本文參考了陳學梁，李丹編著的大話核心網。本文僅限于個人學習，研究，交流，不得用于其他商業用途！

在文章《5G網絡架構演進 之一》中，我們介紹了LTE的網絡架構，并列舉了每個網元的功能。LTE網絡架構如圖1所示：

圖1.LTE網絡架構

LTE的網絡架構大緻可以分為三個部分

第一部分：LTE網絡為了滿足網絡的向後兼容性所引入的；

第二部分：接入網絡部分，接入網演進幾乎是曆次移動通信網絡架構演進中最為關鍵的部分；

第三部分：核心網部分，這部分是5G網絡演進的重點。

本節我們針對LET的核心網部分進行詳細的介紹。

LTE的核心網又叫作 EPC (Evolved Packet Core network)，核心網主要包含三個網元，分别是：

MME（Mobility Management Entity)

是移動管理實體，是一個用于信令控制的網元，主要用作移動性的管理。此外還需要做會話相關的控制處理。功能列表：

1）NAS信令處理，NAS信令安全保護

2）3GPP内不同節點之間的移動性管理

3）空閑移動終端的跟蹤和可達TA List管理

4）P-GW和S-GW選擇

5）MME和SGSN選擇

6）合法監聽，漫遊控制，安全認證，承載管理

S-GW (Serving Gateway)

核心網的服務網關，是數據面的網元，數據面可以理解為數據傳輸的處理通道，負責本地網絡用戶數據處理。功能列表：

1）eNodeB之間切換的本地錨點

2）E-UTRAN空閑模式下數據緩存，觸發網絡側ServiceRequest流程

3）數據包路由和轉發

4）上下行傳輸層數據包标記

P-GW (PDN Gateway)

PDN（Public Data Network）公共數據網, 充當外部數據連接的邊界，核心網後端的網絡系統。功能列表：

1）用戶包過濾

2）IP地址分配

3）上下行傳輸層數據包标記

4）Non-GBR基于AMBR的下行速率控制

5）GBR基于MBR的下行速率控制

EPC的網元主要包括MME，SGW，PGW。因此相應的EPC協議也是圍繞這三個網元之間的接口來展開的。他們之間的接口協議如圖2.所示。

圖2.EPC網元間接口

在《LTE的組網架構與接口協議》一文中，給出一個無線通信通用的“三層兩面”模型，該模型在EPC中仍然是适用的。如圖3：

三層指的是，

• 網絡層, L3

主要功能是尋址、路由選擇、連接的建立和控制、資源的配置策略等等；

• 數據鍊路層, L2

信道的複用和解複用、數據格式的封裝、數據包的調度等。完成的主要功能是具有個性的業務數據向沒有個性的通用數據幀的轉換；

• 物理層, L1

提供兩個物理實體之間的比特流傳送。在無線空口中适配的是無線環境；在地面接口中，适配的是網線、光纖等傳輸媒介。

兩面指的是，

• 用戶面：

用戶面負責業務數據的傳送和處理；；

• 控制面：

控制面負責協調和控制信令的傳送和處理；

需要注意的是，在物理層，不區分用戶面和控制面；在數據鍊路層，數據的處理功能開始區分用戶面和控制面；在網絡層上，用戶面和控制面則由不同的功能實體來完成。

EPC的控制面協議棧和用戶面協議棧分别如圖4.和圖6.所示，

圖4.EPC控制面協議棧

eNodeB和MME之間是采用S1-MME接口，也可以叫做S1-C接口。協議棧的層次和OSI七層模型非常相似，其中SCTP是一個TCP類型的傳輸協議，一般用于通信系統中保證數據的可靠性傳輸，但是SCTP要比傳統的TCP要複雜的多。SCTP之上是應用層協議，叫做S1-AP，即S1AP信令消息。一般可以通過協議分析軟件直觀看到協議消息，通過分析S1AP消息，可以判定網元的一些業務行為。在此簡單比較TCP，UDP和SCTP，如圖5所示。

圖5.TCP，UDP和SCTP比較

圖6. EPC用戶名協議棧

數據面協議棧涉及到的網元包括eNodeB, SGW和PGW。網元通信之間的協議是對等的。數據面采用安全等級相對較低的UDP協議，主要原因是數據面傳輸的内容相對于控制面的内容，可靠性要求較低，但是實時性要求較高。這樣需要傳輸協議實現簡單，以便快速進行數據的處理和轉發。綜合比較三種類型的協議，選擇UDP來實現數據面的内容傳輸。

以附着流程為例，來簡單的演示一下核心網各個網元之間的工作的流程。

圖7. 核心網附着流程圖

• 步驟1~6：核心網進行用戶數據驗證，鑒權和遺留承載删除；
• 步驟7~14：核心網建立默認承載，打通上行數據通道；
• 步驟15~16：上行數據傳輸；
• 步驟17~19：打通下行數據通道，修改承載；
• 步驟20~21：下行數據傳輸。

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