移动网维嘉忆网络基础设施介绍手稿笔记

网络基础设施介绍

在移动通信网中，我们把整个网络分为三部分：
接入网（解决的是如何使设备接入到网络中，将手机与基站通过空中接口连接）
承载网（负责承载数据传输，就是光纤传输的那一块）
核心网（管理中枢，在电信机房中负责对你进行位置管理、更新、鉴权、连接这些管理的大型路由器，电信级路由器）。
如果说核心网是人的大脑，接入网是四肢，那么承载网就是连接大脑和四肢的神经网络，负责传递信息和指令。

一、接入网

接入网是指骨干网络到用户终端之间的所有设备。其长度一般为几百米到几公里，因而被形象地称为“最后一公里”。由于骨干网一般采用光纤结构，传输速度快，因此，接入网便成为了整个网络系统的瓶颈。接入网的接入方式包括铜线（普通电话线）接入、光纤接入、光纤同轴电缆（有线电视电缆）混合接入和无线接入等几种方式。根据国际电联关于接入网框架建议（G.902），接入网可由三个接口界定，即网络侧经由业务节点接口（SNI）与业务节点（SN）相连，用户侧由用户-网络接口（UNI）与用户终端设备相连，管理方面则经Q3接口与电信管理网（TMN）相连。

知乎接入网话题

接入网（Access Networks）是指物理上连接终端系统到第一个路由器的网络，居民宽带接入技术包括数字用户线路（DSL，电话线）、电缆（cable，有线电视电缆）、光纤入户（FTTH）、卫星连接、拨号上网等。局域网（LAN）现在通常被用来连接终端系统和边缘路由，其中，以太网（Ethernet）和WiFi是最常用的两种接入技术。

【《计算机网络：一种自顶向下的方法》阅读笔记（一）下的内容摘录宋斌斌Andy Song】

基站，就属于接入网设备中的一种。一套基站系统由多个独立设备共同组成，根据站型大小和功率，主要分为宏基站、微基站、皮基站、飞基站。

以4G LTE网络来说，基站包括BBU、RRU、射频天线三个主要组成部分。

一般来说，除了微基站之外，为了加强信号质量，还会使用室内分布系统，也就是 “室分”。 “室分”其实也是信号的二次中继和增强覆盖。从信源（例如微基站或直放站）接出馈线，然后到各个房间或通道，再利用天线发出信号。

电磁波的重要特性，就是波长和频率成反比——频率越高，波长越短，穿透力越差，传播的距离越短。5G，会开始使用毫米波（波长达到毫米级的电磁波），频率类似于28GHz（28000MHz），覆盖范围更加小。室内将使用大量的微小基站进行覆盖。所以，大家会看到越来越多的小型化基站，出现在身边。

使用频段
1G/2G 800MHz~900MHz
3G 1800MHz~2000MHz
4G 2600MHz
5G 28Ghz(28000MHz)

二、承载网

打通基站和中心机房之间的连接，负责承载数据、汇聚数据的网络，就是承载网。
当基站完成和手机的连接之后，再打通基站和中心机房之间的连接，靠的就是承载网。
承载网主要作用是传输数据，以前基本用电缆，后来因为数据上网业务的激增，流量变大，所以开始使用网线、光纤光缆进行传输，光纤的传输能力，目前也已经达到PB级（1PB/s=1024TB/s）
承载网将数据从接入网发送到核心网，当然，承载网不止包括接入网到核心网的连接部分，也包括接入网内部连接的部分，还有核心网内部连接的部分。

承载网主要由城域网和骨干网共同组成的。而城域网，又按照三层网络架构分为接入层、汇聚层和核心层。（城域网这部分看PPT吧）

核心层主要用于网络的高速交换主干；
汇聚层着重于提供基于策略的连接，位于接入层和核心层之间；
而接入层则负责将包括电脑、AP等在内的工作站接入到网络。
这样的设计能够将一个复杂的大而全的网络分成三个层次进行有序的管理。

最有代表性的承载网设备，就是 PTN（Packet Transport Network，分组传送网） OTN（Optical Transport Network，光传送网）。所谓“400G OTN”，就是指OTN的单载波承载能力，达到了400G。

三、核心网

1、核心网简介

核心网作为移动通信网络的最顶层，完成数据的路由和交换，最终实现手机用户和互联网的通道建立。通道建立之后，手机用户就可以访问互联网上的数据中心，也就是服务商的服务器，从而使用服务商提供的业务和服务。
因为核心层是网络的枢纽中心，重要性突出，因此核心层交换机应该采用拥有更高带宽、更高可靠性、更高性能和吞吐量的千兆甚至万兆以上可管理交换机。基于IP地址和协议进行交换的第三层交换机普遍应用于网络的核心层，也少量应用于汇聚层。部分第三层交换机也同时具有第四层交换功能，可以根据数据帧的协议端口信息进行目标端口判断。

2、2G到5G的核心网演变

2G：

2G核心网最主要的设备，名字叫MSC（Mobile Switching Center），移动交换中心。

MSC就是核心网的最主要设备。HLR、EIR和用户身份有关，用于鉴权。
注意：之所以图上面写的是“MSC/VLR”，是因为VLR是一个功能实体，但是物理上，VLR和MSC是同一个硬件设备。相当于一个设备实现了两个角色，所以画在一起。HLR/AUC也是如此，HLR和AUC物理合一。

2.5G：

后来，到了2.5G。是的没错，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。

红色部分为PS交换
很快，基站部分跟着变，2.5G到了3G，网络结构变成了这样：

3G：

3G基站，由RNC和NodeB组成。 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。其中之一，就是IP化。 IP化，就是TCP/IP，以太网。网线、光纤开始大量投入使用，设备的外部接口和内部通讯，都开始围绕IP地址和端口号进行。
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。

在通信系统里面有两个面，用户面和控制面。

用户面，就是用户的实际业务数据，就是你的语音数据，视频流数据之类的。
而控制面，是为了管理数据走向的信令、命令。
这两个面，在通信设备内部，就相当于两个不同的系统，2G时代，用户面和控制面没有明显分开。3G时代，把两个面进行了分离。

4G核心网：

MME：Mobility Management Entity，移动管理实体
SGW：Serving Gateway，服务网关
PGW：PDN Gateway，PDN网关
在3G到4G的过程中，IMS出现了，取代传统CS（也就是MSC那些），提供更强大的多媒体服务（语音、图片短信、视频电话等）。IMS，使用的也主要是ATCA平台。 ATCA里面的业务处理单板，本身就是一台单板造型的“小型化电脑”，有处理器、内存、硬盘，我们俗称“刀片”。
就是网元功能虚拟化（Network Function Virtualization，NFV）。

硬件上，直接采用HP、IBM等IT厂家的x86平台通用服务器（目前以刀片服务器为主，节约空间，也够用）。
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。网元功能软件与硬件实体资源分离。

设备商先在虚拟化平台部署4G核心网，也就是，在为后面5G做准备，提前实验。硬件平台，永远都会提前准备。

5G核心网：

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。
单体式架构（Monolithic）→ 微服务架构（Microservices）
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”。
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。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。

例如，在低时延的场景中（例如自动驾驶），核心网的部分功能，就要更靠近用户，放在基站那边，这就是“下沉”。

1、5G承载网到底有什么不同？

2、知乎小枣君科普承载网接入网核心网

3、5G相关 | 光模块之电信与数通市场研究

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