【CCSDS】SCPS简介及安装（Linux下TAP方式）

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SCPS_RI_1_1_144源码下载地址：http://download.csdn.net/detail/joanna_yan/8675949

     SCPS是应用于卫星通信网络中的通信协议。前段时间做项目发现国内关于SCPS卫星网络领域的文章相当的少。因此本系列文章将讲述SCPS协议，特别是SCPS-TP协议及基于SCPS-TP设备的架构，设计，测试环境的搭建，开源SCPS_SI代码的原理，编译，配置等。

第一章SCPS协议背景简介

    SCPS是空间通信标准协议（Space Communication Protocol Standards），广泛应用于卫星通信领域。目前，TCP广泛应用于有线网络中，提供可靠的通信服务。但是他不能很好的适用于无线网络环境，尤其在卫星网络方面。为了在卫星无线网络更好的通信，美国的NASA 和 US Air Force联合开发了应用于卫星的标准协议，即SCPS。
    SCPS系列协议包含：
     SCPS Network Protocol (SCPS-NP) 713.0-B-1 2045-43000 15891
     SCPS Security Protocol (SCPS-SP) 713.5-B-1 2045-43001 15892
     SCPS Transport Protocol (SCPS-TP) 714.0-B-1 2045-44000 15893
     SCPS File Protocol (SCPS-FP) 717.0-B-1 2045-47000 15894

    SCPS协议设计的目标：
– support for communication with full reliability, best-effort reliability, and minimal reliability;
– efficient operation in a wide range of delay, bandwidth, and error conditions;
– efficient operation in space-based processing environments;
– support for precedence (priority) based handling;
– support for connectionless multicasting;

– support for packet-oriented applications.

第二章 SCPS-TP协议简介
  SCPS-TP是SCPS的传输层协议，在设计SCPS之处，就考虑到了与现有网络的融合，SCPS-TP就是基于TCP协议扩展而来。相对于地面网络，卫星网络具有更大的delay，误码率等特性，使得TCP传输协议在卫星网络的效率不是很高，SCPS-TP在TCP的基础上修改，使之更适合卫星网络的传输特性：
  1，窗口扩大；
  2，RTT测量技术；
  3，SNACK；
  4，头部压缩；
  5，拥塞控制算法Vegas；
  6，减少握手次数。

 SCPS-TP在TCP的option字段扩展而来，在客户端发起TCP连接时，在option字段携带SCPS Capabilities，格式如下：
 option type=scps Capabilities               
 optien length = 4
 BETS Sn1 Sn2 Com NL Ts 
 connectionID 

如图在TCP的option字段包含TCP SCPS字段。

当协商成功之后，后面讲基于SCPS协议进行传输。

第三章 SCPS_RI_1_1_144编译
   SCPS_RI_1_1_144源码可以从https://www.openchannelsoftware.com/orders/index.php?group_id=350获取。本文采用TAP的方式实现TP应用程序从内核获取报文，因此编译基于TAP的方式。
   编译步骤：
   1,首先进入源码包的bin目录,./configure
   2,进入source目录，./configure --gateway=yes --tap=yes --low_idle=yes --low_cpu=yes --debug=yes
   3,进入主目录，make clean&make
   4,在bin目录即可看到生成的gateway可执行程序。

第四章 SCPS-TP Gateway之配置
   SCPS-TP为传输层协议，基于该协议实现的典型的设备是卫星网络中的应用TCP加速器Gateway。Gateway一端连接地面网络，一端连接卫星网络。通过Gateway实现TCP的加速。
  SCPS开源实现中有TAP和TUN两种常用的模式，TAP工作于链路层，实现及操作简单。
  本文介绍采用TAP方式的SCPS-TP Gateway的配置方法。
   
   1，典型组网
   Client------------Router------------Gateway-----------XXXX-----------Gateway------------Router----------server
   
   XXXX:为卫星网络；
   Gateway配置（TAP），eth1为地面侧，eth0为网关：
# GW Resource File - comments are allowed, starting with '#'.
#    Comments can be anywhere EXCEPT between parameter values.


# interface A info
AIF_NAME        eth1
AIF_RATE        1000000000
AIF_BUF         32768
AIF_CC          2
AIF_TCPONLY     1
AIF_DIVPORT     53001
AIF_TAP_NAME    tap0


# interface B info
BIF_NAME        eth0
BIF_BUF         327675
#BIF_BUF                69120
BIF_RATE        512000
BIF_CC          1
BIF_MINRTO      600000
BIF_TP_COMPRESS 1
BIF_DIVPORT     53002
BIF_TAP_NAME    tap1


# IPFW info
C_DIVPORT       53000
C_TAP_REMOTE_ACCESS 1

   注：很多人基于TAP组网配置时，网络设备的IP配置会错误，注意TAP方式时，Gateway是一个桥接设备。

第五章 SCPS-TP 测试环境之模拟
   SCPS-TP主要运用于卫星网络中，但在实际中，我们很难有卫星网络的测试条件。在这种情况下，可以采用网络模拟工具，模拟卫星网络的特征，如低带宽、高延时、误码率高等特特点。
WANem是一款开源的网络模拟工具，提供了友好的Web配置界面，但是软件版本，所以在精确度上不能达到很高的指标。
   我们可以用一台双网卡的主机模拟卫星网络，主机装有Vmware虚拟机。在虚拟机中安装WANem，通过桥接物理机的两个物理网卡，与SCPS-TP gateway连接，组成测试网络。
   

  模拟测试环境如上图所示。

第六章 SCPS-TP 卫星链路传输速率估算
     

网络延迟与理想传输速率

假设有一个卫星网络，delay=500ms，w=16 MTU=1500bytes，在tcp中块确认传输效率较高，那么在理想环境中（传输链路质量很好）的传输速率:
(16*1500*8)/500ms=384kpbs (忽略协议损耗)

那么此值就是我们进行卫星传输的一个参考值，SCPS-TP设备发送速率应该大于该值。

以上只是一个简单的计算模型，可能算的并不是很严谨，只是进行分析的一个模型