[4G&5G专题-19]：架构-核心网的演变以及基于服务的5G核心网网络架构

Mike

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1. 2G GSM核心网架构
2  3G UMTS核心网架构
3 4G LTE核心网架构
4 5G NR 核心网架构
1. 2G GSM核心网架构

2G组网非常简单，只提供语音业务和短消息业务。
MSC（Mobile Switching Center，移动交换中心），就是核心网的最主要设备，是处理信令的核心网元设备。
HLR（归属位置寄存器），HLR是一个静态数据库，用来存储本地用户数据信息的数据库用，用于鉴权。
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。
到了2.5G的GPRS，开始有了数据（上网）业务。于是，核心网有了第一次的大变化，开始增了核心网的PS域。
PS，Packet Switch，分组交换，包交换。
于是多出了GGSN和GGSN，SGSN和GGSN都是为了实现GPRS数据业务。
GSN：Serving GPRS Support Node，服务GPRS支持节点
GGSN：Gateway GPRS Support Node，网关GPRS支持节点。
2  3G UMTS核心网架构

2.5G到3G，基站由RNC和NodeB组成。
3G除了网元变化之外，核心网发生了两个很重要和显著的变化：
（1）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。
（2）承载和控制分离：具体来说，就是网元设备的功能开始细化，分为CP, UP，不再是一个设备集成多个功能，而是拆分开，各司其事。
在通信系统里面，说白了，就两个（平）面，用户面和控制面的分离。
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。
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子系统。

最后：
SGSN: 只负责控制面
GGSN:只负责数据面
3 4G LTE核心网架构

4G的核心网架构发生了如下的两个大的变化：
（1）电路域彻底消失，整个网络变成了纯IP的单一网络。
（2）数据域信令网关SGSN变成MME，数据网关GGSN变成SGW/PGW。
MME：Mobility Management Entity，移动管理实体
SGW：Serving Gateway，服务网关
PGW：PDN Gateway，PDN网关
相应的，接入网也发生了如下的大变化：
（1）电路域彻底消失：整个网络变成了纯IP的单一网络。
（2）网络扁平化：RNC消失了，其功能一部分给了核心网，一部分给了eNodeB。
（3）多功能多媒体网关的出现：在3G到4G的过程中，出现了一个新的网元：IMS（(IP Multimedia Subsystem），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）。

4 5G NR 核心网架构
到了5G，为了支持网络切片、网络功能虚拟化、动态配置网络等，5G核心网彻底颠覆4G的网络架构。

（1）基于服务的网络架构：
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。
（2）网元数量剧增：
有一个明显的外部表现，就是网元大量增加了。
除了数据面UP的实体UPF之外，其他都是控制面CP。
（3）网元功能的虚拟化
网元看上去很多，实际上，硬件都是在虚拟化平台里面虚拟出来的。
这样一来，非常容易扩容、缩容，也非常容易升级、割接，相互之间不会造成太大影响（不知道是核心网工程师的福音还是失业）。
简而言之，5G核心网就是模块化、软件化。就是为了“切片”。
就是为了满足不同场景的需求。不同业务应用场合，所使用的不同模块！
主要的网络功能如下：