本文参考了陈学梁，李丹编著的大话核心网。本文仅限于个人学习，研究，交流，不得用于其他商业用途！
在文章《5G网络架构演进 之一》中，我们介绍了LTE的网络架构，并列举了每个网元的功能。LTE网络架构如图1所示：
图1.LTE网络架构
LTE的网络架构大致可以分为三个部分
第一部分：LTE网络为了满足网络的向后兼容性所引入的；
第二部分：接入网络部分，接入网演进几乎是历次移动通信网络架构演进中最为关键的部分；
第三部分：核心网部分，这部分是5G网络演进的重点。
本节我们针对LET的核心网部分进行详细的介绍。
- 核心网EPC
LTE的核心网又叫作 EPC (Evolved Packet Core network)，核心网主要包含三个网元，分别是：
MME（Mobility Management Entity)
是移动管理实体，是一个用于信令控制的网元，主要用作移动性的管理。此外还需要做会话相关的控制处理。功能列表：
1）NAS信令处理，NAS信令安全保护
2）3GPP内不同节点之间的移动性管理
3）空闲移动终端的跟踪和可达TA List管理
4）P-GW和S-GW选择
5）MME和SGSN选择
6）合法监听，漫游控制，安全认证，承载管理
S-GW (Serving Gateway)
核心网的服务网关，是数据面的网元，数据面可以理解为数据传输的处理通道，负责本地网络用户数据处理。功能列表：
1）eNodeB之间切换的本地锚点
2）E-UTRAN空闲模式下数据缓存，触发网络侧ServiceRequest流程
3）数据包路由和转发
4）上下行传输层数据包标记
P-GW (PDN Gateway)
PDN（Public Data Network）公共数据网, 充当外部数据连接的边界，核心网后端的网络系统。功能列表：
1）用户包过滤
2）IP地址分配
3）上下行传输层数据包标记
4）Non-GBR基于AMBR的下行速率控制
5）GBR基于MBR的下行速率控制
- EPC网络架构
EPC的网元主要包括MME，SGW，PGW。因此相应的EPC协议也是围绕这三个网元之间的接口来展开的。他们之间的接口协议如图2.所示。
图2.EPC网元间接口
在《LTE的组网架构与接口协议》一文中，给出一个无线通信通用的“三层两面”模型，该模型在EPC中仍然是适用的。如图3：
- 接口协议的通用模型
三层指的是，
网络层, L3
主要功能是寻址、路由选择、连接的建立和控制、资源的配置策略等等；
数据链路层, L2
信道的复用和解复用、数据格式的封装、数据包的调度等。完成的主要功能是具有个性的业务数据向没有个性的通用数据帧的转换；
物理层, L1
提供两个物理实体之间的比特流传送。在无线空口中适配的是无线环境；在地面接口中，适配的是网线、光纤等传输媒介。
两面指的是，
用户面：
用户面负责业务数据的传送和处理；；
控制面：
控制面负责协调和控制信令的传送和处理；
需要注意的是，在物理层，不区分用户面和控制面；在数据链路层，数据的处理功能开始区分用户面和控制面；在网络层上，用户面和控制面则由不同的功能实体来完成。
- EPC协议架构
EPC的控制面协议栈和用户面协议栈分别如图4.和图6.所示，
图4.EPC控制面协议栈
eNodeB和MME之间是采用S1-MME接口，也可以叫做S1-C接口。协议栈的层次和OSI七层模型非常相似，其中SCTP是一个TCP类型的传输协议，一般用于通信系统中保证数据的可靠性传输，但是SCTP要比传统的TCP要复杂的多。SCTP之上是应用层协议，叫做S1-AP，即S1AP信令消息。一般可以通过协议分析软件直观看到协议消息，通过分析S1AP消息，可以判定网元的一些业务行为。在此简单比较TCP，UDP和SCTP，如图5所示。
图5.TCP，UDP和SCTP比较
图6. EPC用户名协议栈
数据面协议栈涉及到的网元包括eNodeB, SGW和PGW。网元通信之间的协议是对等的。数据面采用安全等级相对较低的UDP协议，主要原因是数据面传输的内容相对于控制面的内容，可靠性要求较低，但是实时性要求较高。这样需要传输协议实现简单，以便快速进行数据的处理和转发。综合比较三种类型的协议，选择UDP来实现数据面的内容传输。
- EPC的业务流程
以附着流程为例，来简单的演示一下核心网各个网元之间的工作的流程。
图7. 核心网附着流程图
步骤1~6：核心网进行用户数据验证，鉴权和遗留承载删除；
步骤7~14：核心网建立默认承载，打通上行数据通道；
步骤15~16：上行数据传输；
步骤17~19：打通下行数据通道，修改承载；
步骤20~21：下行数据传输。
