本文目標：
free5GC 是全世界第一套開源的 5G 核心網路專案，free5GC 遵照 3GPP R15 規格書進行功能開發，目前 free5GC 的貢獻者主要來自交大的師生以及世界各地的 contributor。
free5GC 官方提供兩種安裝方式：
如果想將 free5GC 安裝至你的主機或是虛擬機，可以參考官方文件以及影片教學：
除了安裝至本地的方式以外，讀者也可以使用官方維護的 free5gc-compose 安裝 free5GC，使用 container 的方式安裝可以避免本地開發環境被破壞，設定上也較一般的方法容易。
在 free5GC 的官方教學中有一個很重要的部分必須在核心網路啟動前完成設定：
sudo sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o enp0s3 -j MASQUERADE
sudo systemctl stop ufw
上面所列出的命令會將運行核心網路的主機變成一台 Linux router，這樣一來核心網路才有能力轉送來自 UE 的 uplink data。
對於沒有網路概念的人來說可能會難以理解上面這些設定的目的，為此，筆者特別整理了一篇文章簡單的介紹網路概念。
IP 位址是由 Internet Assigned Numbers Authority（IANA）分配各個國家與單位，在台灣是由 TWNIC 進行 IP 的管理。
一般來說，IP 可以分成三大類：
範圍從 0.0.0.0 到 127.255.255.255，第一個位元組由 IANA 分配，後面的三個位元組可以自行管理。
假設某單位分配到 Class A IP 為 56.x.x.x，那麼它們一共有 256 x 256 x 256 數量的 IP 可以使用。
範圍從 128.0.0.0 到 191.255.255.255，前兩個位元組由 IANA 分配，後面的兩個位元組可以自行管理。
以交通大學為例，它的 IP 為 140.113.X.，這代表交大一共有 256 x 256 個 IP 能夠使用。
範圍從 192.0.0.0 到 223.255.255.255，前三個位元組由 IANA 分配，最後一個位元組可以自行管理。
前面提到的 Class A|B|C 的可使用數量是理想值，實際情況還要考慮私有 IP（也就是可以用於內部網路的 IP），RFC 1597 所定義的私人網路範圍：
考量到 IPv4 的數量有限，Class C 對於大部分使用者來說仍是過多，因此無類別域間路由 CIDR 的概念被提出了。
以 10.10.1.32/27 為例：
00001010.00001010.00000001.00100000
如果要驗證一個 IP 是否屬於這個網路下，我們可以將 IP 也轉為二進制，並且檢查兩者的前 27 的位元是否相同。
換句話說，10.10.1.32/27 這個網路範圍內一個共有 2^5 - 2 個 IP 可供分配，需要扣除 2 的原因是要預留網路位址（5 個位元皆為 0）與廣播位址（5 個位元皆為 1）。
前面有提到：
那麼當私人網路的主機需要接入到網際網路該怎麼做呢？假設有 2 組子網路遮罩為 255.255.255.0 的子網路，在沒有 NAT 的情況下，對外的 router 需要保留 500 個外部 I，才能確保所有主機都可以連線至網際網路。
為了解決 IP 數量有限的問題，網路位址轉換（NAT）被提出，功能是當 IP 封包通過防火牆或是 router 時，可以將來源或是目標 IP 改寫（外部網路與私人網路的轉換）：
上圖取自 wikipedia。
如此一來，多台內部網路的主機就可以共用一或多個外部網路 IP 囉！
作者補充：
- SNAT 適用於讓內網主機存取外部網路服務的場景，當外部網路服務收到經過 SNAT 處理的封包，它會將 response 送往 NAT Server，這時 NAT Server 會使用該訊息的 sequence number 以及先前 SNAT 轉換紀錄進行比對，在 pre-routing 的階段將 response 的 destination IP 從 NAT Server IP 修改成發出請求的 Client IP。
- 當來自外部網路的請求送至 NAT Server，它會以 destination IP 與 port number 判斷該請求屬於內網的哪一台主機（這個步驟會在 post-routing 處理）並將 destination IP 修改成目標主機的 IP。等到目標主機收到經過 DNAT 處理的請求並準備回應時，因為 source IP 沒有修改的關係（仍時外部網路客戶端的位址），所以能夠直接進行回應。
在 Linux 作業系統上，我們可以使用以下命令去觀察系統的 kernel routing table：
route -n
查詢結果如下：
參考上圖：
如果要新增一個路由表，可以使用 route add：
sudo route add -net 0.0.0.0 gw 192.168.0.33 netmask 128.0.0.0 dev ens01
相對的，如果要移除建立好的路由表，可以使用 route del：
sudo route del -net 0.0.0.0 gw 192.168.0.33 netmask 128.0.0.0 dev ens01
要將封包從當前主機送往不同網域下的主機時，我們需要依靠 Router 的幫忙，Router 最主要的用途就是封包轉發。
一般來說，要取得一台 Router 可以透過兩種方式：
Linux kernel 就內建了封包轉送的能力，要開啟該功能需要在開機時下達以下命令：
sudo sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
此外，也可以修改 /etc/sysctl.conf 讓系統每次啟動時都套用這項設定：
$ sudo vim /etc/sysctl.conf
net.ipv4.ip_forward = 1
$ sudo sysctl -p
Linux kernel 提供了網路封包的過濾機制（netfilter），可以利用 MAC、IP、TCP、UDP 等 L2 至 L4 的資訊進行過濾。
而 iptables 就是一個利用封包過濾機制開發出的工具，它可以幫助我們設定 Linux 主機上的網路資料該如何接收、傳出或是轉送：
上圖取自 https://medium.com/@ebuschini/iptables-and-docker-95e2496f0b45
參考上圖，iptables 有 5 個 chain 和 4 個 table，它們分別是：
而我們使用到的是 nat 的功能，以本篇文章最初提到的指令：
sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o enp0s3 -j MASQUERADE
來看，它其實就是新增了一個 SNAT（MASQUERADE）規則，使 UE 送來的封包可以透過核心網路進行轉送（參考上圖 POSTROUTING 的部分），轉送的過程中會修改 UE 的 Source IP。
而 sudo systemctl stop ufw 則是關閉防火牆以避免轉送的過程中受到干擾。
作者的話：對 iptables 有興趣的話推薦看看這篇文章，文中對每一個 Chain 和 Table 的使用都有清楚的解說。
本篇文章大致解釋了為何每次在啟動 free5GC 時都需要下達那些命令，實際上，route 以及 iptables 都是相當複雜的網路工具，實在很難用短短的一篇文章涵蓋這麼多內容！
如果有興趣可以參考鳥哥的教學網站：
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