手机是如何通过基站接入互联网的?

发布时间:2017/01/03 12:00:13 投稿: 网友投稿

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导读: 【LPSPURS的回答(114票)】: 来个看图识字吧~ 比较早期的2G网络上网是通过CSD方式进行的, 但是CSD是基于电路交换的,在应对以IP封包为主的internet业务时并不高效,因此GSM在后续的演进中引入了GPRS技术 。 上图为GPRS网络的一个拓补图,BTS是基站,分布在我...

【LPSPURS的回答(114票)】:

来个看图识字吧~

  • 比较早期的2G网络上网是通过CSD方式进行的,但是CSD是基于电路交换的,在应对以IP封包为主的internet业务时并不高效,因此GSM在后续的演进中引入了GPRS技术

    上图为GPRS网络的一个拓补图,BTS是基站,分布在我们周围,BSC是基站控制器,主要放置于各地市运营商的中心机房中,BTS和BSC/PCU组成了无线接入网,其他网元则为核心网。注意看PCU、SGSN、GGSN这三个网元,它们是GPRS出现后才加上去的。PCU作用主要是把从基站传至BSC的数据中的分组业务数据单独剥离出来,然后传递给SGSN。SGSN可以简单的理解为一个大型的、多功能的交换机,负责鉴权、移动性管理、加密、计费、路由选择等等。GGSN则是网关设备,简单理解就像是一个“翻译家”,把internet上的“语言”翻译成SGSN能听懂的“语言”,同时也把SGSN的“语言”翻译成internet能听懂的“语言”,另外又像是一个“海关+国家安全部门”,控制着整个GPRS网络的对外出口,什么数据不能进,什么数据能进都由GGSN来把关。另外手机等终端需要上internet,就需要IP地址,IP地址也由GGSN来分配。上述的三个网元设备构成了划时代的核心网分组交换域(即PS域,原先只有CS电路交换域)。上图为GPRS网络的一个拓补图,BTS是基站,分布在我们周围,BSC是基站控制器,主要放置于各地市运营商的中心机房中,BTS和BSC/PCU组成了无线接入网,其他网元则为核心网。注意看PCU、SGSN、GGSN这三个网元,它们是GPRS出现后才加上去的。PCU作用主要是把从基站传至BSC的数据中的分组业务数据单独剥离出来,然后传递给SGSN。SGSN可以简单的理解为一个大型的、多功能的交换机,负责鉴权、移动性管理、加密、计费、路由选择等等。GGSN则是网关设备,简单理解就像是一个“翻译家”,把internet上的“语言”翻译成SGSN能听懂的“语言”,同时也把SGSN的“语言”翻译成internet能听懂的“语言”,另外又像是一个“海关+国家安全部门”,控制着整个GPRS网络的对外出口,什么数据不能进,什么数据能进都由GGSN来把关。另外手机等终端需要上internet,就需要IP地址,IP地址也由GGSN来分配。上述的三个网元设备构成了划时代的核心网分组交换域(即PS域,原先只有CS电路交换域)。手机从基站接入,传递数据给基站,然后基站传递给上层BSC,PCU从中剥离出分组业务数据,传递给SGSN,最后通过SGSN经由GGSN这个网关将数据汇入到茫茫internet中~

  • 上图是CDMA2000的网络拓补图,其中PCF、PDSN/FA、HA、AAA是在IS95后引入的,这点和GSM类似,早期都没考虑到internet业务,后来需要了才加上这些网元。PCF可以类比GPRS里的PCU,PDSN的功能则具备了SGSN和GGSN的大部分功能,AAA服务器则主要是用户身份认证/归属登记和鉴权计费等等功能。FA和HA设备现网应用比较少,就不说了。上述的几个网元也构成了CDMA2000网络的“PS域”。上图是CDMA2000的网络拓补图,其中PCF、PDSN/FA、HA、AAA是在IS95后引入的,这点和GSM类似,早期都没考虑到internet业务,后来需要了才加上这些网元。PCF可以类比GPRS里的PCU,PDSN的功能则具备了SGSN和GGSN的大部分功能,AAA服务器则主要是用户身份认证/归属登记和鉴权计费等等功能。FA和HA设备现网应用比较少,就不说了。上述的几个网元也构成了CDMA2000网络的“PS域”。

  • 到了3G时代,其实整个网络架构也并没有太大的变化。

    上图是WCDMA早期版本的网络结构图,NodeB即基站,RNC相当于原来GSM中BSC+PCU两个的集合。所以可以看到整个架构和GPRS时代没什么不同,核心网分组域也还是SGSN和GGSN这两个网元。而CDMA2000 1x EVDO的整体架构也和原来的CDMA2000 1x是一样的。所以3G更多的是在无线接入网的技术方面做修改,核心网方面动得并不大。但是在后续演进中,3GPP组织也不断对核心网做出改变,包括但不限于R4版本中,电路域(CS)的软交换以及R5和后续版本中提出核心网全IP化及其特性的增强。上图是WCDMA早期版本的网络结构图,NodeB即基站,RNC相当于原来GSM中BSC+PCU两个的集合。所以可以看到整个架构和GPRS时代没什么不同,核心网分组域也还是SGSN和GGSN这两个网元。而CDMA2000 1x EVDO的整体架构也和原来的CDMA2000 1x是一样的。所以3G更多的是在无线接入网的技术方面做修改,核心网方面动得并不大。但是在后续演进中,3GPP组织也不断对核心网做出改变,包括但不限于R4版本中,电路域(CS)的软交换以及R5和后续版本中提出核心网全IP化及其特性的增强。

  • 到了LTE里,网络整体架构迎来了大变化。

    上图为LTE的一个大致网络结构图,LTE中全面取消了电路域(CS),这也是为什么LTE目前无法承载语音业务的原因。eNodeB是基站,分布在我们周围,BSC/RNC也不见了,所以整个无线接入网由eNodeB组成。S-GW类似于SGSN+GGSN一部分功能的集合,P-GW具备GGSN中的IP地址分配功能,PCRF设备用以控制用户行为(比如限速),PCRF需要和P-GW配合使用。HLR负责记录用户归属信息、鉴权信息、开户信息等等。MME则是信令方面的承载设备。上图为LTE的一个大致网络结构图,LTE中全面取消了电路域(CS),这也是为什么LTE目前无法承载语音业务的原因。eNodeB是基站,分布在我们周围,BSC/RNC也不见了,所以整个无线接入网由eNodeB组成。S-GW类似于SGSN+GGSN一部分功能的集合,P-GW具备GGSN中的IP地址分配功能,PCRF设备用以控制用户行为(比如限速),PCRF需要和P-GW配合使用。HLR负责记录用户归属信息、鉴权信息、开户信息等等。MME则是信令方面的承载设备。

上面说的只是移动通信网络中的情况,如果是家里用无线路由器的WIFI上网,那又是另外的了~有耐心的继续往下看~以目前常见的ADSL和FTTH为例。

  • 请先自行把“用户终端”脑补成无线路由器。这是ADSL宽带接入网基本结构,手机从无线路由器通过802.11x系列协议接入,无线路由器通过以太网协议向ADSL猫传递数据(ADSL猫放在家里),ADSL猫负责调制解调,然后通过语音/数据分离器和电话线路向ADSL局端设备传递数据,然后再进入到宽带接入服务器BAS中,最后汇入茫茫的internet大洋中~BAS就像是ADSL的“核心网”,放置在运营商机房中,什么汇聚、认证、计费、网关、用户行为控制等等一堆在移动通信网络里各个核心网设备的功能集于一身~请先自行把“用户终端”脑补成无线路由器。这是ADSL宽带接入网基本结构,手机从无线路由器通过802.11x系列协议接入,无线路由器通过以太网协议向ADSL猫传递数据(ADSL猫放在家里),ADSL猫负责调制解调,然后通过语音/数据分离器和电话线路向ADSL局端设备传递数据,然后再进入到宽带接入服务器BAS中,最后汇入茫茫的internet大洋中~BAS就像是ADSL的“核心网”,放置在运营商机房中,什么汇聚、认证、计费、网关、用户行为控制等等一堆在移动通信网络里各个核心网设备的功能集于一身~

  • 这是目前流行的所谓“光纤宽带”中EPON的接入网结构(另外一种流行的光接入网为GPON),因为是FTTH,所以先自行脑补把图中ONU替换成ONT光猫,然后再脑补把ONT后面加上无线路由器。手机一样从无线路由器接入,经过ONT(也就是光猫)的电光转换后通过ODN传递给OLT,然后OLT经由各种交换机把数据汇入到茫茫Internet大洋中~ONT现实中多指光猫,放在我们的家里,ODN是无源光配线网络,由光纤和各种无源器件组成,实际上就是传递光的,OLT则是局端设备,放置在运营商中心机房中,其作用可以简单理解为一个移动通信网络中的“GGSN+SGSN”。这是目前流行的所谓“光纤宽带”中EPON的接入网结构(另外一种流行的光接入网为GPON),因为是FTTH,所以先自行脑补把图中ONU替换成ONT光猫,然后再脑补把ONT后面加上无线路由器。手机一样从无线路由器接入,经过ONT(也就是光猫)的电光转换后通过ODN传递给OLT,然后OLT经由各种交换机把数据汇入到茫茫Internet大洋中~ONT现实中多指光猫,放在我们的家里,ODN是无源光配线网络,由光纤和各种无源器件组成,实际上就是传递光的,OLT则是局端设备,放置在运营商中心机房中,其作用可以简单理解为一个移动通信网络中的“GGSN+SGSN”。

我想清楚了各个制式中的各个设备的具体功能和它们之间的连线,应该就不难理解手机是如何接入到互联网的吧?简单的说就是在一个个网元间不断的传递、转换格式、再传递、再转换格式直到让接收端收到并成功解调为止。当然了,具体的各个接口是如何对接、如何转换格式、如何传递的在这里就没法说了,因为单单空中接口这一项的电信号如何传递、转换成电磁波,帧结构等等就够写一本书的!有兴趣的可以百度维基谷歌或者买本相关的书来看。

  • 以上内容,只是提供一个大致思路,并非专业解答,仅供参考,如有错误和疏漏,还望海涵指正。
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11.25:补充内容及Bug fix。

【虚无飘渺的回答(0票)】:

大概流程是:通过基站天线接入无线设备,无线设备接入到传输设备,现在的传输设备是PTN设备居多了,然后通过PTN设备接入到机房核心网设备,通过城域网等设备接入互联网…

阅读完本文还推荐您阅读: 为什么电脑的小数字键盘和手机

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