5G 核心网用户面功能(一)UE IP地址分配和管理

时间:2024-04-10 08:09:13

        我们的个人电脑联网的前提是预先配置IP地址,通常我们通过静态手工指定或DHCP协议配置。类似地,UE在进行业务通信前,也必须获取到地址。

UE获取IP地址具有如下特点:

  • UE的IP地址必须由核心网分配,而不是UE自己手工配置
  • UE的IP地址与PDU会话相关,不同PDU会话,UE需分别获取IP地址。

一、UE获取IP地址的途径

UE有两种途径获取到IP地址

1、UE通过NAS消息获取到IP地址

此方式下,SMF于PDU会话建立过程中,第10步与UPF(PSA)的N4 Session初建之后。SMF向UE发送PDU会话建立接受(NAS)报文中携带为UE分配的IP地址,该报文由AMF透传给基站,再由基站透传给UE

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2、UE通过DHCP协议报文获取到IP地址

此方式下,在PDU会话建立接受(NAS)报文中,SMF向UE下发IP地址0.0.0.0。PDU会话建立结束后,UE可通过DHCP过程向核心网获取IP地址。

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二、UE IP地址的作用

UE分配到IP地址具有哪些作用呢?或者,换句话说某个UE具体分配得到了地址A而不是地址B,具体会造成哪些不一样呢?

  1. UE发出的业务数据的IP头部源地址为A,而不是地址B
  2. 核心网PCF/SMF将根据地址A计算会话策略,SMF将根据地址A进行PDR的计算和配置,而不是地址B
  3. DN中的主机想访问UE时,以地址A为目的查询路由,而不是地址B

我们需要特别讨论的就是作用3。假设DN是个小型的封闭的网络,仅有数台主机,我们可以简单又方便地使用静态路由。但如果DN是像internet这样的大型网络,BGP协议是不可或缺的。为了让UE的业务数据可以回流,UPF不得不将UE的地址生成路由信息散播到DN中。

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三、UE IP地址与路由

我们真正想探讨的将影响核心网工作方式的地方,并不在于路由学习过程,而是路由生成的时机和范围。对于UPF来说有两个容易被注意到的时间:地址池配置生效时或地址被分配时。

1、地址池配置生效时

核心网配置地址池时,UPF为所有地址一同生成路由信息。

2、UE获取到IP地址之时

核心网配置地址池时,UPF不生成路由信息,具体某个UE建立PDU会话需要获得地址A时,UPF才为地址A生成路由信息。

四、由UPF进行UE IP地址分配

由UPF进行UE IP地址分配的好处是——IP域和路由域是统一的。换句人话说,因为IP地址是UPF分配的,路由信息也是UPF生成的,好管理。

我们假设:

  • UPF1直接管理地址池P1:192.168.1.0/24, UPF1在地址池P1配置生效时,即可生成一条目的为192.168.1.0/24路由信息,下一跳为本地null接口。UPF可通过动态路由协议将此路由信息从N6接口向DN传播。
  • UPF2直接管理地址池P2:192.168.2.0/24,同理,UPF2向DN传播了P2的路由。

当某个UE建立PDU会话时,如果根据策略SMF选择了UPF1作为用户面路径的PSA,则UE将分得P1中的地址,而如果SMF选择了UPF2作为用户面路径的PSA,UE将分得P2中的地址。

所以,无论SMF选择UPF1还是UPF2,DN中的主机都可以访问UE。

以此扩展,即使有更多的UPF向UE提供服务,在该UE出现/建立PDU会话之前,UPF就已可以按自己管理的地址池作为路由目标提前向DN传播路由信息。

请读者想一想,此种方式有什么坏处呢?

五、由SMF进行UE IP地址分配

通常,5G网络拓扑中,一个SMF要管理很多UPF。基于管理上的方便,核心网可以实现成由SMF进行UE IP地址分配。

SMF可以手工配置许多地址池,可基于不同维度(如切片、DNN、服务区域、网络实例、UPF(PSA))进行地址池管理和划分。

1、基于UPF(PSA)

道理见上一章。

2、基于切片、DNN、服务区域

核心网的会话策略中经常需要基于切片、DNN、服务区域维度进行区分,而UE IP地址是会话策略的重要成分,基于这些维度划分将有利于统一管理。

3、基于网络实例

如果5G网络很大,在地址资源紧张的情况下,核心网不得不分配可重用的UE IP地址。网络实例可以用于解决此类问题。网络实例理解起来有点复杂,而3GPP规范讲得很少,后续按网络实例的用法统一再写。