Come funzionano i dati mobili?

Inizierei definendo "dati mobili". È vaga come domanda poiché le tecnologie variano abbastanza, e a seconda della vostra area di interesse è probabile che riceviate risposte con diversi tipi di focalizzazione (ad esempio: una risposta che si concentra sul collegamento radio tra una torre e un telefono, al contrario di una risposta che lo dà per scontato e si concentra maggiormente sul nucleo mobile).

Vi darò una risposta più generale, che si concentra più sui concetti piuttosto che su particolari tecnologie. Qui ci sono alcuni concetti che si applicano a quasi tutte le tecnologie di dati mobili, inclusi GPRS/HSPA, LTE e il prossimo 5GS. Qui userò la parola "telefono" per descrivere il sistema che usa la rete dati:

• Selezione della rete: Un telefono ha bisogno di alcuni criteri per decidere di tentare l'accesso a una data torre cellulare di una data rete.
• Segnalazione di controllo radio: Quando si connette a una torre, un telefono ha bisogno di un mezzo per comunicare con la torre per i messaggi relativi all'uso della rete radio stessa (segnalazione di accesso). Nelle tecnologie di rete cellulare più diffuse, si tratta di stabilire un canale di "controllo delle risorse radio".
• Mobilità/Controllo dell'accesso: Il telefono deve essere autenticato, e l'operatore della carta SIM del telefono deve essere in grado di gestire i movimenti della SIM per coordinare il traffico in entrata verso quel telefono (comprese le chiamate vocali e il traffico downlink da una rete dati). Questo viene fatto attraverso la segnalazione "non-access stratum" usando la segnalazione di controllo radio di cui sopra come un pass-through. Tra le varie tecnologie, questo comporta la segnalazione di richieste e risposte del telefono con il "Serving GPRS Support Node", la "Mobility Management Entity" e la "Access and Mobility Function" rispettivamente in GPRS, LTE e 5GS.
• Gestione della sessione: Per accedere a una data rete di dati (es: Internet tramite un dato operatore), il telefono comunica con la rete "core" come sopra, tranne che qui è per lo scopo di richiedere un servizio dati, invece di registrarsi semplicemente con una rete. Con "richiedere un servizio dati" intendo chiedere un indirizzo IP con un dato bitrate da usare per raggiungere una data rete, come Internet.
  
  Questo comporta che il telefono segnali indirettamente verso una coppia di "GPRS Support Nodes" (SGSN, GGSN) nel caso delle reti GPRS, una coppia di gateway (SGW, PGW) nel caso di LTE, o a una o più "User Plane Functions" (UPF) nel caso del prossimo 5GS.
  
  Dico "indirettamente" perché la gestione delle sessioni implica un certo coordinamento tra i sistemi nella "rete centrale" in tutti e tre i casi, dove il telefono non "parla" direttamente con i sistemi che alla fine forniscono i servizi richiesti. Per usare LTE come esempio, il telefono "parla" con un broker (l'MME) che gestisce le richieste relative alla gestione delle sessioni verso questi gateway.
• Gestione dei portatori: Il processo di concessione delle sessioni di cui sopra finirà anche per stabilire dei "portatori" per la trasmissione dati end-to-end dal telefono alla fine della "rete centrale" verso la rete IP di destinazione raggiunta. Per usare LTE come esempio, la connessione telefono-torre per l'invio di dati è chiamata "data radio bearer" o "DRB", dove tutto ciò che il telefono invia alla torre su questo bearer viene inoltrato sul "S1 Bearer", che è solo un tunnel contenente il pacchetto IP del telefono. Questo viene poi inoltrato attraverso un "S5 bearer" o "S8 bearer" a un endpoint del tunnel, dove il pacchetto viene infine inoltrato senza alcuna intestazione del tunnel, come il pacchetto IP che il telefono intendeva trasmettere, alla rete IP di destinazione in questione (es: Internet).

Se siete interessati, questo è un video di presentazione che ho messo insieme specifico per la "procedura di collegamento" di LTE. Si spera che vi darà una buona comprensione di tutto il preambolo che avviene prima che i pacchetti vengano inviati da un telefono via etere per raggiungere Internet:

Nota, tutte le linee tracciate lì, specialmente quella tra il telefono e il ripetitore, possono essere suddivise in modo molto più dettagliato di questo, e anche questa presentazione è specifica per LTE (in realtà, "EPS" come nome della tecnologia end-to-end), quindi è davvero una domanda molto generica quella che stai facendo, ma questa è circa la risposta più generica che posso dare per essa.