5G核心网基础知识概述
5G网络(接入网+承载网+核心网)
再例如，如果是车联网这样的低时延要求场景，你的DU，就要想办法往前 放（靠近AAU部署），你的MEC、边缘云，就要派上用场。
这样，我们的RAN就变成了D-RAN，也就是Distributed RAN（分布式无线接入 网）。
这样做有什么好处呢？
一方面，大大缩短了RRU和天线之间馈线的长度，可以减少信号损耗，也可以 降低馈线的成本。
另一方面，可以让网络规划更加灵活。毕竟RRU加天线比较小，想怎么放，就 怎么放。
说到这里，请大家注意：通信网络 的发展演进，无非就是两个驱动力 ，一是为了更高的性能，二是为了 更低的成本。
另外，拉远之后的RRU搭配天线，可以安装在离用户更近距离的位置。距离近 了，发射功率就低了。
低的发射功率意味着用户终端电池寿命的延长和无线接入网络功耗的降低。说 白了，你手机会更省电，待机时间会更长，运营商那边也更省电、省钱！
更重要一点，除了运营商可以省钱之外，采用C-RAN也会带来很大的社会效益 ，减少大量的碳排放（CO2）。
注意，在图中，EPC（就是4G核心网）被分为New Core（5GC，5G核 心网）和MEC（移动网络边界计算平台）两部分。MEC移动到和CU一 起，就是所谓的“下沉”（离基站更近）。
核心网部分功能下沉
之所以要BBU功能拆分、核心网部分下沉，根本原因，就是为了满足5G不同场景 的需要。
5G是一个“万金油”网络，除了网速快之外，还有很多的特点，例如时延低、支 持海量连接，支持高速移动中的手机，等等。
不同的切片，用于不同 的场景
5G核心网基础知识
目录
• 5G核心网概述 • 5G核心网关键技术 • 5G核心网协议栈与接口 • 5G核心网部署与演进 • 5G核心网安全与挑战 • 5G核心网应用与前景
01
5G核心网概述
5G核心网定义与特点
定义
5G核心网是第五代移动通信网络 的核心组成部分，负责提供高速、 低时延、大连接等特性的网络服
谢谢观看
协议栈组成及功能
控制面协议栈
包括NGAP（Non-Access Stratum Protocol for 5G）、NAS（Non-Access Stratum）等协议，用于实现网络接入、移动性管理、会话管理等功能。
用户面协议栈
包括GTP-U（GPRS Tunnelling Protocol for User Plane）、UDP/IP（User Datagram Protocol/Internet Protocol）等协议，用于实现用户数据传输。
控制面与用户面分离
边缘计算
5G核心网支持边缘计算，将部分计算 任务下沉到网络边缘，降低数据传输 时延。
5G核心网将控制面与用户面分离，降 低网络复杂性，提高网络效率。
5G核心网与4G核心网对比
架构差异
时延优化
5G核心网采用服务化架构，而4G核心网主要 采用一体化架构。
5G核心网通过优化网络协议和架构，降低数 据传输时延，而4G核心网在时延方面相对较 高。
连接能力
业务支持
5G核心网支持海量设备连接，满足物联网等 应用场景的需求，而4G核心网在连接能力上 相对较弱。
5G核心网支持更多样化的业务类型和服务模 式，如超高清视频、虚拟现实等，而4G核心 网在业务支持上相对有限。
02
5G核心网关键技术
5G核心网的构架和一些基础概念
5G核心网的构架和一些基础概念5G无线接入网络架构，主要包括5G 接入网和5G 核心网，其中NG—RAN 代表5G 接入网，5GC 代表5G 核心网.5G核心网主要包括哪些呢?先说一下关键的AMF，SMF,UPF。
•AMF:全称Access and Mobility Management Function，接入和移动管理功能，终端接入权限和切换等由它来负责.•SMF：全称Session Management Function，会话管理功能,提供服务连续性，服务的不间断用户体验，包括IP地址和/或锚点变化的情况。
•UPF：全称User Plane Function，用户面管理功能，与UPF关联的PDU 会话可以由(R)AN节点通过(R)AN和UPF之间的N3接口服务的区域，而无需在其间添加新的UPF或移除/重新—分配UPF。
我们看一下5G的系统构架图:AMF/SMF/UPF 处于主体的作用。
AMF承载以下主要功能：接入和移动管理功能(AMF）包括以下功能。
在AMF的单个实例中可以支持部分或全部AMF功能：•终止RAN CP接口(N2)。
•终止NAS（N1），NAS加密和完整性保护。
•注册管理.•连接管理。
•可达性管理。
•流动性管理。
•合法拦截(适用于AMF事件和LI系统的接口)。
•为UE和SMF之间的SM消息提供传输.•用于路由SM消息的透明代理.•接入身份验证。
•接入授权.•在UE和SMSF之间提供SMS消息的传输.•安全锚功能（SEAF）。
•监管服务的定位服务管理。
•为UE和LMF之间以及RAN和LMF之间的位置服务消息提供传输。
•用于与EPS互通的EPS 承载ID分配。
•UE移动事件通知.无论网络功能的数量如何，UE和CN之间的每个接入网络只有一个NAS接口实例,终止于至少实现NAS安全性和移动性管理的网络功能之一.除了上述AMF的功能之外,AMF还可以包括以下功能以支持非3GPP 接入网络: •支持N2接口与N3IWF. 在该接口上，可以不应用通过3GPP 接入定义的一些信息（例如，3GPP 小区标识)和过程(例如,与切换相关)，并且可以应用不适用于3GPP接入的非3GPP 接入特定信息。
5G核心网网络功能
加强数据加密和完整性保 护
采用先进的加密算法和完整性 校验技术，对传输的数据进行 加密和完整性保护，防止数据 泄露和篡改。
建立安全审计和应急响应 机制
对核心网设备和系统的操作进 行记录和审计，以便及时发现 和处理安全问题；同时建立应 急响应机制，对安全事件进行 快速响应和处理。
未来发展趋势预测与展望
智能化
利用人工智能和机器学习技术，5G 核心网将实现智能化运维和自优化， 提高网络性能和用户体验。
02
5G核心网网络功能组 成
接入和移动性管理功能（AMF）
负责处理终端的接入和移动性 管理，包括注册、认证、授权 等过程。
与终端进行通信，提供位置管 理和移动性管理功能，确保终 端在网络中的无缝移动。
THANK YOU
支持非3GPP接入技术，实现多 种接入技术的统一管理和互操 作性。
会话管理功能（SMF）
负责建立、修改和释 放PDU会话，管理用 户平面数据路径。
与UPF、PCF等网元 进行交互，协同完成 会话管理和业务控制。
提供QoS控制、计费、 策略执行等功能。
用户平面功能（UPF）
负责用户数据的路由和转发，提供数据包的分类、 标记、计费等处理。
统一数据管理功能（UDM）
负责存储和管理用户数据，包括签约数据、认证数据、授权数据等。 提供统一的用户数据视图和访问接口，支持多业务、多网络环境下的用户数据管理。
与AMF、SMF等网元进行交互，协同完成用户身份认证、授权和会话管理等操作。
03
5G核心网关键技术
网络切片技术
切片实例化和配置
01
通过创建和管理多个独立的网络切片，以满足不同应用场景的
架构
5G核心网采用服务化架构（SBA），基 于网络功能虚拟化（NFV）和软件定义 网络（SDN）技术构建，实现网络功能 的灵活部署、扩展和升级。
5G 核心网的构架和基础概念
5G 核心网的构架和一些基础概念上期我们说到5G无线接入网络架构，主要包括5G 接入网和5G 核心网，其中NG-RAN 代表5G 接入网，5GC 代表5G 核心网。
还是这张图：5G核心网主要包括哪些呢？先说一下关键的AMF，SMF，UPFAMF：全称Access and Mobility Management Function，接入和移动管理功能，终端接入权限和切换等由它来负责。
SMF：全称Session Management Function，会话管理功能，提供服务连续性，服务的不间断用户体验，包括IP地址和/或锚点变化的情况。
UPF：全称User Plane Function，用户面管理功能，与UPF关联的PDU会话可以由（R）AN节点通过（R）AN和UPF之间的N3接口服务的区域，而无需在其间添加新的UPF或移除/重新- 分配UPF。
我们看一下5G的系统构架图：AMF\SMF\UPF 处于主体的作用。
非漫游状态下的过程AMF承载以下主要功能：接入和移动管理功能（AMF）包括以下功能。
在AMF的单个实例中可以支持部分或全部AMF功能：▪-终止RAN CP接口（N2）。
▪-终止NAS（N1），NAS加密和完整性保护。
▪-注册管理。
▪-连接管理。
▪-可达性管理。
▪-流动性管理。
▪-合法拦截（适用于AMF事件和LI系统的接口）。
▪-为UE和SMF之间的SM消息提供传输。
▪-用于路由SM消息的透明代理。
▪-接入身份验证。
▪-接入授权。
▪-在UE和SMSF之间提供SMS消息的传输。
▪-安全锚功能（SEAF）。
▪-监管服务的定位服务管理。
▪-为UE和LMF之间以及RAN和LMF之间的位置服务消息提供传输。
▪-用于与EPS互通的EPS 承载ID分配。
▪-UE移动事件通知。
无论网络功能的数量如何，UE和CN之间的每个接入网络只有一个NAS接口实例，终止于至少实现NAS安全性和移动性管理的网络功能之一。
除了上述AMF的功能之外，AMF还可以包括以下功能以支持非3GPP 接入网络：-支持N2接口与N3IWF。
核心网基础知识培训教材
语音信箱
允许用户在不方便接听电话时，将来电 留言保存在语音信箱中，稍后再听取。
呼叫转移
用户可将来电转移到其他电话号码上， 确保不会错过重要来电。
呼叫等待
用户在通话过程中，可以接收到其他来 电的提醒，并选择是否接听。
数据业务
短信服务
提供文本信息的发送和接 收功能，支持点对点和群 发短信。
彩信服务
允许用户发送和接收包含 图片、音频、视频等多媒 体内容的彩信。
防火墙通过包过滤技术、代理服务技术、 状态检测技术等技术手段来保护网络安 全。它可以对进出网络的数据包进行过 滤、检查、分析等处理，从而防止未经 授权的访问和数据泄露。
按技术可分为包过滤型防火墙、代理服 务型防火墙和状态检测型防火墙；按应 用部署位置可分为边界防火墙、个人防 火墙和混合防火墙等。
服务器与存储设备
路由器的分类
按性能档次可分为高、中、低档路由器；按结构可分为模块化路由器和 非模块化路由器；按网络位置可分为核心路由器、汇聚路由器和接入路 由器等。
防火墙
防火墙的定义
防火墙的工作原理
防火墙的分类
防火墙指的是一个由软件和硬件设备组 合而成、在内部网和外部网之间、专用 网与公共网之间的界面上构造的保护屏 障.是一种获取安全性方法的形象说法， 它是一种计算机硬件和软件的结合，使 Internet与Intranet之间建立起一个安 全网关（Security Gateway），从而 保护内部网免受非法用户的侵入。
交换机的工作原理
交换机的分类
交换机根据收到数据帧中的源 MAC地址建立该地址同交换机端 口的映射，并将其写入MAC地址 表中。当交换机收到数据帧时， 会检查该数据帧的目的MAC地址， 并在MAC地址表中查找对应的端 口。如果找到，则将该数据帧从 对应端口转发出去；否则，将数 据帧广播到所有端口。
全面：一文看懂5G网络(接入网+承载网+核心网)
全面：一文看懂5G网络（接入网+承载网+核心网）本文以无线接入网为线索，梳理一下无线侧接入网+承载网+核心网的架构，主讲无线接入网，浅析承载网和核心网，帮助大家更深入的了解5G，也帮助新手更好的入门。
在我们正式讲解之前，我想通过这张网络简图帮助大家认识一下全网的网络架构，通过对全网架构的了解，将方便对后面每一块网络细节的理解。
这张图分为左右两部分，右边为无线侧网络架构，左边为固定侧网络架构。
无线侧：手机或者集团客户通过基站接入到无线接入网，在接入网侧可以通过RT N或者IP R A N或者PT N解决方案来解决，将信号传递给BS C/R N C。
在将信号传递给核心网，其中核心网内部的网元通过IP承载网来承载。
固网侧：家客和集客通过接入网接入，接入网主要是GP O N，包括ON T、OD N、OL T。
信号从接入网出来后进入城域网，城域网又可以分为接入层、汇聚层和核心层。
B R A S为城域网的入口，主要作用是认证、鉴定、计费。
信号从城域网走出来后到达骨干网，在骨干网处，又可以分为接入层和核心层。
其中，移动叫CM N E T、电信叫169、联通叫163。
固网侧和无线侧之间可以通过光纤进行传递，远距离传递主要是有波分产品来承担，波分产品主要是通过WD M+S D H的升级版来实现对大量信号的承载，OT N是一种信号封装协议，通过这种信号封装可以更好的在波分系统中传递。
最后信号要通过防火墙到达IN T E R N E T，防火墙主要就是一个N A T，来实现一个地址的转换。
这就是整个网络的架构。
看完宏观的架构，让我们深入进每个部分，去深入解读一下吧。
什么是无线接入网？首先大家看一下这个简化版的移动通信架构图：无线接入网，也就是通常所说的RAN（Radio Access Network）。
简单地讲，就是把所有的手机终端，都接入到通信网络中的网络。
大家耳熟能详的基站（Ba s e S t a t i o n），就是属于无线接入网（RA N）。
5G核心网基本概念
5G核心网协议
5G核心网协议 是5G网络的核 心组成部分负 责管理和控制 5G网络的运行。
5G核心网协议 主要包括：用 户面协议（Uplne）和控制 面协议（C-
plne）。
用户面协议负 责用户数据的 传输和处理控 制面协议负责 网络资源的管
理和调度。
5G核心网协议 还支持多种接 入技术如LTE、 Wi-Fi等实现 多种接入技术 的融合和协同。
智能交通
车联网：实现 车辆与车辆、 车辆与基础设 施之间的实时
通信
自动驾驶：通 过5G网络实现 车辆自动驾驶 提高驾驶安全
性和效率
交通管理：实 时监控交通流 量实现交通信 号灯智能调控 提高道路通行
效率
公共交通：实 现公交车、地 铁等公共交通 工具的实时调 度和监控提高 服务质量和效
率
虚拟现实与增强现实
5G核心网架构
5G核心网分为控制面和用 户面
控制面负责信令处理和资 源管理
用户面负责数据传输和用 户服务
5G核心网采用服务化架构 实现网络功能虚拟化
5G核心网支持网络切片实 现网络资源的灵活分配
5G核心网支持边缘计算实 现数据就近处理和低延迟 传输
5G核心网特点
高速率：5G核心网支持更高的数据 传输速率满足未来数据传输需求。
5G核心网是6G网络的基础6G网络将在5G核心网的基础上进行扩展和升级。 5G核心网将支持6G网络的高速率、低延迟、高可靠性等特性。 5G核心网将支持6G网络的大规模连接实现万物互联。 5G核心网将支持6G网络的智能化、自动化和自主化实现网络自治。
5G核心网未来发展方向
网络切片 技术：实 现网络资 源的灵活 分配和优 化
边缘计算： 提高数据 处理效率 降低网络 延迟
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移动性管理
S1
接入点
基于每用户的
包过滤
Internet
EPC
NAS
RRC
PDCP
RLC MAC L1
UE
LTE-Uu
Relay
RRC PDCP
S1-AP SCTP
RLC
IP
MAC
L2
L1
L1
eNodeB
S1-MME
NAS
S1-AP SCTP
IP L2 L1
MME
Application IP
PDCP RLC MAC L1
EPS (Evolved Packet System)
演进分组系统
LTE (Long Term Evolution)
长期演进计划
SAE (System Architecture Evolution)
系统架构演进项目
E-UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) UMTS陆地无线接入网
中文名称 接入和移动性管理
会话管理 用户平面功能 统一数据管理 策略控制功能 认证服务器功能 网络能力开放 网络切片选择功能 网络注册功能
类似4G EPC网元 MME中NAS接入控制功能 MME、SGW-C、PGW-C的会话管理功能 SGW-U+PGW-U用户平面功能
HSS、SPR等 PCRF
HSS中鉴权功能 SCEF
IP
• 基于IP的传输 • 会话控制 • 业务实现
多媒体
• 语音 • 视频 • 图片 • 文本
子系统
• 依赖于现有网络的发展 • 最大程度重用现有网络
打电话 （语音业务）
对方所在网络
互联网
上网 （数据业务）
语音及多媒体业务
CS 电路域
MSCS
MGW
IMS：加强版的CS EPC：加强版的PS VoLTE：加强版的“打电话”
EPC (Evolved Packet Core)
演进分组核心网
接入网 核心网
➢ IMS，全称是IMS是3GPP R5阶段提出的一个新的“域” 。 ➢ IMS基于IP承载，叠加在PS域（分组域）之上。 ➢ IMS为用户提供文本、语音、图片、视频等不同的IP多媒体信息服务。 ➢ IMS不是一个具体的产品，而是一种网络架构，是对IP多媒体业务进行控制的网元的总称。
UE
Relay PDCP GTP-U RLC UDP/IP
MAC
L2
L1
L1
LTE-Uu
eNodeB
Relay GTP-U GTP-U
UDP/IP UDP/IP
L2
L2
L1
L1
S1-U
Serving GW
IP GTP-U
UDP/IP L2
L1
S5/S8
SGi
PDN GW
5GC
NG-RAN
gNB ng-eNB
CG
计费系统
类型
控制面
用户面 控制面 +用户面
协议
S1AP GTPv2-C
Diameter
GTPv1-U GTPv2-C GTPv1-U
名称
S1-MME S3 S10 S11 S6a Gx Rx
S1-U S12 S4
S5/S8
位置
eNodeB – MME MME – SGSN MME – MME MME – S-GW MME – HSS P-GW – PCRF AF – PCRF
采用GTP协议，在S-GW和P-GW设备间建立隧道，传送数据和信令
eNodeB
小区间无线资源管理 无线承载控制
连接移动性管理 无线接入控制 eNodeB测量 动态资源分配 RRC
PDCP RLC MAC PHY
EUTRAN
MME
NAS安全
安全状态 移动性管理
EPC承载控制
SGW
PGW
UE IP分配
LTE
基站 手机
IMS
BTS BSC/PCU
Um GPRS
UE
NodeB
Uu UMTS
UE
Abis
RNC Iub
Gb
SGSN
S3 Iu
MME S4
S10
S11
HSS/SPR
PCRF Rx
Gx Gy
LTE-Uu LTE
S1-U
S5/8
SGi
UE
eNodeB
S-GW
P-GW
BOSS系统
OCS 运营商的IP服务网络 (例如IMS,PSS等)
gNB ng-eNB
UE
UE
UE
UE
NEF
NRF
PCF
UDM
Nnef Nausf
AUSF
Nnrf Namf
AMF
Npef
Nndm
Nsmf
SMF
N1
N2
N4
UE
(R)AN
N3
UPF
终端（手机）
接入网（基站）
核心网
AF
Naf
N6
DN
运营商数据网络
5G网络功能 AMF SMF UPF UDM PCF AUSF （一旦有数据要传，就建专门的连接，一直占用）
PS分组交换（如果有数据要传，就分成几个包，分别送过去）
➢
➢
3G
4G
➢ ➢
手机
基站
核心网
用户面
控制面
➢ EPC是广义LTE的组成部分。 ➢ 广义的LTE，也就是现在大家通常所说的LTE，泛指整个EPS系统（既包括无线接入网部分，也涵盖了核心网部分）。 ➢ 狭义的LTE（Long Term Evolution，长期演进计划），是3GPP当年制定的新一代宽带移动通信标准项目。
5G新增，用于网络切片选择 5G新增，类似增强DNS功能
网元A
功能A 功能B 功能C ……
网元A
网元B
网元C
……
我们通常所说的虚拟化，实际上全称是网络功能虚拟化（NFV，Network Function Virtualization）。 网络功能虚拟化：就是采用虚拟化技术、基于X86等通用硬件实现业务功能节点的软件化。
eNodeB – S-GW S-GW – UTRAN S-GW – SGSN
S-GW – P-GW
功能
用于传送会话管理(SM)和移动性管理(MM)等控制面信息 采用GTP协议，在MME和SGSN设备间建立隧道，传送信令 采用GTP协议，在MME设备间建立隧道，传送信令 采用GTP协议，在MME和GW设备间建立隧道，传送信令 用于完成用户位置信息的交换和用户签约信息的管理 提供QoS策略和计费准则的传递 用于AF传递应用层会话信息给PCRF 在GW与eNodeB设备间建立隧道，传送数据包 在UTRAN与GW之间建立隧道，传送数据 采用GTP协议，在S-GW和SGSN设备间建立隧道，传送数据和信令
业务、控制、媒体 硬件合一
全合一的架构
控制
媒体
专有硬件 专有硬件
控制和媒体分离
业务
控制
媒体
专有硬件 专有硬件 专有硬件
业务、控制、媒体分离
NFV
IMS
EPC
虚拟层
HSS
X86通用硬件
网元功能软件与 运行资源分离
NFV将网元功能与硬件资源解耦，实现了系统功能软件化和硬件资源通用化。 NFV使得专有硬件被COTS通用硬件所取代。 COTS：Commercial Off-The-Shelf ，商用现成品或技术。