手機是如何通過基站接入互聯網的？

01-03

來個看圖識字吧~

比較早期的2G網路上網是通過CSD方式進行的，但是CSD是基於電路交換的，在應對以IP封包為主的internet業務時並不高效，因此GSM在後續的演進中引入了GPRS技術。

上圖為GPRS網路的一個拓撲圖，BTS是基站，分布在我們周圍，BSC是基站控制器，主要放置於各地市運營商的中心機房中，BTS和BSC/PCU組成了無線接入網，其他網元則為核心網。注意看PCU、SGSN、GGSN這三個網元，它們是GPRS出現後才加上去的。PCU作用主要是把從基站傳至BSC的數據中的分組業務數據單獨剝離出來，然後傳遞給SGSN。SGSN可以簡單的理解為一個大型的、多功能的交換機，負責鑒權、移動性管理、加密、計費、路由選擇等等。GGSN則是網關設備，簡單理解就像是一個「翻譯家」，把internet上的「語言」翻譯成SGSN能聽懂的「語言」，同時也把SGSN的「語言」翻譯成internet能聽懂的「語言」，另外又像是一個「海關+國家安全部門」，控制著整個GPRS網路的對外出口，什麼數據不能進，什麼數據能進都由GGSN來把關。另外手機等終端需要上internet，就需要IP地址，IP地址也由GGSN來分配。上述的三個網元設備構成了劃時代的核心網分組交換域（即PS域，原先只有CS電路交換域）。手機從基站接入，傳遞數據給基站，然後基站傳遞給上層BSC，PCU從中剝離出分組業務數據，傳遞給SGSN，最後通過SGSN經由GGSN這個網關將數據匯入到茫茫internet中~
上圖是CDMA2000的網路拓撲圖，其中PCF、PDSN/FA、HA、AAA是在IS95後引入的，這點和GSM類似，早期都沒考慮到internet業務，後來需要了才加上這些網元。PCF可以類比GPRS里的PCU，PDSN的功能則具備了SGSN和GGSN的大部分功能，AAA伺服器則主要是用戶身份認證/歸屬登記和鑒權計費等等功能。FA和HA設備現網應用比較少，就不說了。上述的幾個網元也構成了CDMA2000網路的「PS域」。

到了3G時代，其實整個網路架構也並沒有太大的變化。

上圖是WCDMA早期版本的網路結構圖，NodeB即基站，RNC相當於原來GSM中BSC+PCU兩個的集合。所以可以看到整個架構和GPRS時代沒什麼不同，核心網分組域也還是SGSN和GGSN這兩個網元。而CDMA2000 1x EVDO的整體架構也和原來的CDMA2000 1x是一樣的。所以3G更多的是在無線接入網的技術方面做修改，核心網方面動得並不大。但是在後續演進中，3GPP組織也不斷對核心網做出改變，包括但不限於R4版本中，電路域（CS）的軟交換（把圖中MSC拆為MSC-server和MGW，實現信令和業務承載分離）以及R5和後續版本中提出核心網全IP化及其特性的增強（典型應用則為IMS系統）。
到了LTE里，網路整體架構迎來了大變化。

上圖為LTE的一個大致網路結構圖，LTE中全面取消了電路域（CS），這也是為什麼LTE目前無法承載語音業務的主要原因之一。eNodeB是基站，分布在我們周圍，BSC/RNC也不見了，所以整個無線接入網由eNodeB組成。S-GW類似於SGSN+GGSN一部分功能的集合，P-GW具備GGSN中的IP地址分配功能，PCRF設備用以控制用戶行為（比如限速），PCRF需要和P-GW配合使用。HLR負責記錄用戶歸屬信息、鑒權信息、開戶信息等等。MME則是信令方面的承載設備。

上面說的只是移動通信網路中的情況，如果是家裡用無線路由器的WIFI上網，那又是另外的了~有耐心的繼續往下看~以目前常見的ADSL和FTTH為例。

請先自行把「用戶終端」腦補成無線路由器。這是ADSL寬頻接入網基本結構，手機從無線路由器通過802.11x系列協議接入，無線路由器通過乙太網協議向ADSL貓傳遞數據（ADSL貓放在家裡），ADSL貓負責調製解調，然後通過語音/數據分離器和電話線路向ADSL局端設備傳遞數據，然後再進入到寬頻接入伺服器BAS中，最後匯入茫茫的internet大洋中~BAS（寬頻接入伺服器）與AAA伺服器通過RADIUS協議相配合，實現AAA功能（即驗證Authentication、授權Authorization、記賬Accounting ）。可以將BAS和AAA伺服器類比為移動通信網路中的「核心網」。註：此處提到的AAA Server和上文中CDMA2000里提到的AAA Server並不是同種設備，只是說具備相似的功能，但是一個是固網的AAA，一個是CDMA2000的AAA。
這是目前流行的所謂「光纖寬頻」中EPON的接入網結構（另外一種流行的光接入網為GPON），因為是FTTH，所以先自行腦補把圖中ONU替換成ONT光貓，然後再腦補把ONT後面加上無線路由器。手機一樣從無線路由器接入，經過ONT（也就是光貓）的電光轉換後通過ODN傳遞給OLT，然後OLT經由各種交換機把數據匯入到茫茫Internet大洋中~ONT現實中多指光貓，放在我們的家裡，ODN是無源光配線網路，由光纖和各種無源器件組成，實際上就是傳遞光的，OLT則是局端設備，放置在運營商中心機房中，其作用可以簡單理解為一個移動通信網路中的「BSC/RNC」，負責控制和管理底下的ONU/ONT，並提供到上層交換機（核心網）的介面。

我想清楚了各個制式中的各個設備的具體功能和它們之間的連線，應該就不難理解手機是如何接入到互聯網的吧？簡單的說就是在一個個網元間不斷的傳遞、轉換格式、再傳遞、再轉換格式直到讓接收端收到並成功解調為止。當然了，具體的各個介面是如何對接、如何轉換格式、如何傳遞的在這裡就沒法說了，因為單單空中介面這一項的電信號如何傳遞、轉換成電磁波，幀結構等等就夠寫一本書的！有興趣的可以百度維基谷歌或者買本相關的書來看。

以上內容，只是提供一個大致思路，並非專業解答，僅供參考，如有錯誤和疏漏，還望海涵指正。

======================================================================

11.25：補充內容及Bug fix。

======================================================================

12.19：內容補充及Bug fix。

上文中只是大致提了目前主流的「手機連上互聯網」的方式，並大概講了各個網元的功能。這裡還需要再補充一點內容：那就是上面的網元其實並不都是直接相連的（但有些是直接相連的，比如ONU/ONT和OLT），它們之間需要藉助傳輸網來傳輸從而實現互聯互通。移動通信網路（即2G、3G、LTE）中使用的傳輸網在我的一些回答中有所提及，可供參考：基站是如何連上廣域網的？ - 知乎用戶的回答手機的基站之間是通過什麼通信的？基站用電池還是交流電？有總基站嗎？ - 知乎用戶的回答。

很簡單

手機有兩部分關鍵功能

一部分處理ip數據包

一部分將數據放到無線信號中傳（調製）

上網的請求比如瀏覽器的打開頁面經調製後發到空中然後被wifi ap或基站通過天線收到。基站獲ap 將無線信號還原成ip數據包後開始通過有線的網路一路經過很多的設備到達伺服器。其間的過程與貨車司機運貨差不多的。要考慮走哪條路（路由）過關驗貨（firewall）塞車排隊（隊列）抽查貨物 (dpi) （丟貨再發 (重傳）貨物半路被調包（被攻擊）等等好不容易到達。

通信流程非常複雜，非通信行業要想明白不是幾百句話能說清的。要有興趣可以買書已經研究。

首先，手機通過空中介面連接到基站，這是最關鍵的一步；至於基站連接到互聯網，發生在有線網路中，相對簡單了。