LTE筆記: LTE資料網路的分層 (Layer 2)

原本是打算要繼續寫LWA的議題的,
卻發現關於LTE的許多基本概念沒有說清楚,
這樣在後續說明中, 會出現許多問題,
比如說, 假如不知道PDCP層的功用,
就無法了解在LTE架構下如何將來自於LTE和Wi-Fi的封包匯合,
因此, 在此先介紹LTE的分層以及其核心網路 (core-network) 的架構,
做為未來說明的基礎知識.

對於一個從電腦網路 (datacom) 出身的學生,
我們非常習慣OSI的7層網路架構,
尤其是: PHY (e.g., ethernet), MAC (e.g., TCP), network (e.g., IP), application,
因此, 對於一開始接觸LTE這種從telecom演變而來的網路時,
有時候會被其中的名詞混淆概念.

來自於: http://www.netmanias.com/en/post/techdocs/5904/lte-network-architecture/lte-network-architecture-basic

在LTE網路中, 無線接取部分 (圖中的UE和eNB界接處),
分成4個子層: PDCP, RLC, MAC, PHY.
其中, PDCP, RLC, MAC這三層都屬於OSI架構中的第二層(Layer 2).

如果我們回憶一下datacom的內容,
在MAC層 (事實上是指OSI第二層) 中也分成兩個子層: LLC 和 MAC層,
MAC (Media Access Control) 負責資料的定址以及重送,
LLC (Logical Link Control) 負責封包的排序, 確保收到封包的次序,
由於datacom通常處理均質的網路 (TCP/IP), 因此只討論MAC層的差異,
甚至常常以MAC層取代整體第二層 (data link layer).

在LTE網路中, data link layer, 也就是Layer 2,
被分成三層看待, MAC, RLC, PDCP,
MAC (Media Access Control) 和datacom中的MAC層一樣,
負責資料的重傳 (HARQ), 不過其定址方式和datacom中的MAC address不同,
關於LTE中的定址與識別, 應該可以額外討論,
RLC (Radio Link Control) 負責根據當時通道狀況, 將資料拆解成MAC層的封包大小,
也負責重組後的封包重傳 (ARQ),
許多介紹中特別著重ARQ和HARQ之間的合作模式 (有三種模式),
但是對我而言, RLC最重要的功能是兩種封包的轉換,
RLC將上層以資料為依據的封包, 轉換成MAC層以通道好壞為依據的封包,
並以ARQ確保以資料為依據的封包的正確性, 這才是RLC的設計目標,
我們可以用下圖為例:

來自於: https://www.tutorialspoint.com/lte/lte_protocol_stack_layers.htm

我們可以看到, 在MAC層中的SDU (Service Data Unit),
從RLC層收到的傳送單元的長度就和TB (Transport Block) 一致,
而TB又和實體層的通道狀況相關,
而對於RLC層中所收到的封包長度則和資料 (data) 相關,

最後是PDCP層 (Packet Data Convergence Protocol),
PDCP子層負責header壓縮與解壓縮, 資料加密/解密, 以及資料完整性保護.
在PDCP層中, 將重組/排序封包為原本的資料 (data) 格式,
因此, LWA也在PDCP層中重組來自Wi-Fi和LTE的封包,
給予上層進行資料處理.