4G核心网架构和技术是移动通信技术中的关键组成部分，它负责管理用户设备（UE）与核心网络之间的通信，并确保安全和可靠的数据传输。为了深入理解4G核心网的架构和技术细节，我们需要探讨以下几个关键知识点。

4G核心网（4G-CN）主要由一系列核心网络节点组成，这些节点包括移动管理实体（MME）、服务网关（SGW）、分组数据网络网关（PGW）以及归属用户服务器（HSS）等。MME是核心网中的控制节点，负责处理认证、安全以及移动性管理等功能。SGW作为服务网关，是用户数据的首个接入点，它负责处理用户数据流量。PGW则是负责与外部数据网络（比如互联网）的接口，并管理用户数据的路由和传输。HSS存储了用户的订阅信息，比如用户的账户信息和网络接入权限。

4G LTE attach procedure是用户设备（UE）首次接入4G网络时所经历的一系列流程。在这一过程中，UE首先通过S1接口与MME进行通信，发送Attach Request消息，请求接入网络。随后，MME与HSS交互，验证用户身份并检索用户的订阅信息。在这个过程中，会进行多种NAS（Non-Access Stratum）消息的交换，包括认证请求和响应、安全模式命令和响应等，以确保UE与网络之间的通信是安全加密的。

在激活NR-DC（New Radio Dual Connectivity）双连接功能时，MME会向HSS发送Diameter Update Location Request消息，通知HSS UE请求将5G-NR作为次级无线接入技术（RAT）使用。HSS会检查用户是否被授权使用5G-NR双连接服务。如果被授权，HSS会向MME发送接受响应。这一过程会用到扩展带宽字段来传递5G数据速率，因为常规的带宽字段不支持整个5G吞吐量范围。

GTPv2（GPRS隧道协议版本2）是3GPP定义的一个隧道协议，它用于在核心网络节点之间传输用户数据。在4G核心网中，GTPv2协议用于创建、修改和删除用户的数据传输会话。例如，GTPv2 Create Session Request消息是MME向SGW和PGW发送的，用以建立用户数据传输的会话。在此之后，MME会向PGW发送Diameter Credit Control Request消息，告知PGW该用户支持LTE-5G双连接（EN-DC）。此时会添加扩展的APN-AMBR字段来传递5G速率信息。

PGW收到此消息后，会通过Diameter Credit Control Answer消息确认用户的双连接服务会话。同时，为了准备后续的数据传输，SGW开始缓冲向UE方向的下行链路数据，并在会话建立后发送。GTPv2会话响应消息标志着会话创建过程的完成。通过上述过程，4G核心网确保了UE能够在不同网络之间进行无缝、安全、高效的数据通信。