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FTP 9
1.4.3 Telnet 9
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UDP 26
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NP 39
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-S 47
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/IP 50
1.16 DVB-S2 50
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-RCS2 64
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AAL1 117
3.3.2 B类的AAL2 119
3.3.3 C类和D类的AAL3/4 119
3.3.4 面向IP的AAL5 120
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 DXI 125
3.5.4 B-ICI 126
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NPC 131
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HDCP 140
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UDP 142
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MANET 178
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 ATM 186
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IP 209
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IP 214
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IP 216
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VPN 229
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IP 248
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TCP 291
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TCP 299
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 IPv6 341
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