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本人就職于國際知名終端廠商，負責modem芯片研發。
在5G早期負責終端數據業務層、核心網相關的開發工作，目前牽頭6G算力網絡技術標準研究。


博客內容主要圍繞：
???????5G協議講解
???????算力網絡講解（云計算，邊緣計算，端計算）
???????高級C語言講解
???????Rust語言講解

5G 協議棧結構

5G 除了滿足人與人之間的通信，更重要的目標是萬物互聯。4G 已經改變了人類的生活方式，5G 將改變社會的生產模式

???????5G 接入網協議棧結構類似于 LTE 協議棧，由用戶面（UP）和控制面（CP）組成。其中，控制面主要處理系統信令層面的數據，與核心網控制面節點 AMF 連接；用戶面處理用戶數據，與核心網用戶面節點 UPF 連接。

???????在接入網側，控制面協議棧的組成沒有發生變化，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，協議棧組成除了類似 LTE 協議棧包含的 PHY、MAC、RLC、PDCP以外，還新增了 SDAP 層，關于SDAP層的介紹可以參考我的博客《【5G系列】SDAP (Service Data Adaptation Protocol)協議詳解》。

???????5G 核心網協議棧結構與 LTE 相比幾乎沒有什么變化。核心網協議棧分別由物理層、數據鏈路層、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，這兩層對應到 OSI 七層模型中的應用層。

5G 協議棧和 OSI 七層模型的關系

協議棧常常通過分層來達到簡化設計和互聯互通的目的。底層協議為上層提供服務，而上層則利用下層所提供的服務，上層不必清楚下層過程處理的具體細節。

???????大家可能會發現 5G 核心網和 OSI 七層模型或者 TCP/IP 五層模型是非常相似的。但 5G 接入網協議結構和它們有很大的區別。那么 5G 接入網協議棧架構和 OSI 以及 TCP/IP 模型到底有什么區別和聯系呢？

???????首先，從核心網來看，基本符合 TCP/IP 五層模型定義，由物理層、L2、網絡層、傳輸層和應用層組成。我們可以一一梳理核心網網絡協議的各個子層。

• 應用層協議。GTP-U 、 NG-AP（以及 LTE 的 S1-AP）從本質上屬于應用層協議，只不過該應用層為電信核心網內部定義的專用應用層，并不向普通用戶開放。
• 網絡協議層。IP層（L2之上）用作在電信網絡內部數據傳輸的尋址和路由，其 IP 地址為電信網絡內部分配的 IP 地址。
• 傳輸層協議。核心網控制面傳輸層采用 SCTP，用戶面采用 UDP，兩者的區別是: SCTP 提供可靠的數據傳輸，以適應控制面特征；用戶面采用 UDP 協議，提供不可靠傳輸，可靠的傳輸利用底層的HARQ、ARQ保障。

從上面的分析來看，核心網協議棧之所以符合 TCP/IP 五層模型的主要原因是核心網從本質上來說就是一種定制化的傳輸網絡，它的基本原理和功能與 TCP/IP 模型描述的互通網絡類似。

OSI七層模型TCP/IP五層模型對應的網絡協議

應用層	應用層	HTTP、TFTP、FTP、NFS、WAIS、SMTP
表示層		Telnet、Rlogin、SNMP、Gopher
會話層		SMTP、DNS
傳輸層	傳輸層	TCP、UDP、SCTP
網絡層	網絡層	IP、ICMP、ARP、RARP、AKP、UUCP
數據鏈路層	數據鏈路層	FDDI、Ethernet、Arpanet、PDN、SLIP、PPP
物理層	物理層	IEEE 802.1A、IEEE 802.2~IEEE 802.11等

???????但是，接入網就不同了。接入網協議棧和 TCP/IP 以及 OSI 模型有很大的差異，這個差異本質上是因為無線接入網架構和一般的互通網絡有很大差異（一般不存在多跳路徑），此外，無線接入網傳輸介質（空氣）的基本特征也引起了對協議棧結構的重建，具體來說有如下幾個特征：

• 接入網無網絡層和傳輸層。接入網無網絡層和傳輸層的主要原因是接入網的拓撲結構相對互通網絡要簡單很多，不存在多點之間的傳輸問題（即便考慮小基站和其它異構網結構，也屬于少量節點之間的傳輸且數據傳輸路徑固定），因此，沒有必要設置網絡層和傳輸層來實現數據的路由和尋址；
• RRC 層和 NAS 層本質上屬于應用層協議。RRC 和 ANS 層從本質上來說就是應用層，其功能是實現 UE 與基站、UE 與 核心網節點之間的信令傳輸；
• 接入網采用無線傳輸，較固定電纜復雜很多。因此，考慮到靈活承載業務、簡化網絡結構和縮短處理時延，接入網協議棧進行了以下一系列的特殊設計：
  • 由于無線相對有線來說，信息傳輸泄露和篡改的風險更大，因此，在接入網的 L2 增加了 PDCP 子層，實現對用戶數據和信令的加密和完整性保護功能；
  • 接入網數據傳輸采用無線承載的概念以保證用戶QoS，因此，在 L2 新增 SDAP 子層，以實現核心網 QoS Flow 到無線承載之間的映射和管理；
  • 無線傳輸比有線傳輸更容易受到環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制（HARQ、ARQ），以實現可靠性和傳輸效率的平衡；
  • 無線資源受限，為了保證多用戶 QoS 和公平性，因此，在 L2 的 MAC 子層設置了復用和優先級管理功能；
  • 無線信號動態變化幅度大，物理層實際傳輸能力動態變化。因此，在 L2 的 MAC 子層增加了自適應的調制與編碼功能（MAC 控制，物理層執行），在 RLC子層設置對高層數據分組的分段功能，以匹配物理層的變化；
  • 考慮到低時延需求，將原本應該由 L3 控制的 DTX/DRX 功能下沉到 MAC 負責。

5G 核心網和接入網協議棧與 OSI、TCP/IP 模型的對應關系表

OSI 模型TCP/IP 模型5G RAN5G CN

應用層	應用層	RRC、NAS	GTP-U、NG-AP
表示層
會話層
傳輸層	傳輸層		SCTP/UDP
網絡層	網絡層		IP
數據鏈路層	數據鏈路層	MAC、RLC、PDCP、SDAP	數據鏈路層（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

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內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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