S^2: 4G/5G网络架构对比(一)

溯溪而上

S2小伙伴 S2微沙龙

文|niuyx

  5G核心网相较于4G核心网而言，差别是非常大的，下面我们详细介绍一下。

4G/5G
#核心网架构的呈现方式#

5G核心网架构的呈现方式包括参考点架构和服务化架构，4G核心网架构的呈现方式只有参考点架构。那什么是参考点架构，什么是服务化架构呢，它们的区别是什么呢？
1. 参考点架构
如图1所示，我们称N1、N2、N3、N4等为参考点，参考点俗称为接口。比如N8接口（或N8参考点）指的是AMF和UDM之间的威尼斯人官方网站，N11接口(或N11参考点)指的是 AMF和 SMF之间的威尼斯人官方网站。所以，参考点指明的是两两功能网元实体之间的连接。


图1

2. 服务化架构
如图1所示，AMF到UDM的N8是一个参考点，AMF再到SMF的N11是另外一个参考点，虽然N8和N11参考点都是从AMF出来的，但是它们被称作为了两个不同的参考点。
而服务化架构有点类似于总线架构，总线上的网元可以和其他所有在总线上的网元进行交互，如下图所示，AMF可以跟UDM和SMF等网元进行交互，但AMF与其他网元之间的接口都叫做Namf。


图2

3. 参考点架构和服务化架构的区别

参考点架构的呈现方式，指明的是两两功能网元实体之间的连接，是两两之间一对一的关系，不能一对多，也不能多对一；
服务化架构的呈现方式，打破了参考点架构那种一一对应两两互通的关系。每一个功能网元都可以直接和其他所有的功能网元直接进行互通，是一对多或者多对多的关系（网状的关系）。

那5G核心网架构为什么在定义了服务化架构的基础上，还要定义之前的这种参考点架构？原因就很简单，如果从AMF出来到SMF和UDM的接口都叫做Namf的话，则无法区分本次的连接到底是到SMF的，还是到UDM的。

所以5G核心网架构在服务化架构的基础之上，仍然保留了参考点架构的形式。当需要描述AMF和UDM之间的连接时，可以直接用N8参考点，当需要描述AMF和SMF之间的连接时，可以直接用N10参考点，而4G网络就只有参考点架构的形式。

4G/5G
#控制面和用户面分离#

4G和5G网络都是分组网络，控制面和用户面这两个概念是在分组网络里面一直存在的两个概念。控制面和用户面是按照数据的类型划分的，控制面是负责传输控制信令（信令交互）的，用户面是负责传输实际数据的。
我们首先来看一下4G核心网架构，如图3所示。


图3

终端会将控制信令和用户数据统一发给基站（4G基站是eNB）。在4G场景下，控制面和用户面从eNB侧开始做了一个分流，其中控制面到MME（Mobility management entity，移动性管理实体），用户面到S-GW（Service gateway，服务网关），具体分流如下：

1. 用户发给基站的信令，基站会直接转发给MME，MME专门负责4G网络场景下的移动性管理。eNB到MME之间的接口为S1-MME接口，每一个接口对应的会有一个语言，我们称之为协议，S1-MME接口使用的协议为S1AP（S1 Application）协议。

2. 用户发给基站的上网数据包，基站会直接转发给S-GW。eNB和S-GW之间的接口为S1-U接口（用户面的一个接口），S1-U接口对应的协议是GTP协议。对于GTP协议本身而言，它可以以一个隧道的形式在两个网元之间传输用户数据，也可以传输用户信令。但是因为S1-U接口只是一个用户面的接口，所以S1-U的隧道也只是一个用户面的隧道，所以我们有时候也会把S1-U接口对应的协议叫做GTP-U协议（一个用户面协议）。

乍一看，eNB侧控制面和用户面的分流，好像是把控制面和用户面分离了，但是实际上并没有完全分离，从5G网络开始才做到了控制面和用户面的完全分离，为什么这么说呢？为了增强可读性，我们把这部分内容放在了下一节描述，请继续看下一节：4G/5G网络架构对比(二)。