卫星网络作为天地一体化网络中的重要部分,在星地间传输遥测等高速数据业务常采用超长数据包的方式实现,数据包能达到数千字节。节点在传输超长数据包时为满足最大传输单元MTU（Maximum Transmission Unit）要求,将数据包多次进行分片。同时,星地传输存在时延高、误码率高等缺点,造成各分片在传输中易发生乱序和丢包现象。卫星网络中采用链路层预分片机制来解决该问题,即在发送端将超长数据包预先切为短分片帧,再通过各节点传输,最终在目的端完成对分片帧的重组,从而避免在各节点中被分片,实现超长数据包的传输;但仍存在传输时延高、分片乱序、高并发等问题,对分片帧的重组实现带来了挑战,故对链路层高速分片帧的重组技术研究,将为卫星网络实现星地高速数据传输提供有力的技术支撑,具有重要的研究意义。文中首先阐明了课题背景及意义,分析了分片帧重组技术的研究现状。其次分析了星地传输的特点,介绍了链路层预分片机制;进一步分析了链路层帧结构、分片重组过程和分片传输特点,并结合设计指标制定了高速分片帧重组系统设计方案。针对分片帧快速循环冗余校验难题,研究并实现了基于系数并行的循环冗余校验算法。针对分片帧的特征信息快速索引难题,对常用快速索引算法展开了研究,设计实现了基于分块并行的快速索引算法。此外,针对乱序分片帧的按序高速缓存难题,提出了基于地址映射的缓存架构和基于乒乓的分片帧存取机制。最后,按照自顶向下的设计思想结合系统设计指标及关键算法,设计实现了基于FPGA（Field Programmable Gate Array）的高速分片帧重组系统,并对系统的各模块进行了功能仿真。为了验证系统性能,本文结合设计指标与系统功能特点提出了测试方案,完成了测试平台搭建。测试结果表明,系统可支持每个链路层帧最大4个分片帧的排序重组,可支持最大并发重组数量达20000个,可支持链路层帧最大延时达300 ms,有效吞吐量达6.375 Gbps;具有吞吐量较高、支持并发重组数量多、支持延时较长的优点。