本文目標：

• 初步認識 5G protocol stack
  • Control plane
  • User plane

Control Plane

上圖為 5G 核心網路控制平面（Control Plane）的 protocol stack 架構圖，它描繪 stack 上每一層分別使用什麼 protocol、作用為何：

• 首先看到最上層的 5G NAS-SM，NAS 訊息基本上跟兩種狀態有關，分別是 Session Management 以及 Mobility Management，最上層代表的是前者（我們也可以清楚的看到與 SM 有關的 NAS 訊息會進入 SMF）：
  • UE 將 NAS 訊息封裝送往基地台
  • 基地台會將 RAN-UE 有關的 Context 保存，再將 NAS 訊息包進 NGAP 訊息交給 AMF
  • AMF 會處理 NGAP 訊息，以及它包含的 NAS 訊息
  • 與 SM 相關的 NAS 訊息會讓 AMF 透過 SBI 存取 SMF 的服務，讓 SMF 能夠處理 SM 相關的請求
• NAS-MM 訊息主要由 AMF 負責，所以訊息從 N1 Interface 進來後 AMF 會直接處理掉。
• NGAP 是 SCTP base 的協定，它們的關係就像是 http 與 tcp 一樣
• N11 Interface 是 SMF 提供的 SBI

N2 Interface (AN <-> AMF)

N2 Interface 代表了 5G 系統中的接入層（Access stratum），之所以會叫做接入層是因為基地台與核心網路（AMF）的關係是直接接入的。
參考上圖，接入層的最上層使用 NGAP 協定，該協定是以 SCTP 協定為基礎的，它主要負責基地台與核心網路之間的狀態控制，包含：

• Paging
• Handover
• UE mobility
• 設定 PDU Session 所需要的資源

系列文也會有一篇獨立的文章介紹 NGAP 協定。

N1 Interface (UE <-> AMF)

前面有提到，N1 Interface 用於處理 UE 送來的 NAS 訊息，與 Mobility Management 有關的訊息 AMF 會直接處理。

N11 Interface (AN <-> SMF)

當 AMF 發現 NAS 訊息需要 SMF 參與，會 consume SMF 提供的 service。

User Plane

RAN 與 UPF 或是 UPF 與 UPF 之間的訊息使用 GTP-U（U 代表 user plane）協定進行傳輸，前者用來傳輸 RAN 送至雲端的 Uplink 與外部網路回來的 Downlink 資料流。後者則是會使用在 ULCL（Uplink Classifier）的場景。

N4 Interface (SMF <-> UPF)

在 Network Functions 介紹的部分有提到，UPF 的角色就像是 Gateway，除了轉發、保存、丟棄封包，它還負責執行 QoS（QoS enforcement），UPF 之所以知道每一條 PDU Session 的資料流該如何處理，是因為 SMF 在收到 NAS-SM 相關的訊息後，會透過 N4 interface 傳送 PFCP 訊息，將 Session 相關的 rules 告知 UPF。

補充：
PFCP 訊息與 N4 interface 會在後面的篇章中詳細介紹，系列文也會有 UPF 原始程式碼的解說，如果讀者對這一塊有興趣，可以留意之後的文章。

總結

本篇文章簡單的帶過除了 SBI 以外的所有 interface（N1、N2、N3、N4、N6、N9），如此一來，讀者就能清楚的了解核心網路的 1. 重要元件 2. 元件分工 3. 元件如何溝通囉！

補充：相關工具

如果對這些協定訊息的組成有興趣，可以在啟動核心網路後使用 tcpdump 監聽 network interface 的封包，輸出成 pcap 後再使用 wireshark 進行解析。
至於如何在本機架設核心網路與基地台模擬器，甚至是上面提到的 ULCL 場景，筆者也會在之後的文章中帶大家手把手進行實驗！

References

• TS 23.501 - Control and User Plane Protocol Stacks
• 個人經驗（？）