大家好，我是IT售前工程师Bernie.
本文我们聊一下LTE网络和4G网络的核心网，重点关注他们有哪些网元，以及各自的作用，欢迎阅读。
由于LTE网络和4G网络在架构上特别类似，所以放在一起讲。
我们知道，移动通信网络分为接入网与核心网，对于网络来说，它的接入网实际上就是基站系统。下面是LTE核心网的基本架构，其中
- 左上角淡蓝色的部分属于2G、3G的核心网。
- 左下角UE是手机，eNodeB是基站。
- 右下角黄褐色部分是因特网这样的外部网络。
- 红色部分的5个部分是本文要重点讲解的LTE\\4G网络的核心网元。
LTE和4G核心网 整体架构
LTE\\4G的5个核心网元分别是：MME、HSS、Serving SAE Gateway、PDN SAEGateway。接下来，我们对他们依次介绍。
MME
MME的英文全称是Mobility Management Entity，即移动性管理实体。MME是整个核心网中信令的控制中心，它的主要作用为：
NAS信令的处理
NAS（Non-Access Stratum）非接入层，即终端UE与核心网MME之间的控制面信息传递。与之对应的是AS（Access Stratum）接入层，即终端UE与基站eNodeB之间的控制面信息传递。
一般情况下，手机发送的信令会先到达基站eNodeB，然后由基站转发的MME。 同样的，如果MME要发送消息给手机，也会经过基站的转发。需要注意的是：基站仅仅只起到了信号转发的作用，不会对信号进行校验、加解密和其他处理。处理的任务都是由MME来完成的。
寻呼，漫游，鉴权，附着、移动性管理
寻呼： 设想一下，手机A处于待机状态，远处另外一台手机B要呼叫A。首先，通讯运营商应该找到手机A的位置，即：A在哪个基站的范围内。寻找手机的过程就是寻呼，寻呼是由MME具体负责的。
漫游： 漫游也是MME具体负责，所谓漫游就是手机在离开本地区或本国时，仍可以在其他一些地区或国家继续使用电话短信业务。
鉴权： 说白了就是要明确某个手机UE是不是合法用户。
附着： 新手机注册到核心网的过程就是附着。我们假设某个手机UE第一次插卡、开机，那么接下来就要通过基站找到核心网，以便注册到核心网上。让核心网知道这部手机开机了，后续业务将通过MME的管理。
移动性管理： 也称为切换，是指信号制式的改变，比如从5G信号切换到4G信号、从4G信号切换到3G信号或者5G信号等。
空闲状态移动性管理（TAU）
这个话题很有意思，实际上MME不是跟一个基站相关联，而是跟一堆基站关联。对于MME来讲，它并不明确地知道某个手机UE在基站1下面、基站2下面，还是其他基站下面。
我们会把很多的基站划定成一个范围，称为跟踪区TA（Tracking Area），我们的手机只要在这个跟踪区活动，MME会呼叫该跟踪区的所有基站，找到手机具体在哪个基站下面，然后发消息。
有人或许会问：“为啥要确定一个大的范围跟踪区，而不是随时跟踪确定手机在哪个基站下面呢？”
这是因为，手机的主人会到处走。手机的活动范围比较灵活，很有可能手机的主人走额几百米，就会从基站1切换到基站2，基站的切换会引起手机给核心网重新上报自己的位置，频繁的上报位置会导致类似广播风暴一样的效应。没有必要！
承载控制
实际上，承载就是某条通信线路。
我们的手机如果要使用互联网业务，肯定是需要一条好的通道负责传送数据，这条通道就是承载。手机和基站之间建立一个无线通道，基站和核心网之间建立一个宽带的通道。
MME在这个承载之间起着极为重要的作用，一些中转机制、策略和校验都在MME上完成。如果MME因为某些规则审核，不然通道建立起来的话，就没办法通信的。
需要特别说明一点：MME本身只传信令，不负责数据的传输的。就跟一个大老板一样，评审审核材料、下达控制指令、校验校验，具体干活（数据传送）要其他设备要做！
HSS
HSS英文全称是Home Subscriber Server，即归属签约用户服务器。
这个设备实际上是存储设备，可以理解为一块硬盘。用来存储手机UE的标志、号码、设备识别码，来判断是不是某个注册过的用户。
还有就是存储一些与计费有关的参数、鉴权信息、AMBR信息、APN签约信息等等。主要功能梳理如下:
- 存储用户标识 (IMSI，MSISDN，IMEI等)
- 用户签约计费参数，包括计费类型 (预付费，正常，浮动费率等)
- 鉴权信息漫游相关信息 (MME标识，PGW地址)
- AMBR信息 (用户开户速率)
- APN签约信息 (上网的接入点，接入类型之类)
- 呼叫限制，如限制呼叫，限制漫游，呼叫等待之类的
这里需要特别说明一点：我们平时选择的各种话费套餐、流量套餐等套餐类信息，并不是存在HSS里面的。而是存储在SPR（Subscription Profile Repository）签约数据仓库中。SPR往往跟PECF捆绑在一起的，合设的。
关于手机的鉴权
当用户手机UE发送信令经基站到MME，MME第一步做的便是鉴权审查，判断该用户是否合法、是否具备XX的权限。这时候，MME会访问HSS，获取当前手机的鉴权信息（加密口令）。
MME要到加密口令之后，会发送给UE，让其完成计算。
UE计算完成后，会再次发送给MME，MME来判断计算结果对不对。如果校验成功，则鉴权成功；如果鉴权失败，UE被视为无效手机用户，不允许继续后续的各项通信。
小结
由于篇幅较长，分为上、下两篇文章来剖析LTE和4G的核心网。
本文是上篇，重点介绍LTE和4G的核心网的整体架构，与MME、HSS两个重要网元。本文的重点是：手机在4G核心网中的鉴权。
下一篇文章的重点是鉴权之后，手机UE是如何借助于SGW、PGW、PCRF三个网元进行数据传送的。有兴趣的小伙伴可以接续阅读下一篇~
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