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DAY 2
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DAY1講了5G網路各元件的功能,DAY2來介紹各元件的通訊流程,先在把DAY1的圖拿出來講


首先 UE與核心網路通訊的介面稱作為N1,基地台與控制平面通訊的介面為N2,而基地台與使用者平面的介面稱為N3,控制平面與UPF的通訊稱為N4,其中還有2項圖上沒有提到,分別為AMF與SMF(N11)和UPF與UPF(N9)進行通訊時的介面。
而首先要先講到N2介面(N1介面理論上為N2+UE與RAN中間連線的那條)
N2介面所使用的協定為NGAP(NG Application Protocol),NGAP負責基地台與核心網路的通訊,包含 建立,修改,釋放 Pdu Session的通訊

使用者連線時內容的傳輸,初始化的設定與修改

當然還有很多功能 如 基地台間換手的通知,基地台的負載,目前的位置等,NGAP大致的架構如下,這邊不一一做介紹


基地台與核網建立連線時的NGAP封包

再來要講到的為核網各元件的通訊流程,DAY1有說到元件間通訊需透過NRF詢問位置,而這條通訊的介面稱為SBI(Service based interface),而SBI使用基於HTTP2.0的協定

因此各個元件間通訊,即是透過API互相交換資料,除了SMF與UPF間通訊為使用PFCP通訊協定
而SMF與UPF間通訊的PFCP封包分為
Association Setup: 負責建立與UPF的連線
Session Establishment: 建立UPF與RAN之間的PDU Session
Session Modification: 當UE要與UPF進行連線時,需透過Modification去修改如IP或Routing等資訊
Session Deletion: 當UE關閉連線時,將Session刪除

下圖為PFCP Association Setup的封包

而RAN和UPF之間的通訊則透過GTP協定,GTP為GPRS(General Packet Radio Service)隧道協定中的其中的一部分,而5G網路使用的是GTP-U,4G網路使用的則是GTP-C協定
而GTP封包大致如下

首先UE想透過ICMP封包去ping其他UE或主機,而RAN幫忙轉送至UPF時即會將封包加上一個GTP的標頭進行包裝,這樣一來UE設備實際的IP即會被藏在GTP封包之中,直到UPF轉送至DN時即會將GTP封包解開,這樣別人抓到的來源IP只會是UPF的IP。
由下圖可以看到

GTP封包內部 顯示的為來源IP 60.60.0.1(UPF分配給UE的IP) 目的IP 8.8.8.8 而若解開標頭即可看到來源IP為 192.168.231.171 目的實際上為10.20.1.22(UPF IP)

透過這個方式,使用者在移動的同時,只要透過自己所持有的Tunnel ID(TEID),即可在不同的地方,透過UPF進行資料的轉發。

到目前簡單介紹了5G網路的通訊流程,DAY3將來實際部屬5G核心網路,並進行通訊。

Reference

ETSI NG Application Protocol (NGAP)

NG signalling transport

5G System;
Technical Realization of Service Based Architecture;
Stage 3

5G System;
Session Management Services;
Stage 3

GTP tunnel protocol


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