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本人就職于國(guó)際知名終端廠商，負(fù)責(zé)modem芯片研發(fā)。
在5G早期負(fù)責(zé)終端數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)層、核心網(wǎng)相關(guān)的開(kāi)發(fā)工作，目前牽頭6G算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究。


博客內(nèi)容主要圍繞：
???????5G協(xié)議講解
???????算力網(wǎng)絡(luò)講解（云計(jì)算，邊緣計(jì)算，端計(jì)算）
???????高級(jí)C語(yǔ)言講解
???????Rust語(yǔ)言講解

5G 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)

5G 除了滿足人與人之間的通信，更重要的目標(biāo)是萬(wàn)物互聯(lián)。4G 已經(jīng)改變了人類(lèi)的生活方式，5G 將改變社會(huì)的生產(chǎn)模式

???????5G 接入網(wǎng)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)類(lèi)似于 LTE 協(xié)議棧，由用戶面（UP）和控制面（CP）組成。其中，控制面主要處理系統(tǒng)信令層面的數(shù)據(jù)，與核心網(wǎng)控制面節(jié)點(diǎn) AMF 連接；用戶面處理用戶數(shù)據(jù)，與核心網(wǎng)用戶面節(jié)點(diǎn) UPF 連接。

???????在接入網(wǎng)側(cè)，控制面協(xié)議棧的組成沒(méi)有發(fā)生變化，任然由物理層、L2（MAC、RLC、PDCP）、RRC、NAS層組成。其中 RRC 終止于基站，NAS終止于 AMF。但在用戶面，協(xié)議棧組成除了類(lèi)似 LTE 協(xié)議棧包含的 PHY、MAC、RLC、PDCP以外，還新增了 SDAP 層，關(guān)于SDAP層的介紹可以參考我的博客《【5G系列】SDAP (Service Data Adaptation Protocol)協(xié)議詳解》。

???????5G 核心網(wǎng)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)與 LTE 相比幾乎沒(méi)有什么變化。核心網(wǎng)協(xié)議棧分別由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、IP層組成下三層。用戶面的傳輸層選擇 IETF 定義的 UDP；而控制面的傳輸層選用 IETF 定義的 SCTP。上層為 GTP-U 和 NG-AP 層，這兩層對(duì)應(yīng)到 OSI 七層模型中的應(yīng)用層。

5G 協(xié)議棧和 OSI 七層模型的關(guān)系

協(xié)議棧常常通過(guò)分層來(lái)達(dá)到簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和互聯(lián)互通的目的。底層協(xié)議為上層提供服務(wù)，而上層則利用下層所提供的服務(wù)，上層不必清楚下層過(guò)程處理的具體細(xì)節(jié)。

???????大家可能會(huì)發(fā)現(xiàn) 5G 核心網(wǎng)和 OSI 七層模型或者 TCP/IP 五層模型是非常相似的。但 5G 接入網(wǎng)協(xié)議結(jié)構(gòu)和它們有很大的區(qū)別。那么 5G 接入網(wǎng)協(xié)議棧架構(gòu)和 OSI 以及 TCP/IP 模型到底有什么區(qū)別和聯(lián)系呢？

???????首先，從核心網(wǎng)來(lái)看，基本符合 TCP/IP 五層模型定義，由物理層、L2、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層組成。我們可以一一梳理核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的各個(gè)子層。

• 應(yīng)用層協(xié)議。GTP-U 、 NG-AP（以及 LTE 的 S1-AP）從本質(zhì)上屬于應(yīng)用層協(xié)議，只不過(guò)該應(yīng)用層為電信核心網(wǎng)內(nèi)部定義的專(zhuān)用應(yīng)用層，并不向普通用戶開(kāi)放。
• 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層。IP層（L2之上）用作在電信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶ぶ泛吐酚?#xff0c;其 IP 地址為電信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部分配的 IP 地址。
• 傳輸層協(xié)議。核心網(wǎng)控制面?zhèn)鬏攲硬捎?SCTP，用戶面采用 UDP，兩者的區(qū)別是: SCTP 提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，以適應(yīng)控制面特征；用戶面采用 UDP 協(xié)議，提供不可靠傳輸，可靠的傳輸利用底層的HARQ、ARQ保障。

從上面的分析來(lái)看，核心網(wǎng)協(xié)議棧之所以符合 TCP/IP 五層模型的主要原因是核心網(wǎng)從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是一種定制化的傳輸網(wǎng)絡(luò)，它的基本原理和功能與 TCP/IP 模型描述的互通網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似。

OSI七層模型TCP/IP五層模型對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

應(yīng)用層	應(yīng)用層	HTTP、TFTP、FTP、NFS、WAIS、SMTP
表示層		Telnet、Rlogin、SNMP、Gopher
會(huì)話層		SMTP、DNS
傳輸層	傳輸層	TCP、UDP、SCTP
網(wǎng)絡(luò)層	網(wǎng)絡(luò)層	IP、ICMP、ARP、RARP、AKP、UUCP
數(shù)據(jù)鏈路層	數(shù)據(jù)鏈路層	FDDI、Ethernet、Arpanet、PDN、SLIP、PPP
物理層	物理層	IEEE 802.1A、IEEE 802.2~IEEE 802.11等

???????但是，接入網(wǎng)就不同了。接入網(wǎng)協(xié)議棧和 TCP/IP 以及 OSI 模型有很大的差異，這個(gè)差異本質(zhì)上是因?yàn)闊o(wú)線接入網(wǎng)架構(gòu)和一般的互通網(wǎng)絡(luò)有很大差異（一般不存在多跳路徑），此外，無(wú)線接入網(wǎng)傳輸介質(zhì)（空氣）的基本特征也引起了對(duì)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)的重建，具體來(lái)說(shuō)有如下幾個(gè)特征：

• 接入網(wǎng)無(wú)網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層。接入網(wǎng)無(wú)網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的主要原因是接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)互通網(wǎng)絡(luò)要簡(jiǎn)單很多，不存在多點(diǎn)之間的傳輸問(wèn)題（即便考慮小基站和其它異構(gòu)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，也屬于少量節(jié)點(diǎn)之間的傳輸且數(shù)據(jù)傳輸路徑固定），因此，沒(méi)有必要設(shè)置網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的路由和尋址；
• RRC 層和 NAS 層本質(zhì)上屬于應(yīng)用層協(xié)議。RRC 和 ANS 層從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是應(yīng)用層，其功能是實(shí)現(xiàn) UE 與基站、UE 與 核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間的信令傳輸；
• 接入網(wǎng)采用無(wú)線傳輸，較固定電纜復(fù)雜很多。因此，考慮到靈活承載業(yè)務(wù)、簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和縮短處理時(shí)延，接入網(wǎng)協(xié)議棧進(jìn)行了以下一系列的特殊設(shè)計(jì)：
  • 由于無(wú)線相對(duì)有線來(lái)說(shuō)，信息傳輸泄露和篡改的風(fēng)險(xiǎn)更大，因此，在接入網(wǎng)的 L2 增加了 PDCP 子層，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶數(shù)據(jù)和信令的加密和完整性保護(hù)功能；
  • 接入網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸采用無(wú)線承載的概念以保證用戶QoS，因此，在 L2 新增 SDAP 子層，以實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng) QoS Flow 到無(wú)線承載之間的映射和管理；
  • 無(wú)線傳輸比有線傳輸更容易受到環(huán)境的影響而造成傳輸失敗，因此，在 L2 的 MAC 子層和 RLC 子層采用了雙層的可靠性保障機(jī)制（HARQ、ARQ），以實(shí)現(xiàn)可靠性和傳輸效率的平衡；
  • 無(wú)線資源受限，為了保證多用戶 QoS 和公平性，因此，在 L2 的 MAC 子層設(shè)置了復(fù)用和優(yōu)先級(jí)管理功能；
  • 無(wú)線信號(hào)動(dòng)態(tài)變化幅度大，物理層實(shí)際傳輸能力動(dòng)態(tài)變化。因此，在 L2 的 MAC 子層增加了自適應(yīng)的調(diào)制與編碼功能（MAC 控制，物理層執(zhí)行），在 RLC子層設(shè)置對(duì)高層數(shù)據(jù)分組的分段功能，以匹配物理層的變化；
  • 考慮到低時(shí)延需求，將原本應(yīng)該由 L3 控制的 DTX/DRX 功能下沉到 MAC 負(fù)責(zé)。

5G 核心網(wǎng)和接入網(wǎng)協(xié)議棧與 OSI、TCP/IP 模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系表

OSI 模型TCP/IP 模型5G RAN5G CN

應(yīng)用層	應(yīng)用層	RRC、NAS	GTP-U、NG-AP
表示層
會(huì)話層
傳輸層	傳輸層		SCTP/UDP
網(wǎng)絡(luò)層	網(wǎng)絡(luò)層		IP
數(shù)據(jù)鏈路層	數(shù)據(jù)鏈路層	MAC、RLC、PDCP、SDAP	數(shù)據(jù)鏈路層（L2）
物理層	物理層	物理	物理

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這里是從善若水的博客，感謝您的閱讀📕📕📕

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【5G架构】5G 协议栈结构以及与OSI七层协议之间的关系的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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