4G EPS Session与5G PDU Session

什么叫Session？

Session，这是一个非常广的概念，需要在特定的领域加以限定。但即便是通信领域，Session也会因为适用于不同的通信场景而有不同的定义，但它们的共性我们可以用一句话概括：通常是指双方的信息交互。

是不是感觉和没说一样？。。。
那咱们进一步的点明：Session在通信领域中，往往指的是一个点到另一个点的信息传输与交互。但请注意，我把它理解为两个点的存在通信连接并可以进行信息交互，而不去强调这个通信细节（既不关心是什么样子的连接，也不关心交互信息）。

就好比我用手机打电话给某某某，或者上网浏览网页等等等，都隐含着我和对端有一条连接（暂且不管是什么样的连接），但是我用手机没办法给一个在海上、没有信号覆盖的一个人打电话（仅支持陆地移动通信网络覆盖），说明我们两个不存在一个使用移动通信系统就可以提供的连接。所以，Session多是强调连接的存在性，强调的是点到点信息交付。

移动通信网络的Session

在移动通信系统中，Session指的含义就明确多了，专指：UE使用一个IP地址与一个数据网络进行信息交互。
简而言之，就是实现UE与数据网络彼此交付IP分组的连接。看看，是不是通信的实体更明确了，通信的形式也更明确了。

上图是4G用户面的协议栈模型，忽略掉IP层以下的其他协议栈。我们不难看出，在4G中，一个Session就是为了实现UE与一个PDN网络之间IP分组的交付。但不论是4G还是5G移动通信系统，建立Session的目的，都是为了实现UE与数据网络之间点到点的IP分组交付。一个UE与DN的Session创建好了，就意味着可以实现IP分组的传输。
注：IP层以下的协议栈都是为了去迎合移动性，无线通信的需要，这一部分是无线移动通信系统的核心。在TCP/IP的体系中，用户数据被封装在IP分组里，仅满足了数据在不同网络之间的传递性要求。但无线移动通信网络的特殊性（无线信号传播、终端移动性，终端的能耗，接入身份的复杂性），导致网络想要提供一个良好的数据传输机制异常困难，因此才有了IP层以下这么多异常复杂的协议去迎合这种特殊性。虽然，不同网络的内部，大多都是去想方设法的去支持IP分组的透明传输，但相较其他网络而言，无线通信网络确实是一个非常复杂的网络。

对一个Session而言，既然是IP分组的交付，那是不是可以用UE的IP地址和DN的IP地址去标识一个Session呢？这显然是对Session中的DN有所误解。在移动通信系统中，DN泛指某一种数据网络，如：Internet、WAP、企业内部网等等。想想，当你用手机接入互联网时，是只收到了一种IP地址的数据包吗？你收到的微信数据，或者QQ数据，显然不是来自同一个IP地址，但是我们可以确定他们来自同一个DN，那就是Internet。

所以，在移动通信系统中，我们不能用UE的IP地址和DN的IP地址(从本质上来讲，DN就是一个来自某一种网络的不同IP的数据流的集合)去标识一个Session，准确的来讲，我们使用UE的IP地址和DN的ID去标识一个Session。这个ID在4G中如雷贯耳，称之为APN (Access Point Name)；而在5G中，估计大家目前还没听过，它叫做DNN (Data Network Name)。

做一个小结：在移动通信中，你可以把Session理解为一种UE到DN的逻辑连接，连接双方交付的都是IP分组。

4G：EPS Session or PDN Connection

EPS Session与PDN Connection的概念是相同的，其目的，当然是为了实现4G网络中，UE与DN的数据交互。废话不多说，直接上图解释！

一个EPS Session横贯LTE网络的用户面，需要LTE-Uu，S1，S5以及SGi接口提供连接支持。

为了保证一个Session的通信质量，在4G中想了一种大家都可以理解的办法：按需分类。4G中的一个Session可由多个EPS Bearer组成，不同的EPS Bearer能够提供的数据包的转发性能有所不通。

比如上图，一个是默认承载(Default EPS Bearer)，另一个是专用承载(Dedicated EPS Bearer)，这两个承载转发性能有明显的差别。

从PDN网络来了5个IP flow，其中IP flow 3-5告诉P-GW：我们赶着投胎呢，你赶紧让我上个快车，别让我晚点了！(低时延…)，然后P-GW如愿以偿地让他们上了专用承载的车；然后IP flow 1-2告诉P-GW：我俩不着急，但我俩800公斤，你得找辆卡车(大带宽…)，然后P-GW让他们上了默认承载的车。

因此，4G是以不同承载这种方式来协调一个Session的整体通信质量，说到底就是一种“按需分类”的思想。
不然的话，一个Session对于所有的IP flow都按照同一种方式进行处理，假如说都让他们上默认承载这辆卡车(实际上连卡车也算不上，默认承载这辆车是建立Session时，随赠的一辆车，性能可想而知…)，那你看B站的时候没啥问题，玩王者荣耀的时候可能就要原地鬼畜了…

分类可以实现有针对性的转发，性能也更有保障，我们从一个Session角度来看，这种处理方式虽然简单，但确实是最有效的方法。

不过值得一提的是，EPS Session实际上是一种Always-on IP connection。也就是说，只要完成一次EPS Session的建立过程(详见我的另一篇文章的2.1节，4G与5G会话建立流程描述以及对比)，那网络就会一直保持这个Session，直到UE在核心网的MME中注销(去附着)。这个Always-on IP connection的体现，就是默认承载会始终保持，不会释放。

对于EPS Session我们仅分解到EPS Bearer这一层，不再详细拆分一个EPS Bearer的具体结构，后期我会单独拿出篇幅去分析EPS Bearer的结构。

5G：PDU Session or PDU Connection

5G中的PDU Session与PDU Connection实际上也是针对UE与DN之间交付数据包，老规矩，上图！

同样的，4G与5G一脉相承。PDU Session也是基于“按需分类”的思想。每个IP flow都会映射到某一个QoS Flow，并用一个QFI来标识这个QoS Flow，也可以理解为，QFI就是QoS Flow的ID。

在5G中，QoS Flow是一个Session中对QoS的最小区分粒度。不同的QoS Flow也就意味着不同的转发处理，也就意味着适配不同的QoS。并且，在一个Session中，QoS Flow被QFI唯一标识的，不存在QFI相同，但QoS Flow不同的情况，QFI与QoS Flow是一一对应的关系。

所以，我们总的来看：在5G中，若干个不同的QoS Flow协调了Session的整体通信质量。虽然不同的IP flow对传输性能的要求可能不同，但对其进行合理的分类，形成若干个可描述的QoS Flow，便可以在一个Session中实现不同QoS等级的传输。

总结一下：从Session的角度而言，4G和5G的目的是一致的，思想是一致的，做法是相似的。但对比4G与5G的业务支持方面，5G要明显区别于4G，不仅支持更大的带宽，而且支持更低的时延。接入侧确实为这两个方面带来了极为明显的提升，但网络侧也相应发生了明显的变化，只不过我们单纯从Session的角度而言，没办法区别这些变化。

具体的区别，还是在于对QoS区分的差异：4G中，EPS Bearer是对QoS的最小区分粒度；5G中，QoS Flow是对QoS的最小区分粒度。
后面会逐步分析EPS Bearer与QoS Flow，其中QoS Flow将会是我们分析的重点。