核心网入门萌新转载来源CSDN

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在我们正式讲解之前，我想通过这张网络简图帮助大家认识一下全网的网络架构，通过对全网架构的了解，将方便您对后面每一块网络细节的理解。

这张图分为左右两部分，右边为无线侧网络架构，左边为固定侧网络架构。

无线侧：手机或者集团客户通过基站接入到无线接入网，在接入网侧可以通过RTN或者IPRAN或者PTN解决方案来解决，将信号传递给BSC/RNC。在将信号传递给核心网，其中核心网内部的网元通过IP承载网来承载。

RTN 定义: 实时网络，Real-Time Networks
PTN 定义: 分组传送网，Packet Transport Network，是指这样一种光传送网络架构和具体技术：在IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面，它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并支持多业务提供，具有更低的总体使用成本（TCO），同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等。
IP RAN 定义：无线接入网IP化，IP Radio Access Network，是指以IP/MPLS协议及关键技术为基础，主要面向移动业务承载并兼顾提供二三层通道类业务承载，以省为单位，依托CN2骨干层组成的端到端的业务承载网络。在IP RAN网络中主要包括接入层、汇聚层和核心层，而核心层又分为城域核心层、省核心层。
BSC 定义：基站控制器，Base Station Controller，是基站收发台（BTS）和移动交换中心（MSC）之间的连接点，也为基站收发台和移动交换中心之间交换信息提供接口。一个基站控制器通常控制几个基站收发台。BSC主要功能是进行无线信道管理、实施呼叫和通信链路的建立和拆除，并为本控制区内移 动台的过区切换进行控制等。BSC/RNC: 基站控制器（base station control），BSC在基站子系统中起控制器和话务集中器作用，一个基站控制器根据话务量可以控制数十个BTS。
MSC 定义：移动业务交换中心，mobile switching center，是网路的核心，它提供交换功能以及面向系统其他功能实体。MSC可以从三种数据库（HLR,VLR,AUC）获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。反之，MSC也根据其最新获取的信息请求更新数据库的部分数据。MSC具有号码储存译码、呼叫处理、路由选择、回波抵消、超负荷控制等功能；MSC作为网路核心，应能支持位置登记、越区切换和自动漫游等移动管理功能；MSC还应支持信道管理、数据传输，以及包括鉴权、信息加密、移动台设备识别等安全保密功能。
VLR 定义：访问位置寄存器，visiting location register ，服务于其控制区域内移动用户的，存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫连接的必要条件。VLR从该移动用户的归属用户位置寄存器(HLR)出获取并储存必要的数据。一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。
HLR 定义： 归属位置寄存器，Home location register，是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制的所有存在的移动用户的相关数据，所有移动用户重要的静态数据都存储在HLR中，这包括移动用户识别号码、访问能力、用户类型和补充业务等数据。HLR还存储这归属用户有关的动态数据信息，如用户位置更新信息或漫游用户所在的MSC/VLR地址以及分配给用户的补充业务。
EIR 定义：移动设备识别寄存器，Equipment Identity Register，它存储着移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），通过检查白色清单、黑色清单或灰色清单这三种表格，在表格中分别列出准许使用的、失窃不准使用的、出现异常需要监视的移动设备的IMEI号码。AUC依据MSC的要求，检验IMEI以及其状态，并将结果报告MSC。
AUC 定义：鉴权中心，Authentication center，GSM系统采取了特别的安全措施，例如用户鉴权、对无线接口上的话音、数据和信号信息进行保密等。因此AUC存储着鉴权算法和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的用户通信的安全。
GSM网 定义：全球移动通讯系统，Global System for Mobile Communications，俗称"全球通"，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，是世界上第一个对数字调制、网络层结构和业务作了规定的蜂窝系统的网络。

固网侧：家客和集客通过接入网接入，接入网主要是GPON，包括ONT、ODN、OLT。信号从接入网出来后进入城域网，城域网又可以分为接入层、汇聚层和核心层。BRAS为城域网的入口，主要作用是认证、鉴定、计费。信号从城域网走出来后到达骨干网，在骨干网处，又可以分为接入层和核心层。其中，移动叫CMNET、电信叫169、联通叫163。

GPON 定义：具有千兆位功能的无源光网络，Gigabit-Capable Passive Optical Networks，是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽，高效率，大覆盖范围，用户接口丰富等众多优点，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化，综合化改造的理想技术。
GPON是光纤传输的形式之一，PON是光纤传输的形式的统称。
PON 定义：无源光纤网络，Passive Optical Network，是指（光配线网中）不含有任何电子器件及电子电源，ODN全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。一个无源光网络包括一个安装于中心控制站的光线路终端（optical line terminal, OLT），以及一批配套的安装于用户场所的光网络单元（Optical Network Unit, ONUs）。在OLT与ONU之间的光配线网（Optical Distribution Node，ODN）包含了光纤以及无源分光器或者耦合器。
ONT 定义：光网络终端，Optical Network terminal
BRAS 定义：宽带远程接入服务器，Broadband Remote Access Server

固网侧和无线侧之间可以通过光纤进行传递，远距离传递主要是有波分产品来承担，波分产品主要是通过WDM+SDH的升级版来实现对大量信号的承载，OTN是一种信号封装协议，通过这种信号封装可以更好的在波分系统中传递。

SDH 定义：同步数字体系，Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系
OTN 定义：光传送网，OpticalTransportNetwork

最后信号要通过防火墙到达INTERNET，防火墙主要就是一个NAT，来实现一个地址的转换。这就是整个网络的架构。

NAT 定义：网络地址转换，Network Address Translation

核心网

核心网的英文叫Core Network（核心网络），简称CN
为了方便理解，大家可以把核心网视为一个“非常复杂的加强版路由器”。

通信网络的三大组成部分：接入网、承载网、核心网。
这是一个简化版的移动通信架构图

接入网是“窗口”，负责把数据收上来；承载网是“卡车”，负责把数据送来送去；核心网呢，就是“管理中枢”，负责管理这些数据，对数据进行分拣，然后告诉它，该去何方。

无线接入网，也就是通常所说的RAN（Radio Access Network）。简单地讲，就是把所有的手机终端，都接入到通信网络中的网络。大家耳熟能详的基站（BaseStation），就是属于无线接入网（RAN）。
而对数据的处理和分发，其实就是“路由交换”，这是核心网的本质。
核心网之所以复杂，其实是人为造成的。再具体一点说，就是因为市场的需要。用户产生欲望，市场制造欲望，欲望越多，需求越多。需求越多，业务越多。业务越多，设备越多，接口越多，网络越复杂。

最早的时候，固定电话网的核心网，说白了就是把电线两头的电话连接起来，这种交换，非常简单。

后来，用户数量越来越多，网络范围越来越大，开始有了分层。

网络架构也复杂了，有了网元。网元就是Net Element（网络单元），简称NE，是具有某种功能的网络单元实体。
同时，我们要识别和管理用户了——不是任何一个用户都允许用这个通信网络。只有被授权的合法用户，才能使用。
于是，多了一堆和用户有关的设备（网元）。简而言之，它们的核心任务只有三个：认证、授权和记账。

认证，就是看你是不是合法用户，有没有密钥。
授权，就是看你有权限做什么事，哪些服务可以用，哪些不能用。
记账，就是看你做了哪些事，然后记录下来，收你的钱。
再后来，有了无线通信，连接用户的方式变了，从电话线变成无线电波，无线接入网诞生。接入网变了，核心网也要跟着变，于是有了无线核心网。
再再后来，有了2G、3G、4G。
每一代通信标准，每一项具体制式，都有属于自己的网络架构，自己的硬件平台，自己的网元，自己的设备。

于是，这个网络就变得空前复杂。

这张图，只是一个LTE而已

虽然我们从1G开始，历经2G、3G，一路走到4G，号称是技术飞速演进，但整个通信网络的逻辑架构，一直都是：手机→接入网→承载网→核心网→承载网→接入网→手机。
通信过程的本质，就是编码解码、调制解调、加密解密。

通信标准更新换代，无非是设备改个名字，或者挪个位置，功能本质并没有变化。

为什么每一代新通信标准出现，都要换新的设备呢？主要原因在于：
第一，因为用户数量激增，无线速率激增，所以网络设备的数据处理能力必须随之激增。处理器的运算速度激增，设备单板端口数量和带宽激增（电口变光口），内部线路（总线）的带宽激增。就像我们的电脑一样，以前是1M网卡，后来是奔腾处理器，100M网卡，现在是酷睿处理器，1000M网卡。这就是升级换代，速度和性能的提升。
第二，就是业务变得无比复杂了。最开始是打电话，后来多了发短信，再后来，多了上网（数据业务）。你以为就这三种简单业务？细究起来，远远不止啊：以前是后付费，你打电话，我记账，月底给你账单。后来，有了预付费，你先存钱，你打电话的同时，我随时盯着你，只要你的余额一用完，我立刻掐掉你的电话。为了实现“预付费”这个功能，我们多了“智能网”设备。以前发文本短信，后来要发彩信。以前电话振铃就是嘟嘟嘟，后来有了彩铃。以前电话号码是正常位数，现在多了短号码，多了集团用户，多了特服号码（不是你想的那种“特殊服务”啊，是110、119、120这种特殊情况服务号码）。更别说还有变态的一卡双号和一号双卡。以前上网就是统一按流量收费，现在有了定向免流量（像腾讯大王卡这种）。所有这些特殊的业务，都带来了新网元，新设备，新功能，从而导致整个核心网，越来越庞大，越来越复杂。
小枣君个人认为，无线的难，难在空中接口、信道。站在研发的角度，编解码方式的设计、调制解调方式的设计、天线的设计、算法、仿真等，都难。然后，网络的性能指标、参数设置、手机状态、阀值、兼容问题等，也难（尤其是对网优工程师）。但是，终究都是围绕空口这一个接口转，标准流程并不算复杂，涉及的网元也不多。
而且，对于一线工程师来说，理论部分都是顶层设计好的，不需要改动（例如前面说的编码方式、信道设计、物理层结构）。所以，实际工作中，这一方面要好一些。更多的工作难度，是来自于基站的数量。一个项目，几千个站，需要把它们都照顾好，经常要下站点，是体力上的考验、困难。
但是，核心网恰好相反。核心网，就是路由交换，打包发包，围着协议栈、TCP/IP、OSI模型、报文转，没有空间波那些高深的理论，也不需要想破头去考虑如何突破速率瓶颈和对抗干扰。但是，它涉及的功能性网元种类多，网元与网元之间的接口非常多。不同的接口，使用的是不同的协议，要记住的协议细节很多。
而且，核心网有各种业务，例如短信、智能网、VoLTE等，业务的流程非常复杂，涉及到很多网元的配合，甚至跨网络类型（例如同时接入3GPP无线和Non-3GPP无线）。所以，核心网的一线工程师之所以难当，就是难在业务流程、业务对接和协议参数上。此外，就是各种网元的各种数据配置项，非常复杂。再有一个，复杂的网络，一旦出现问题，排查起来非常困难。
不过和无线相比，核心网有一点优势，就是KPI指标。无线非常关注指标，而核心网对指标其实并不是特别care。不是指标不重要，而是说核心网要么就是对的，要么就是错的，一旦能接通，就每次都能。不存在有时候成功，有时候失败。而无线空口的话就说不准了。

通信网络的发展演进，无非就是两个驱动力，一是为了更高的性能，二是为了更低的成本。

接入网

分散的BBU变成BBU基带池之后，更强大了，可以统一管理和调度，资源调配更加灵活！
C-RAN下，基站实际上是“不见了”，所有的实体基站变成了虚拟基站。
所有的虚拟基站在BBU基带池中共享用户的数据收发、信道质量等信息。强化的协作关系，使得联合调度得以实现。小区之间的干扰，就变成了小区之间的协作（CoMP），大幅提高频谱使用效率，也提升了用户感知。
多点协作传输(CoMP，Coordinated Multiple Points Transmission/Reception)是指地理位置上分离的多个传输点，协同参与为一个终端的数据(PDSCH)传输或者联合接收一个终端发送的数据(PUSCH)。
BBU基带池既然都在CO（中心机房），那么，就可以对它们进行虚拟化了！
虚拟化，就是网元功能虚拟化（NFV）。


注意，在图中，EPC（就是4G核心网）被分为New Core（5GC，5G核心网）和MEC（移动网络边界计算平台）两部分。MEC移动到和CU一起，就是所谓的“下沉”（离基站更近）。

BBU（主要负责信号调制）、RRU（主要负责射频处理），馈线（连接RRU和天线），天线（主要负责线缆上导行波和空气中空间波之间的转换）。
在5G网络中，接入网不再是由BBU、RRU、天线这些东西组成了。而是被重构为以下3个功能实体：

• CU（Centralized Unit，集中单元）原BBU的非实时部分将分割出来，重新定义为CU，负责处理非实时协议和服务。
• AAU（Active Antenna Unit，有源天线单元）BBU的部分物理层处理功能与原RRU及无源天线合并为AAU。
• DU（Distribute Unit，分布单元）BBU的剩余功能重新定义为DU，负责处理物理层协议和实时服务。
• 简而言之，CU和DU，以处理内容的实时性进行区分。
  把网络拆开、细化，就是为了更灵活地应对场景需求。
  说到这里，就要提到5G的一个关键概念——「切片」。
  切片，简单来说，就是把一张物理上的网络，按应用场景划分为N张逻辑网络。不同的逻辑网络，服务于不同场景。
  

CRAN、DRAN、Cloud RAN

（1）射频收发模块
一般叫做RF单元，也就是我们经常说的RRU。

（2）基带处理模块
Baseband Processing，也就是我们经常说的BBU。

BBU又可以划分为CU和DU

CU：非实时处理模块。L3信令流程等，对时延要求不是很高的业务处理模块。
DU：实时处理模块。编解码、调度等对时延要求较高的业务处理模块。
CRAN、DRAN、Cloud RAN等概念就是对RRU、BBU（CU、DU）在物理上如何布局的描述：
（1）CU和DU集中在BBU盒子里。在3G、4G时代，最熟悉的基站形态是RRU+BBU，强调基带和射频的分布式部署。其中，CU和DU是部署在BBU中的，这种传统方式被称为DRAN（D指distributed）。
（2）CU和DU集中在BBU盒子里。为了节省空间、机房设施，BBU被集中对方在距离站点几公里~十几公里的机房中。这种方式还可以让集中的BBU资源共享，相互协同。这种方式，我们成为CRAN（C指centralized），强调BBU集中部署。
（3）DU在BBU盒子中，CU云化，通过虚拟化NFV技术实现。这就是Cloud RAN。DU仍然在BBU盒子中，可以用DRAN方式部署在站点位置上，也可以用CRAN的方式集中放置。

网络切片，可以优化网络资源分配，实现最大成本效率，满足多元化要求。
可以这么理解，因为需求多样化，所以要网络多样化；因为网络多样化，所以要切片；因为要切片，所以网元要能灵活移动；因为网元灵活移动，所以网元之间的连接也要灵活变化。

承载网

在5G网络中，之所以要功能划分、网元下沉，根本原因，就是为了满足不同场景的需要。前面再谈接入网的时候，我们提到了前传、回传等概念说的就是承载网。因为承载网的作用就是把网元的数据传到另外一个网元上。
这里我们再来具体看看，对于前、中、回传，到底怎么个承载法。
首先看前传Front Haul（AAU↔DU）。

移动前传是指基站RRU到BBU之间的网络，移动前传承载主要关注 CPRI 链路的高效承载; 业务颗粒为：CPRI,一般都裸纤直驱，最新技术可以用OTN承载,微波技术提供。
主要是从天线的BBU（Building Base band Unit：基带处理单元）到基站控制器RRU（Remote Radio Unit：远端射频单元）或RRH（Remote Radio Head：远端射频头）之间的连接。【去程链路】
基带BBU集中放置在机房，RRU可安装至楼层，BBU与RRU之间采用光纤传输，RRU再通过同轴电缆及功分器(耦合器)等连接至天线，即主干采用光纤，支路采用同轴电缆。RRU接收和发射信号的，BBU是处理原始信号的。BBU+RRU是基站的一种类型，叫做拉远站。

通常情况下，基站坐落在一个机柜中，通过在基站塔上的同轴电缆连接到天线。然后有人想出了一个主意，既然同轴电缆有掉电问题，为什么不通过天线将实际的无线电频率（RF）收发器放置在塔顶，并通过光纤将收发器连接到下面的基站呢？
而基站和无线电频率（RF）收发器之间的光纤连接就被称为“前传”。
前传的技术要求：
1）接口标准：CPRI
2）站点的Bit速率要求：
●如果3扇区，LTE 20MHz 22MIMO，CPRI的bit速率要达到32.457Gbit/s。
●如果站点支持LTE-A+3G+2G：15个RRH，CPRI bit速率需达20Gbit/s
3）时延：CoMP部署要求最大往返时延为200~400μs
4）时延抖动和同步：
●CPRI基带信号传输要求非常严格的低时延抖动。
●不但要解决FDD LTE+的频率同步问题，还要处理好LTE-A系统的时间同步。
●CPRI基带信号同步。
对于前传，光纤网络是必须的；对于小型站点，可以用微波链路作为可选项。

主要有三种方式：
第一种，光纤直连方式。

把BBU和RRU之间采用光纤连起来，形成点对点星型网络。
优点：带宽、时延、频率稳定性都可满足要求，维护简单，成本相对较低。
缺点：浪费光纤，传输距离短，没有保护。
适用场景：光纤资源丰富，BBU与RRU之间距离短，保护要求较低的场景。

第二种，无源WDM方式。

被动式CWDM(稀疏波分复用)
优点：节省光纤，无需有源器件，高可靠性，适合室外部署
缺点：需统一采用彩光，无双向性

第三种，有源WDM/OTN方式。

采用WDM/OTN提供的GE/10GE接口进行传输，一般组建WDM/OTN环网。
优点：带宽、时延、频率稳定性都可满足要求，节省纤芯，传输距离长，有环网保护，设备成熟度高。
缺点：成本高，维护复杂。
适用场景：光纤资源不足的场景。

再来看看中传（DU↔CU）和回传（CU以上）。
由于中传与回传对于承载网在带宽、组网灵活性、网络切片等方面需求是基本一致的，所以可以使用统一的承载方案。
主要有两种方案：
第一种，分组增强型OTN+IPRAN
第二种，端到端分组增强型OTN

“回传”是一个最初由货运行业创造出的术语，指的是一辆卡车从远程位置运送货物返回中央配送中心的过程。之后这个术语逐渐泛化，适用于各类语境，指代将远程站点连接到中心站点的链接。
在现有的无线通信中，backhaul指的是基站和基站控制器之间的链接（一般用户先接入基站，基站再与基站控制器通信，然后进入核心网）。
在无线技术中，回程（backhaul）指的是从信源站点向交换机传送语音和数据流量的功能
移动回传是指BBU到S-G W/MME之间的网络，移动回传承载主要需保障BBU集中后大带宽业务流的传送。承载技术可以MSTP\IPRAN,PTN,OTN等，承载颗粒可以为2M、FE/GE。
回程链路（backhaul）：指从接入网络或者小区站点（cellsite）到交换中心的连接。交换中心连接至骨干网络，而骨干网络连接至核心网络。位于接入网络和骨干网络之间。
互联网可以由多个异构网络互联组成。用来连接异构网络的设备是路由器。所谓异构是指两个或以上的无线通信系统采用了不同的接入技术，或者是采用相同的无线接入技术但属于不同的无线运营商。

空口：空中接口，指的是移动终端（手机）和基站之间的接口,一般是指的协议。

最后对5G承载网做一下总结：

• 架构：核心层采用Mesh组网，L3逐步下沉到接入层，实现前传回传统一。
• 分片：支持网络FlexE分片
• SDN：支持整网的SDN部署，提供整网的智能动态管控。
• 带宽：接入环达到50GE以上，汇聚环达到200GE以上，核心层达到400GE。
  

核心网2G的核心网

宽宽的机柜，有好几层机框，然后每层机框插了很多的单板。单板很薄很轻，面板是塑料的，很容易坏。
这个设备，名字就叫MSC（Mobile Switching Center），移动交换中心。
2G网络架构

2.5G

2G和3G之间，还有一个2.5G——就是GPRS。

在之前2G只能打电话发短信的基础上，有了GPRS，就开始有了数据（上网）业务。于是，核心网有了大变化，开始有了PS核心网。PS，Packet Switch，分组交换，包交换。

3G

3G除了硬件变化和网元变化之外，还有两个很重要的思路变化。
第一，IP化。IP化，就是TCP/IP，以太网。网线、光纤开始大量投入使用，设备的外第二个思路变化，就是分离。
具体来说，就是网元设备的功能开始细化，不再是一个设备集成多个功能，而是拆分开，各司其事。
在3G阶段，是分离的第一步，叫做承载和控制分离。
在通信系统里面，说白了，就两个（平）面，用户面和控制面。如果不能理解两个面，就无法理解通信系统。部接口和内部通讯，都开始围绕IP地址和端口号进行。

4G

SGSN变成MME，GGSN变成SGW/PGW，也就演进成了4G核心网

注意，基站里面的RNC没有了，为了实现扁平化，功能一部分给了核心网，一部分给了eNodeB）
MME：Mobility Management Entity，移动管理实体
SGW：Serving Gateway，服务网关
PGW：PDN Gateway，PDN网关
演进到4G核心网之前，硬件平台也提前升级了。
原来的专用硬件，越做越像IT机房里面的x86通用服务器，那么，不如干脆直接用x86服务器吧。
于是乎，虚拟化时代，就到来了。

5G

虚拟化，就是网元功能虚拟化（Network Function Virtualization，NFV）。
软件上，设备商基于openstack这样的开源平台，开发自己的虚拟化平台，把以前的核心网网元，“种植”在这个平台之上。

注意了，虚拟化平台不等于5G核心网。也就是说，并不是只有5G才能用虚拟化平台。也不是用了虚拟化平台，就是5G。
5G核心网，采用的是SBA架构（Service Based Architecture，即基于服务的架构）。SBA架构，基于云原生构架设计，借鉴了IT领域的“微服务”理念。把原来具有多个功能的整体，分拆为多个具有独自功能的个体。每个个体，实现自己的微服务。这样的变化，会有一个明显的外部表现，就是网元大量增加了。
红色虚线内为5G核心网
除了UPF之外，都是控制面


5G核心网就是模块化、软件化。
5G核心网之所以要模块化，还有一个主要原因，就是为了“切片”。