21 移动网络的前世今生

1、移动网络的发展历程

发展过程就是：2G,3G,4G,5G的过程，用2G看txt，用3G看jpg，用4G看avi。

2、2G网络

手机本来是用来打电话的，不是用来上网的，所以原来在2G时代，上网使用的不是IP网络，而是电话网络，走模拟信号，专业名称为公共交换电话网。

手机没有连接网线，也没有电话线，是如何上网的？

手机是通过收发无线信号来通信的，专业名称是Mobile Station，简称MS，需要嵌入SIM。
手机是客户端，而无线信号的服务端就是基站(BBS)。
无论无线通信如何无线，最终还是要连接到有线的网络里.

基站子系统分两部分:
4. 一是对外提供无线通信，叫作基站收发信台。
5. 二是对内连接有线网络，叫作基站控制器。
基站收发信台通过无线收到数据后，转发给基站控制器，称为无线接入网。
基站控制器通过有线网络，连接到提供手机运营商的数据中心，这部分称为核心网，核心网还没有真的进入互联网。

接入流程：
6. 首先接待基站来的数据的是移动业务交换中心（MSC，Mobile Service Switching Center），它是进入核心网的入口，但是它不会让你直接连接到互联网上。
7. 在让你的手机真正进入互联网之前，提供手机业务的运营商，需要认证是不是合法的手机接入。别你自己造了一张手机卡，就连接上来。鉴权中心（AUC，Authentication Center）和设备识别寄存器（EIR，Equipment Identity Register）主要是负责安全性的。
8. 另外，需要看你是本地的号，还是外地的号，这个牵扯到计费的问题。
9. 访问位置寄存器（VLR，Visit Location Register）是看你目前在的地方。
10.归属位置寄存器（HLR，Home Location Register）是看你的号码归属地。

当你的手机卡既合法又有钱的时候，才允许你上网。
10. 在核心网和互联网之间，还有一个网关，网关移动交换中心（GMSC ，Gateway Mobile Switching Center）就是干这个的。然后是真正的互连网。在2G时代，还是电话网络PSTN
11.数据中心里面的这些模块统称为网络子系统（NSS，Network and Switching Subsystem）
在这里插入图片描述
总结一下：
手机通过无线信号连接基站。
基站一面朝前接无线，一面朝后接核心网。
核心网一面朝前接到基站请求，一是判断你是否合法，二是判断你是不是本地号，还有没有钱，一面通过网关连接电话网络

3、2.5G网络

从2G到了2.5G，即在原来电路交换的基础上，加入了分组交换业务，支持Packet的转发，从而支持IP网络，原先是电话网络。
在网关和互联网之间，多了一个分组控制单元（PCU，Packet Control Unit），用以提供分组交换通道。

4、3G网络

到了3G时代，主要是无线通信技术有了改进，增加了无线的带宽。

5、4G网络

今天的4G网络，基站为eNodeB，包含了原来Node B和RNC的功能，下行速度向百兆级别迈进。
核心网实现了控制面和数据面的分离。
在前面的核心网里面，有接待员MSC或者SGSN，你会发现检查是否合法是它负责，转发数据也是它负责，也即控制面和数据面是合二为一的，这样灵活性比较差，因为控制面主要是指令，多是小包，往往需要高的及时性；数据面主要是流量，多是大包，往往需要吞吐量。
于是架构发生了如下的变化：
HSS用于存储用户签约信息的数据库，其实就是你这个号码归属地是哪里。
MME是核心控制网元，是控制面的核心，当手机通过eNodeB连上的时候，MME会根据HSS的信息，判断你是否合法。如果允许连上来，MME不负责具体的数据的流量，而是MME会选择数据面的SGW和PGW，然后告诉eNodeB，允许你连接。
于是手机直接通过eNodeB连接SGW，连上核心网，SGW相当于数据面的接待员，并通过PGW连到IP网络。
PGW就是出口网关。在出口网关，有一个组件PCRF，称为策略和计费控制单元，用来控制上网策略和流量的计费。

6、4G网络协议解析

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控制面协议
其中虚线部分是控制面的协议。当一个手机想上网的时候，先要连接eNodeB，并通过S1-MME接口，请求MME对这个手机进行认证和鉴权。S1-MME协议栈如下图所示：

UE就是你的手机，eNodeB还是两面派，朝前对接无线网络，朝后对接核心网络，在控制面对接的是MME。
eNodeB和MME之间的连接就是很正常的IP网络，但是这里面在IP层之上，却既不是TCP，也不是UDP，而是SCTP。这也是传输层的协议，也是面向连接的，但是更加适合移动网络。它继承了TCP较为完善的拥塞控制并改进TCP的一些不足之处。

数据面协议

7、手机上网流程(Attach)

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8、异地上网问题

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这样判断你是否能上网的在国内运营商的HSS，控制你上网策略的是国内运营商的PCRF，给手机分配的IP地址也是国内运营商的PGW负责的，给手机分配的IP地址也是国内运营商里统计的。运营商由于是在PGW里面统计的，这样你的上网流量全部通过国内运营商即可，只不过巴塞罗那运营商也要和国内运营商进行流量结算。