工程330

8.5.1 流量工程原理330

8.5.2 因特网流量工程332

8.6 多协议标签交换（MPLS）333

8.6.1 MPLS转发模式334

8.6.2 MPLS基本操作335

8.6.3 MPLS与Diffserv互通338

8.6.4 MPLS与ATM互通339

8.6.5 具有流量工程的MPLS （MPLS-TE）340

8.7 IPv6341

8.7.1 IPv6基础341

8.7.2 IPv6编址343

8.7.3 卫星IPv6网络346

8.7.4 IPv6的过渡346

8.7.5 经卫星网络的IPv6隧道347

8.7.6 经卫星网络的6 to 4转换347

8.7.7 6 to 4的相关问题349

8.7.8 卫星组网的未来349

进一步阅读351

练习352