4G/LTE数据面网络协议的白话解析

从基站到核心网关的完整流程如下：

一、整体框架
可以把4G数据传输想象成快递流程：
• 基站（eNodeB）：负责打包/拆包、装车运输（无线信号收发）

• 核心网关（SGW/PGW）：是物流中转站，负责分拣货物、分配路线

• 协议栈：相当于快递包装规范，规定如何装箱、贴标签、运输

二、基站侧协议栈（eNodeB）
​​1. 物理层（L1）——卡车运输​​
• 功能：把数据变成电磁波信号，通过天线发送/接收。

• 核心技术：

• OFDM：把数据切成多个“小包裹”同时传输（类似快递分箱运输）

• MIMO：用多个天线同时收发（类似多辆卡车并行送货）

• 典型速率：单用户下行100Mbps，上行50Mbps

2. 数据链路层（L2）——包裹分拣员
分三个子层协同工作：
• (1) MAC层（调度员）

• 控制谁先发数据（类似安排快递优先级）

• 使用HARQ技术自动重传损坏包裹

• 管理无线资源时隙（分配运输时间窗口）

• (2) RLC层（打包工）

• 分段与重组：把大数据拆成小包（大件拆箱）

• 三种模式：

◦ TM模式：直接转发（普通包裹）

◦ UM模式：简单纠错（易碎品简易包装）

◦ AM模式：严格校验+重传（贵重物品保价）

• (3) PDCP层（加密压缩员）

• 头部压缩：把IP地址等信息缩写（缩小快递面单）

• 加密：用密钥保护数据（给包裹上锁）

三、核心网侧协议（SGW/PGW）
​​1. S-GW（服务网关）——区域分拣中心​​

• 记录用户位置（跟踪快递流向）

• 跨基站切换时缓存数据（中转站暂存包裹）

• 实施QoS策略（优先处理加急件）

2. P-GW（分组网关）——总仓库
• IP地址分配：给用户手机发“快递收货地址”

• 连接互联网：拆掉4G专用封装，恢复标准IP数据（撕掉内部标签，转为普通快递）

• 计费：统计流量用量（计算运费）

四、端到端数据流示例
假设用手机看视频：

1. 视频服务器发来IP数据包
2. P-GW分配IP并加密 → 通过隧道传给S-GW
3. S-GW根据位置找到对应基站
4. 基站PDCP层压缩加密 → RLC分段 → MAC调度 → 物理层转为电磁波
5. 手机反向解析：电磁波 → 重组数据 → 解密解压 → 播放视频

五、技术演进特征

1. 扁平化架构：取消3G的RNC控制器，基站直连核心网
2. 全IP化：语音/数据统一用IP协议传输（快递不再分品类）
3. 控制面分离：信令（物流调度指令）与数据（货物）走不同通道

通过这种分层设计，4G实现了比3G快10倍以上的传输效率，同时保障了数据传输安全性和移动切换稳定性。