随着航天技术的不断发展和空间活动的日渐商业化、国际化,无论是近地空间探测还是深空探索,首先要解决天地一体化的互联、互通和互操作的问题。针对此问题,空间数据系统咨询委员会(CCSDS)提出AOS协议,AOS协议可以提供更加多样、更加灵活的空-地双向数据业务。另一方面,TCP/IP协议是目前地球上广泛采用的互联网技术,设想在空间网络中采用IP技术将对天地一体化带来很大的好处。基于此问题,本文首先分析了当前国际上天地一体化网络建设中所采用的关键技术,提出了在数据链路层采用AOS协议、网络层采用IP协议、传输层采用SCPS-TP协议的天地一体化协议栈模型,在空间网络中实现了IP数据报的传递。文中对于空间网络与地面网络的协议交换是通过AOS协议提供的数据业务来完成,为了解决空间网络传输的可靠性,对空间网络传输层进行了详细的分析与研究,给出了传输层协议配置的初步建议,构成了完整的网络模型,这样使得空间网络传输层一方面适应了空间通信这一特殊环境；另一方面,又可与因特网协议兼容和互操作。本文最后利用OPNET网络仿真工具来对天地一体化网络体系结构进行建模与仿真,仿真分析了AOS协议的组帧技术和虚拟信道复用,同时通过对TCP与SCPS-TP协议性能的仿真比较,验证了在空间网络传输层采用SCPS-TP协议的可行性。本文的研究成果对于开展我国天地一体化网络结构建设和协议分析都有借鉴意义。