衛星通信在Internet骨干網上的作用

當今世界Internet的迅猛發展，給產業帶來無限生機，同時也推動著通信技術的進步。隨著網絡技術的發展，衛星通信在Internet骨干網的作用已日益突出。
　　
　　一、衛星通信與TCP/IP協議
　　衛星通信的優勢體現在：（1）獨特的無縫隙覆蓋能力：三顆同步衛星就能實現除兩極以外的全球通信，這種無縫隙覆蓋其它通信手段無法比擬的。（2）組網靈活快捷：利用衛星通信系統的高功率密度、支持不對稱傳輸鏈路、廣播特性以及未來的星上交換技術，可以構建點對多點、多點對多點的拓撲結構復雜的廣域網。（3）對距離的不敏感性：衛星通信鏈路的成本與傳輸距離無關，是解決邊遠地區和不發達地區通信的重要手段，也是衛星通信與其它通信方式相比較最具優勢的特點之一。（4）抗災害能力強：在現代通信網中，衛星通信作為應急通信和地面通道的備份手段是必不可少的，在抵抗地震、洪水等自然災害的方面比光纜、微波具有更高的可靠性。正因為如此，衛星通信已成為Internet骨干網中一種重要的傳輸手段。
　　
　　Internet是世界上最大的計算機網，確切地說它是“網絡的網絡”。Internet互聯了各種網絡，如：分組交換網、以太網、局域網等，用戶可以通過數據專線或公眾電話網連到Internet網上。這些網絡互聯的關鍵是依靠TCP/IP（傳輸控制協議/網際協議）。TCP/IP是地面網中廣泛采用的一種協議，是Internet的基本協議。隨著Internet的迅速擴張，網絡出現了擁塞崩潰現象，為緩解擁塞TCP采用了一些擁塞控制機制，如擁塞避免和慢啟動，快速啟動和快速恢復，這四種擁塞控制機制調整窗口大小進行流量控制。
　　
　　自Internet誕生之初TCP/IP協議就運用到衛星鏈路上了，但是衛星信道固有的特點，對于TCP/IP來說是有很大影響的，這種影響主要體現在兩個方面：
　　
　　（1）時延長

　　
　　通信懷星位于赤道上空36000公里的同步軌道，從一個地球站發出的數據到達另一個地球站的時延約280ms，通信時數據往返時延（RTT）需要560ms，這個時延遠遠大于地面光纜傳輸的時延。而同步衛星的傳全時延是由電磁波的傳輸速率與衛星對地面的距離決定的，無法改變。這么長的時延，TCP發端需很長的時間確認數據包是否被正確接收，這十分不利于遠程通信的交互式應用。
　　
　　TCP協議采用的是確認應答方式進行數據傳輸，所以數據的傳輸性能不僅取決于信道的帶寬，還與確認應答的時延有關。長時延勢必會使時延與帶寬與RTT（秒）的乘積。在TCP協議中稱其為數據管道。數據管道的大小表明在信道完全充分利用的情況下，在信道中傳輸但沒有確認的數據量。管道越大對數據丟失的反應越慢，對擁塞越不敏感。有資料表明，當數據管道達到10（5次方）Bits時，TCP的性能將明顯下降。如衛星傳輸的數據是2Mbps，則衛星數據管道的大小為2Mbps×560ms＝1.12Mbps，已達到10（6次方）bit的數量級。
　　
　　（2）信道誤碼率較高
　　
　　一般來說，衛星信道的誤碼率會高于地面傳輸信道，典型的衛星信道的誤碼率為10（負7次方）。在TCP協議中一個很小的數據丟失就被認為是擁塞，并采取措施控制擁塞，措施之一是減小窗口尺寸，使發出的數據包減少，以緩解網絡擁塞。而TCP判斷網絡是否發生擁塞的標準是接收數據包的數量，如果接收到的數據包減少，那么，TCP協議就訂為發生了網絡擁塞，并開始減小滑動窗口的尺寸。然而當數據包丟失是由于傳輸錯誤（如信道噪聲產生的誤碼），而不是真正的擁塞時，減小窗口尺寸就會降低網絡頻帶的利用率，在衛星信道中通常使用FEC（前向糾錯）來改善誤碼率。
　　
　　上述問題，有關專家正在研究解決。解決的方法主要從兩方面考慮：一方面采用更先進調制編碼和糾錯技術降低誤碼率，使衛星信道的傳輸質量達到光纖信道的水平。另一方面對TCP協議進行改進。如：減小傳輸窗口恢復時間；采用確認機制（SACK）減小重傳數據量；增加最大接收窗口以提高數據吞吐量等。
　　
　　盡管TCP/IP在衛星鏈路中應用時，還有不盡人意的地方，但這并不表明TCP/IP不能在衛星鏈路上應用。實踐證明，采用TCP/IP協議，能夠使衛星網與地面網尤其是Internet網方便地互聯，實現天地互通。
　　
　　二、CHINANET簡介
　　CHINANET（中國公用計算機互聯網）是中國電信經營的中國公用Internet，是Internet在中國的最主要骨干網。1994年8月中國郵電電信總局與美國SPRINT公司簽訂協議，通過該公司首先向中國公眾提供Internet服務。近年來，Internet在我國的發展異常迅猛，中國互聯網信息中心（CNNIC）今年1月的統計表明，我國上網計算機有350萬臺，用戶890萬戶，WWW站點約15153個。Internet國際電路總帶寬達351Mbps。直接通達的國家有美國、加拿大、澳大利亞、英國、德國、法國、日本、韓國等。
　　
　　CHINANET于1995年4月向社會各界開放，經過五年的建設CHINANET已覆蓋全國31
　　
　　省市、自治區，共建有31個骨干網節點，其中在北京、上海、廣州建有三個高速出口與國際通信衛星傳輸的。
　　
　　CHINANET由核心層和接入層組成，核心層主要提供國內高速中繼通道和連接接入層，同時負責與國際Internet互聯，接入層負責提供各種接入端口和用戶接入管理。
　　
　　CHINANET網依托強大的分組交換網（CHINAPAC），數字數據網（DDN）、公眾電話網（PSTN）等公用網，采用國際上先進的技術和設備，無可置疑地成為中國國內Internet的主干網。特別是其擁有三個高速國際出口，使CHINANET在中國計算機互聯網中占據舉足輕重的地位。目前國內其他計算機網絡，一般通過租用專線電路與CHINANET連接，再與國際Internet互聯。根據CNNIC今年1月統計，這些網絡占有的國際出口容量分別為：中國科技網（CSTNET）10Mbps，中國教育和科研計算機網（CERNET）8Mbps，中國金橋信息網（CHINAGBN）22Mbps，中國聯通互聯網（UNNET）20Mbps。
　　
　　CHINANET靈活的接入方式和遍及全國各城市的接入點，使用戶可以方便地接入國際Internet，其享Internet網上的全部資源和各種服務。此外，還可以利用CHINANET網絡平臺和網上用戶群，經營各種服務或組建本系統的應用網絡。尤其是CHINANET為用戶提供友好的中文界面，便于用戶使用Internet的網絡資源。
　　
　　目前CHINANET正在加緊建設。整個CHINANET網絡備有充足的高速路由器來保證網絡的可靠性，并采用先進的安全技術來保證全網的安全性。目前網上用戶正在以每月新增加10萬個的速率增長。可以相信，不久的將來CHINANET將成為國際上規模最大、技術最先進的Internet網元。

三、星關網絡接入點（SSNAP）
　　通過衛星接入Internet有兩種方式：網絡接入點（NAP）間連接或在型Internet服務提供商（ISP）遠程接入Internet，再通過衛星對邊遠地區的小ISP提供連接。CHINANET在國內NAP點之間用光纜連接，國際出口連接采用衛星和海光纜相結合。衛星接入Internet的關口站稱作星關網絡接入點（SSNAP）。
　　
　　美國是Internet的發源地，Internet網上的大量信息都存在北美。通過通信衛星即可直接建立和北美的高速直達Internet鏈路，這些鏈路可以是對稱的，也可以是不對稱的。一般來說，用戶向Internet發出的信息量小，而從Internet上得到的信息量都相對大得多。Internet業務的這種非對稱性，即收發兩個方向的業務量不同，衛星傳輸很適應這種特點。因此采用非對稱衛星電路，使Internet與衛星緊密結合，用戶就可以只為需要的帶寬付費，節省了不必要的開支，所以使用非對稱衛星電路接入Internet是非常有效和經濟的。
　　
　　根據國際衛星組織（INTELSAT）1999年統計，通過國際衛星組織的空間段開通Internet骨干網的業務量已占國際衛星組織總業務量的15％。以亞太地區為例，共有近十個國家和地區租用INTELSAT空間段分別開通了雙向45Mbps和非對稱45：8Mbps到美國的Internet骨干電路，最多的為澳美骨干網達4×45Mbps，我國香港地區至美國達到5×45Mbps。
　　
　　中國電信從1996年1月開始采用2Mbps國際衛星組織的衛星電路接入Internet。
　　
　　1998年底，首次采用非對稱技術，開通了第一條發8Mbps，由45Mbps的Internet衛星電路。到目前為止，已開通了從2Mbps到45Mbps不同速率的衛星Internet電路20多條，總帶寬約為250Mbps。
　　
　　在開通高速非對稱業務時采用了ECL（發射體耦合邏輯）接口，HSSI是高速串行接口，ECL用來幫助HSSI實現高速數據速率和低噪聲電平。HSSI可以處理在高速寬域網技術中多數使用的T3速率（45Mbps），HSSI的最大信號速率為52Mbps。
　　
　　按照傳統方法，用戶需要高速接入Internet時，可以與每個獨立的骨干網供應商分別建立連接或者通過一個網絡接入點（NAP）與多個網絡互聯。但是，目前的NAP存在某些短時間難以解決的性能問題，并且通過某個單一的供應商與其它網絡互聯，就意味你失云了主動權，因為你必須依賴供應商將你連接到你想要接入的其它網絡。
　　
　　隨著專用網絡接入節點（PNAP）的出現，上述傳統解決方法中出現的問題就可以迎刃而解了。PNAP是通過單一的節點來管理維護連接到所有的主要Internet骨干供應商，通過PNAP可以將其以最短的路徑用專門的設備連接到各個骨干網。
　　
　　星關衛星網絡接入點（SSNAP）拓展了PNAP系統的能力，它可以使用戶通過衛星技術接入網絡節點。這是北京地球站與美國布魯斯特地球站首次開通8：45Mbps非對稱Internet電路的實際路由。
　　
　　SSNAP的這種設計結構，使用戶能在同一時間內，以盡可能大的傳輸能力連接所有的骨干網。每一個供應商的所有路由是通過CISCO7513系列交換路由器來收集的，它可以重新分配這些路由，以使用戶能通過最佳路由到達目的地。路由器是網絡層的重要設備，它可確定網絡信息傳輸的方向，在網絡層信息的基礎上將數據包叢個網絡傳送到一個網絡。CISCO7204系列路由器是用戶關口睡由器，通過采用SDM-9000型衛星高速MODEM并將其與關口路由器連接，方便地實現了衛星與用戶的連接，所有的用戶網關路由器是通過采用CISCO接觸路由器CISCO5500系列交換，再經高速以太網連接到CISCO7513系列交換路由器。
　　
　　四、結束語
　　中國電信開通衛星Internet電路已四年有余，其質量穩定可靠。實踐證明 ，利用衛星接入Internet骨干網，簡單易行、成本低廉，對于緩解我國Internet骨干網擁擠狀況，提高上網速度有很大的幫助。
　　
　　衛星通信具有覆蓋面廣，組網靈活，不受地理條件限制等優點，在遠距離大容量干線通信，大區域稀路由通信，無縫隙移動通信等方面，都占據其他通信手段無法比擬的優勢。衛星通信的基本特點及優勢決定它不僅在璀社會中，就是在未來的信息社會中，通過與地區網絡的相互融合、相互補充必將成為天地一體的通信網中不可替代的重要成員。因此，Internet通過衛星傳輸必將得到推廣，成為未來通信系統中一個重要組成部分。