核心网core4 GPRSWord文档下载推荐.docx

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电话语音通信无疑满足的是听觉需求，当人们用听和说已经不能表达情感的时候，自然需要新的通信手段，多媒体技术的出现为通信技术带来了新的方式，PS作为一种底层的网络架构，所支持的就是多媒体信息的传播。

PS的出现，首先要感谢互联网以及IP技术的发展，多媒体技术同样促进了手机的发展，当传统的功能机发展到多媒体手机，带来了移动数据承载网的巨大发展。

移动承载网，典型的就是GPRS，而GPRS起源于GSM，在GSM的网络架构上叠加了分组交换业务的网元，使得语音和数据分别走电路交换网和分组交换网，从而实现了移动多媒体数据通信。

特别说明的是：

从图中可以显见的是GPRS相比GSM在核心网层面叠加了分组交换域，实际上在无线接入侧，GPRS相比GSM也有很大变化，本贴聚焦于核心网，不在无线接入侧做太多展开。

PS核心网架构---------------GPRS架构

GPRS的核心网中核心的网元有GGSN，SGSN。

无论UMTS,还是LTE的核心网，在架构上基本和GPRS一脉相承。

演进到EPC系统，SGSN变成了S-GW,而GGSN变成了P-GW。

理解好GPRS也为更好地理解LTE的核心网（EPC）打下了一个好的基础。

在GSM中，GPRS引入两个新的网络节点：

一个是GPRS服务支持节点（SGSN），节点SGSN通过帧中继连接到基站系统。

另一个是GPRS网关支持节点GGSN，GGSN支持与外部分组交换网的互通，并经由基于IP的GPRS骨干网和SGSN连通。

用户数据在手机和外部数据网络之间透明地传输，它使用的方法是封装和隧道技术：

数据包用特定的GPRS协议信息打包并在手机和GGSN之间传输。

这种透明的传输方法缩减了GPRSPLMN对外部数据协议解释的需求，而且易于在将来引入新的互通协议。

用户数据能够压缩，并有重传协议保护，因此数据传输高效且可靠。

关于为什么需要使用隧道协议，后面在LTE的核心网（EPC）系统中会详细介绍。

关于SGSN和GGSN的功能，协议中是这样描述的：

服务GPRS支持节点（SGSN）：

执行移动性管理、安全功能和接入控制和路由选择等功能。

网关GPRS支持节点（GGSN）：

负责提供GPRSPLMN与外部分组数据网的接口，并提供必要的网间安全机制（如防火墙）。

这里我给出我的一个简单理解：

GGSN作为GPRS网络和外部网络的一个互通网元，可以看着是整个GPRS网络对外的一个出口，因此所有的终端（手机）的数据都需要经过GGSN才能到达外部网络（比如手机上使用微信，产生的微信数据包，必须经过GGSN才能到达腾讯的服务器。

也就是说，腾讯公司唯一可见的中国移动，中国联通的设备就是GGSN，除此以外的其它网元，腾讯是不知道它的信息的）；

而SGSN则可以看着是整个核心网和无线接入网的互通网元，GPRS核心网以及后端网元的所有数据都必须经过指定的SGSN才能到达BS基站，进而传输到用户的手机。

PS核心网---------------GPRS数据传输 

GPRS中，数据的传输示意图如图所示：

MS表示手机，BSS表示GPRS接入网（基站和基站控制器），SGSN和GGSN是GPRS核心网设备，GGSN之后的设备室互联网服务器。

数据的传输是这样的，上行数据（手机发往互联网服务器）首先达到BSS（基站），基站把数据解码后转换成BSS-SGSN之间的数据传输格式，然后发送给SGSN，SGSN和GGSN之间采用GTP通道进行传输，因此SGSN受到BSS的数据后，需要将数据再转换成GTP的数据格式（具体就是给数据打上GTP的数据头格式），在发送到GGSN，GGSN由于直接连接到因特网服务器，因此GGSN和internet服务器之间直接传输的IP包，所以GGSN受到SGSN的数据后需要对数据进行拆包（即将GTP的数据头去掉），并剥离出真实的IP数据静荷，发送给internet服务器。

下行的数据传输过程和上行刚好完全相反，这里不再说明。

GPRS网络系统中涉及到多个网元，网元和网元之间的接口协议非常复杂，我们知道OSI模型一般将网络分为七层，分别是物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层。

数据传输的时候，实际上都是存在相应的对等关系。

我们知道在通信网络中存在控制面和数据面，控制面就是一些信令的交互，通过信令的交互，可以获得相应数据面的资源；

而数据面就是数据的传输，如封装解封装等的处理，GPRS也不例外，包含数据面的协议结构和控制面的协议结构。

在GPRS系统中，各个网元也包含相应的协议层级，如图所示是GPRS网元在数据传输面（数据面）的协议结构，对于GPRS网络的控制面协议结构，这里暂时不说明了。

图中MS表示GPRS手机，BSS表示基站，Um是MS和BSS之间的接口（接口可以理解为通道），同理Gb是BSS和SGSN之间的接口，Gn是SGSN和GGSN之间的接口，Gi是GGSN和外部服务器之间的接口。

GPRS数据从终端发送到外部服务器，需要经历从左到右的所有网元设备，每经过一个设备，都需要进行相应的协议层的处理，比如手机上的微信客户端，首先形成微信数据包，这个数据是应用层（application）的数据，然后在IP层封装成IP数据包，然后在SNDCP中封装成SNDCP数据，依次类推，在LLC,RLC,MAC层都要将数据转换成各层规定的数据格式，最后通过物理层转换成基带数据，基带数据最后通过中射频单元和天线单元发送到基站；

而BSS收到MS发射的无线电波以后，首先中射频进行捕获，转换成物理层可以理解的原始基带信号，通过对基带信号进行一系列解码，最终得到MAC可以理解的数据包格式，最后转换成RLC层的数据包；

然后将RLC层数据报文分别转换成GSSGP（framerelay）的格式，进而转换成Gb接口上可以传输的数据包。

SGSN收到BSS发送的BSSGP的数据格式后，同样需要转换成上面各层可以理解的格式，最终发送到GGSN的时候是以GTP数据包的格式进行发送的，GTP数据报文承载在IP/UDP数据包之上，可以理解成UDP数据包上封装了相应的GTP格式的头。

GGSN收到GTP报文后，需要对数据进行拆包，提出IP数据最终是生成新的IP数据报文发送到外部服务器。

各个网元各层数据的处理，实际都是非常复杂的，如果要深入的话，确实都可以独立成篇进行说明，需要了解详情的人士可以去查阅3GPP的文档，本贴就不展开说明了。

为形象描述数据包的转换过程，这里以SGSN为示意，给出了数据包从BSS接收后，发送到GGSN的大致示意图。

从示意图中可以看出，数据包经历各层都需要进行格式的转换，转换的目的是为了形成各层可以理解的格式，以便更好地进行数据传输。

4G的核心网-----EPC系统

我不属牛，所以不是牛人；

我属鸡，所以起得和鸡一样早，我生于1982，所以睡得和狗一样晚；

我比猪大，所以吃得比猪还差；

我没有小弟，所以我干得比任何人都多；

我--------是屌丝，我-------------为自己带盐。

过去的32年，我最痛恨一种人----装B的人，无奈生活所迫，这种人无处不在，在外漂泊这么多年，纵然经历生活的磨练，知道如果左右逢源，低三下四，人后使得出飞镖，人前练就金刚不坏之躯，喜怒无形于色才是成功之道；

但无奈心性一直未曾改变，我还是曾经的我，练不成汝等钢铁侠的体魄，装不了B，得不了A，使不了坏，喜极而泣，痛极而啼，怒极而口出“去年买了个表”，人生在世，吃一口饭，过自己想过的生活，不求大富，但求于心不做作，便是心安。

多年以来，我一直在思考一个问题，人为什么活着？

有一天我明白了........每个人无拘无束地移动上网，曾经是UMTS的梦想，可是至今UMTS遍布全球，依然受制于无线空口的限制，以及无线网络架构的设计，无法满足当初的美好愿景。

LTE是继续UMTS的愿景，设计之初便定下了在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率，愿景是如此地美好，现实则是如此地残酷，无论是LTE-A，LTE-B，LTE-C还是LTE-U，都是一味地拼着所谓的峰值速率，好比全球国家都在拼着GDP，但是GDP和普通的我们有多大关系呢？

GDP高企不代表收入高企，同样峰值速率高不代表网络实际带给用户的业务速率有多高！

整个网络技术的竞争已经彻底无序，这就是CT的思维，不从用户出发，而总是从技术出发寻找所谓的高端大气上档次!

殊不知，作为用户来讲，无处不在地使用稳定的网络连接，远比所谓的系统峰值吞吐率有意义，这就是IT的思维，从用户出发，关注用户感受。

LTE的物理层相比UMTS已经发生了很大变化，本人不专业，所以本帖不去讨论物理层的内容，只聚焦LTE的核心网的具体技术。

LTE的核心网又叫EPC（EvolvedPacketCorenetwork），中文名称：

演进型分组核心网；

严格来说EPC算是LTE在PS（packetswitch）侧的核心网系统，而在会话控制侧的核心网则是IMS。

搞物理层的人，一般都不怎么看得起搞核心网的人，因为物理层就是搞数学，传统的工科思维认为只有数学才是学术高富帅能驾驭的武器，于是就有一种说法“无线通信的灵魂是算法，算法的灵魂是数学”，可惜我接触无线太晚，而且至今尚未搞懂这些复杂的公式，自然无从在无线上创新，加之天生愚钝，相必即是继续搞下去，若干年之后也只是个屌丝中的三流水平，于是我只能从网络层的角度去看问题。

回顾ICT技术几十年的发展历程，价值链的转移有着让人惊讶的规律。

我把ICT整个行业分为如下几块：

1.物理层技术：

基带芯片厂商（博通，marvel，MTK，高通，展讯，意法半导体，NXP，三星等）；

2.网络层技术：

网络交换机，路由器厂商（cisco，juniper，huawei，ALU，H3C等）3.服务器厂商：

IBM，HP，DELL，Lenovo等；

芯片技术：

AMD,Intel，威盛；

4.应用层技术：

系统平台厂商（微软，redhat，IBM，谷歌等）；

互联网服务商（谷歌，微软，facebook，苹果，box，twitter，腾讯，阿里巴巴 

Line等）；

5.消费电子:

苹果，索尼，松下，三星，飞利浦，LG等。

从价值规律的转移来看，底层芯片技术的价值链小于网络技术，网络技术价值链小于服务器技术；

服务器技术价值链小于系统平台技术；

系统平台技术价值链小于互联网服务技术；

纯粹的消费电子已经沦为红海，门槛之低，山寨泛滥，只有像苹果之类的极富创新的公司，依靠软硬件+互联网服务才能获取整个消费电子产业链的顶端丰厚利润，其它山寨之流则只能陷入无底线的厮杀。

尽管物理层依然有着巨大的门槛，但是从价值链的转移来看，物理层技术可能已经位于价值链的末端。

与价值链的转移惊人相似的是人才的转移，如今的云计算虚拟化技术工程师可能是谷歌，微软，vmware等争相抢购的宠儿，而一个搞网络技术的工程师，可能最完美的去处只能是Cisco..........

回到EPC的网络架构，相比GPRS已经有了巨大变化。

说点题外话-------关于市场调研

今天回家比较晚，看了一下C114的论坛，有一些感想。

在我本科的时候，我是不知道C114的，研究生毕业那年，为了找个什么写论文的素材，才第一次光顾论坛，上班以后，难得上太多外网，看C114成了我为数不多的乐趣。

今天打开论坛，我特意看了下今天发帖排名靠前的几个版块，有点小发现，同时也对我的帖子有了更多的思考和定位，也可以说今天我实际上是做了一次市场调研。

如果说“夜话核心网”是我的一次创业，那么创业前的市场调研实际上是必须的，至少我应该明白我帖子面向的读者是哪些人。

但是在2013年6月30号的时候，其实我并没有想那么多，至于为什么发在现在的版块，其实也是随机的，我曾经天真的以为可能看本帖的都是些业务爱好者，可能最多的是运营商或者是设备商，但是今天看到的情况，结果似乎有些例外。

在分析之前，我明确了一下几个问题“回帖多的版块是参与度高的版块，参与度高的版块读者群比较稳定”。

于是我选取了回帖作为一个分析出发点，今天的论坛统计结果表明：

最活跃的是资料下载版块，其次是设计院相关的通信工程设计版块，然后是无线移动，通信原理与基础，次之是核心网和综合技术。

于是我得出这样的结论：

资料下载和通信原理与基础进入top3，表明论坛的活跃人群是技术人群，而且侧重于通信资料获取；

因此一个好的技术贴如果形成完整版的资料，还是能够受欢迎的；

通信工程设计版块进入top3，表明大量的读者实际侧重于工程技术，并不是我曾经以为的技术开发类人员或者学术研究的人员，因此帖子的风格可能不适于描述通信协议细节，highlevel的描述力度可能是恰到好处；

无线移动排在核心网之前，表明无线网络的内容将优于传统核心网的内容，因此如果内容侧重于无线核心网，帖子欢迎程度会高一些。

总结一下，大家对本帖的期望可能是：

从highlevel的角度阐述核心网技术，侧重无线核心网系统，满足工程技术人员的阅读需求。

4G的核心网-----EPC网络架构

EPC是LTE的PS核心网，核心的网元有三个，分别是MME,SGW,PGW。

怎么理解这三个网元呢？

MME（MobilityManagementEntity），中文名称叫移动管理实体，可以看着是一个用来信令控制的网元，故名思意它需要做移动性的管理，此外还需要做会话相关的控制处理，其它的功能则是一些辅助的功能，比如鉴权控制,信令面加密，与eNB之间的一致性保护等这些本帖不会太多介绍。

SGW叫做服务网关，它是数据面的网元，所谓数据面可以理解成数据传输的处理通道；

PGW是PDN网关，所谓PDN（PublicDataNetWork），中文名称叫做公共数据网，可以理解成核心网后端的网络系统，比如电信应用服务器，OTT服务器等等。

为什么需要两个gateway呢，曾经我也一直不理解，而且读协议的时候，还很困惑，很质疑eNodeB,SGW,PGW之间为什么需要搞这么多的GTP隧道，曾经觉得一个网关足以，年轻时，怎么说了，多了些年少轻狂，少了些成熟稳重。

正如人到中年，对生活越发了解，明白了人为什么是一撇和一捺组成，而不是两横或者了两竖，一撇一捺意味着相互支持，协助才能走的稳，人不是一个单独的个体，有着性别，所以需要同伴，需要结婚，需要家，成家了有个人相互搀扶，才能站起来抗起头顶的这片天。

同样在工作中，接触到内容多了，知识面广了，才对某些技术有了更深切的领悟，为什么需要两个Gateway呢？

其实光看协议，你是无法真正理解的，是在迷糊了好多年之后，在某一天的夜晚，我突然顿悟，PDN实际上是一个核心网数据出口锚点（所谓锚点，实际上就是一个固定的业务节点，可以理解成抛锚的地方），正因为有了锚点，所以能够容易做到和外部的互通，也更容易做到数据流量等的计费。

谈谈对认识的鸿沟

这是我的一个小感悟，工作久了总是会陷入一个怪圈，就是自我认知和周围环境对自己的认知，总是存在较大的差异，其实很多人都是自命不凡，而别人却觉得他相当普通，知识分子基本都是如此，所以古代有句话叫做“文人相轻”。

很多年前做过项目，当时我算新手，恰逢我人生最转折的时刻，偏偏项目的交付又是最紧要的关头，家里事情太多，每日工作只能疲于应付，俗话说你最疲惫的时候，往往就是最虚弱的时候，于是周围曾经默然的一些角色感觉自己异军突起，对我形成强大的攻势，现在看来太过好笑，尽管攻势很强大，最后效果也不是太理想。

此事之后，我思考很久，深刻明白了真是认知的差异，才造成了一些不必要的枝节，正是他对自己的认知和别人对他的认知差异，导致了一些紧张的氛围。

为什么总是存在这种认知的差异呢，我也想了好久，其实我也没有想明白。

可能是因为太熟悉，太接近，所以大家心中彼此都看不起？

霍金的老婆曾经因为崇拜霍金而嫁给他，然后却对他施展家暴；

李亚鹏找到了天后，无奈天后一直觉得自己是天后，而李亚鹏觉得定她就是个女人，于是日子注定是无法过下去；

同样apple的员工可能并不觉得apple有多niubility，甚至timcook还觉得jobs是个SB；

当然我没有接触雷军前，我觉得雷军就是雷布斯，可能我到了小米，我觉得自己创业也能搞个黑芝麻糊。

认知的鸿沟可能是因为身体近了，心却不在一起.........

距离才能产生美，这也许才是和谐的根基................... 

有个疑问呐，，数据层面的上网不是SSGN-GGSN然后直接连到外面的INTERNET嘛，这个PDN也是公共数据网络，PDN网关是不是连接在GGSN后面的？

（其实这个问题，说起来还真有点复杂。

需要指出的是，前面我选的图是GPRS和EPC融合的架构图，并不是单纯的GPRS或者单纯的EPC。

1.在GPRS网络中，基站（PCU）和SGSN之间是采用Gb接口，传输协议采用的帧中继或者是IP，但数据不是按照GTP协议进行传输，而在LTE中，eNodeB和SGW之间采用基于IP的GTP协议，因此协议不同。

2.GGSN是GPRS网络中的网元，GPRS网络演进到EPC后，GGSN实际进化成了PDNgateway。

而我前面的图列出了GPRS，EPC融合的架构，在这个融合架构里面，GPRS网络的数据面，是由接入网----SGSN---SGW--PGW----internetserver;

为什么要这样设计，是因为，GPRS的接入网，要连接进来必须要有SGSN（在融合架构中，确实是没有可以取代SGSN的网元），而连接到SGSN之后，出来的是GTP数据了，此时在EPC+GPRS融合的架构中，SGW实际上已经有GTP数据的处理功能，因此SGSN直接连到SGW是比较合理的，并且EPC中的PGW这个网元已经完全可以取代GGSN（即可以认为PGW是功能更为powerful的GGSN），所以没有必要担心GPRS网络中GGSN的数据出口功能，故而就没有必要再搞个GGSN在里面。

3这样可能又有新的问题出来了，是不是可以考虑将SGSN直接连接到PGW呢？

我认为这其实也是一种备选方案，至于到处为什么标准最后没有用这个方案，我想可能是考虑到PGW本身的功能定位还是在EPC网络，标准这样设计可以做到通过SGW屏蔽了接入网的一些差异问题，实际上SGW有一些承载管理的功能，如果让SGSN直接和PGW互通，相当于SGW就丧失了部分对PGW的管理，好比两个项目在一起搞，而A项目经理想让B项目组的人干活，需要找B项目经理协商一样，如果A项目经理直接越过B项目经理，指挥B项目组的人，这种搞法在现实中肯定有争议；

4.当然如果是单纯的EPC架构，则只有MME,SGW,PGW三个主要网元，而不会有SGSN和GGSN；

如果是单纯的GPRS，则只有SGSN,GGSN，而不会有SGW和PGW。

由于都是晚上比较晚发帖，有些示意图，我都是用搜索引擎获取，如果我说明不够细致的话，确实会引起了你不必要的误解，这里澄清一下吧，不知道是否解除了你的困惑。

^-^。

后期全贴完成后，时间充足我会再做一次修正，相信到时，你很多的疑问会有更多的澄清。

）

下篇内容是EPC核心网元介绍。

EPC的网络架构

前面已经说过EPC最核心的就是三个网元，分别是：

MME,SGW,PGW。

3GPP中对三个网元的功能做了详尽的定义，这里简单做一下说明：

MME，英文名称叫MobilityManagementEntity,属于EPC的控制面网元，负责信令处理部分；

SGW，英文名称叫ServingGateway,负责本地网络用户数据处理部分；

PGW，英文名称叫PDNGateway，负责用户数据包与其他网络的处理。

尽管我尽量不去讲述接入网的网元，但是在EPC中，如果完全抛开基站（eNodeB），很多内容确实是无法说清楚的，因为EPC的三个网元核心的目的都是为eNodeB服务，因此相应的信令流程，承载建立都是围绕这和eNodeB的接口进行。

所以这里我有必要对eNodeB做一些说明。

LTE的网络架构中，简单来说只有一个网元，如图所示叫做eNodeB（当然如果说明relay什么的也要扯进来的话，那也算LTE的网元，但是本帖这里还是聚焦在eNodeB本身），图中eNodeB组成的网络叫做E-UTRAN，即LTE接入网，eNodeB和其它eNodeB之间的接口叫做X2接口，eNodeB和MME之间的接口叫S1-C接口（信令面接口），eNodeB和SGW之间的接口叫做S1-U接口（数据面接口）。

和UMTS相比，相当于UMTS中的NodeB和RNC融合为LTE中的eNodeB网元，LTE中少了UMTS架构中Iub接口，而LTE中的X2接口类似于UMTS的Iur接口，LTE中的S1接口类似于UMTS中的Iu接口。

UMTS的网络架构如下：

为什么LTE相比UMTS，在网络架构上有如此大的变化？

根本原因在于LTE的设计需求，LTE在设计之初，定下了20兆带宽，下行100兆bps，上行50兆bps的速率要求，决定了空口技术需要根本性的变化；

除此以外LTE设计需求中，还定下了网络时延的需求，具体3GPP规定，对时延要求最严格的实时游戏类业务，从用户终端到服务器的端到端单向时延为50ms，其间传输时延需要在10ms以内。

因此为了达到时延的要求，采用了eNodeB取代NodeB+RNC的架构，减少了RNC网元和Iub接口，相应的处理和传输时延也得到了降低。

------这里暂时先埋一个伏笔，未来我对SDN的架构阐述中，可能大家又会看到SDN怎么又有了UMTS的影子？

难道又转土重来？

这是不是历史的倒退？

也许大家还记得我曾经说过，网络的演进从来都是螺旋式上升，变化中蕴藏着不变，不变中隐含着