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本人就职于国际知名终端厂商，负责modem芯片研发。
在5G早期负责终端数据业务层、核心网相关的开发工作，目前牵头6G算力网络技术标准研究。

博客内容主要围绕：
       5G/6G协议讲解
       算力网络讲解（云计算，边缘计算，端计算）
       高级C语言讲解
       Rust语言讲解

5G会话管理概述

5GC支持PDU连接业务，PDU连接业务就是通过5GS、UE和DN（Data Network）之间交换PDU数据分组的业务。PDU连接业务通过UE与网络建立PDU会话实现，一个PDU会话以及PDU会话中的QoS流建立之后，也就是建立了UE与DN之间的数据通路。
每个PDU会话都会有一个S-NSSAI与一个DNN关联。AMF可以基于S-NSSAI与DNN选择PDU会话的SMF。SMF可以基于S-NSSAI与DNN选择PDU会话的UPF。

SMF和UPF的选择还需要其它信息，这里不再深入介绍

UE的签约信息可以包含一个签约的DNN列表和一个默认的DNN。DNN可以用于关联DN或业务，类似LTE的APN。当UE发起PDU建立请求时，如果没有携带DNN信息，那么服务的AMF会为其选择一个默认的DNN；如果没有默认的DNN，那么服务AMF会选择本地配置的DNN给S-NSSAI。如果UE在PDU会话建立请求中携带的DNN不被网络支持，并且AMF也没能通过查询NRF找到一个合适的DNN，则AMF会拒绝这个PDU连接请求，并回复 “DNN is not supported”。

每个PDU会话只支持一个PDU会话类型，5GC支持的PDU会话类型有 IPv4、IPv6、IPv4v6、Ethernet、Unstructured。

PDU会话在UE和SMF之间的会话管理信令通过AMF进行中转。UE与AMF的N1接口通过NAS SM消息传递UE与SMF之间的会话管理信令。会话管理信令实现会话的建立（UE请求）、修改（UE和5GC请求）和释放（UE和5GC请求）。在5GC中，网络也可以触发PDU会话建立。应用服务器需要建立PDU会话连接时，会给5GC发送触发消息，5GC收到应用服务器的建立请求后会给UE发送触发PDU会话建立的消息。UE收到后请求建立指定的PDU会话。

5GC还支持LADN（Local Area Data Network）在PDU会话，LADN就是只在本地网络服务区才能访问的DNN。网络会在注册流程和配置流程更新流程中将当前的注册区下的LADN发送给UE。

在会话建立过程中，SMF负责检查UE请求是否符合用户签约信息。SMF会从UDM获取UE的签约信息，签约信息基于每个DNN和S-NSSAI给出：

允许的PDU会话类型和默认的PDU会话类型；
允许的SSC模式和默认的SSC模式；
QoS信息：Session-AMBR、默认5QI和默认ARP；
静态IP地址/前缀；
计费规则。

UE发送 PDU Session Establishment Request 消息的时候，要提供一个PDU Session ID。PDU Session ID由UE自己分配且在UE内是唯一的。已经建立PDU会话的SMF标识会被存储在UDM中，以支持3GPP接入和非3GPP接入间的切换。UE还需要提供PDU会话类型、S-NSSAI、DNN和SSC模式。

UE可以与同一个DNN建立多个PDU会话，也可以通过3GPP和非3GPP接入网与同一个DNN或者不同的DNN建立多个PDU会话。建立了多个PDU会话的UE可以由不同的SMF提供服务。SMF应在UDM中按PDU会话粒度进行SMF注册和销毁。

5G终端IP地址管理

SMF负责在PDU建立过程中为UE分配IP地址，IP地址可能是一个也可能是两个取决于UE请求建立的PDU的类型。如果是IPv4 only，那么SMF将为UE分配一个IPv4的地址；如果是IPv6 only，那么SMF将为UE分配一个IPv6 interface identifier；如果是IPv4v6，那么SMF将为UE分配一个IPv4地址和一个IPv6地址的 interface identifier。

这里要注意了，SMF分配的IPv4地址是一个完整的IP地址；而IPv6地址并不是完整的128bit，这里只分配了 low 64bit 的值，称为 interface identifier 我们后面还会详细介绍。

对于 IPv4 PDU 会话类型 和 IPv4v6 PDU 会话类型，UE将会：

通过下面两种方式中的一种获取IPv4地址，
- NAS 信令；
- DHCPv4。
可能通过DHCPv4获取一些IPv4的配置参数，例如，DNS服务器地址等。

对于 IPv6 PDU 会话类型 和 IPv4v6 PDU 会话类型，UE将会：

利用分配的 IPv6 链路本地 interface identifer ，创建一个链路本地地址（link-local address）；
通过无状态IP地址自动配置协议（SLAAC）获取地址的 high 64bit，也就是IPv6地址的 prefix；
可能通过无状态DHCPv6获取一些IPv6的配置参数。

SMF对IP的管理

UE在发送PDU Session建立请求消息时会填充 PDU Session Type（如上图），有以下几种可能的情况，

如果有匹配的URSP或者有匹配的UE本地配置且这些匹配的配置中，
- PDU Session Type 能够被UE的IP协议栈支持，则设置为匹配到的 PDU Session type；
- 没有设置 PDU Session Type，则在 PDU Session Establishment Request 中不会填入 PDU Session Type参数（也就是 no IP Address Allocation request ）；
否则，如果没有匹配的URSP和UE本地配置，则UE将根据UE的IP协议栈能力来设置PDU Session Type，有以下几种情况，
- UE IP协议栈支持IPv4和IPv6，则根据UE的配置和收到的运营商策略信息，可能设置为IPv4、IPv6 和 IPv4v6；
- UE IP协议栈只支持IPv4，则设置PDU Session Type 为IPv4；
- UE IP协议栈只支持IPv6，则设置PDU Session Type 为IPv6；
- 如果UE不清楚IP协议栈的能力（例如，MT和TE分离的情况下，此时MT不知道TE的能力），UE需要将 PDU Session Type 设置为 IPv4v6。

如果UE想使用DHCPv4来分配IPv4地址，则需要将这种需求显示的填入 PDU SESSION ESTABLISHMENT REQUEST 的 Extended protocol configuration options IE，如下图。

关于 Extended protocol configuration options IE 在 ST24.008 10.5.6.3节中给出了解释，感兴趣的同学自行查看，这里不再贴图了。

如果UE指明使用DHCPv4来获取IPv4地址，并且5GC支持DHCPv4，那么SMF在回复UE时并不会携带IPv4的地址。网络也有可能回复UE一个 0.0.0.0 的IPv4地址（0.0.0.0用作源地址，表示地址未确定）。在PDU建立流程结束之后，UE利用与5GC的连通性来发起DHCPv4流程为自己分配IPv4地址。

注意了，如果UE指明使用DHCPv4来获取IP地址，但是5GC网络在PDU建立流程中还是为UE提供了IPv4地址，那么UE也要接受这个IPv4地址。

当网络收到UE发送的 PDU SESSION ESTABLISHMENT REQUEST 之后，会根据 PDU Session Type、运营商策略和用户签约信息来分配IP地址，

如果网络最后确定的PDU Session Type 为 IPv4，则网络会在 PDU address IE 中填入分配的IPv4地址；
如果网络最后确定的PDU Session Type 为 IPv6，则网络会在 PDU address IE 中填入一个IPv6 链路本地 interface identifier；
如果网络最后确定的PDU Session Type 为 IPv4v6，则网络会在 PDU address IE 中填入一个IPv4地址和一个IPv6 链路本地 interface identifier ；
如果网络收到的是一个 no IP Address Allocation request ，此时SMF会根据DNN的配置参数决定是否使用DHCPv4来为UE分配IPv4地址。

具体的 PDU address IE 格式如下图，

SMF可能会通知UE，（DNN，S-NSSAI）这对组合下对应的 PDU Session Type 无法被建立。在这种情况下，UE不应该再次尝试使用相同的（DNN，S-NSSAI）和 PDU Session Type 去建立PDU会话。如果UE已经建立了一个PDU会话（IPv4或者IPv6），还需要建立另一个IP version 的PDU会话，则UE可以使用与第一个PDU会话相同的（DNN，S-NSSAI）发送PDU建立请求消息，来激活第二个具有不同IP version 的PDU会话。

当 PDU session 被释放后，SMF会释放分配的IP地址/前缀信息。

SMF、UPF在DHCP流程中的角色

为了支持基于DHCP的IP地址配置功能，对于UE来说SMF将充当一个DHCP服务器。PDU会话锚点的UPF不具备DHCP的功能，它只负责UE和SMF之间DHCP消息的透明转发。

当DHCP服务器是一个3GPP外部的网络时（external data network），SMF充当一个DHCP客户端角色，UPF不具备任何DHCP的功能，SMF控制UDP通过N6接口来透明转发UE和SMF的DHCP消息给3GPP外部网络。

5GC中的静态IP

5GC也支持基于UDM中的订阅信息或者基于（订阅者，DNN，S-NSSAI）三元组的静态IPv4地址和静态IPv6前缀的分配。如果静态IP地址/前缀存储在UDM中，在PDU会话建立期间SMF会从UDM中获取这个静态IP地址/前缀。如果SMF没有从UDM中获取到静态IP地址/前缀，它会尝试从DHCP/DNS-AAA服务器中获取。静态IP地址/前缀分配给UE的方法与动态IP地址/前缀分配方法一致。也就是说无论IP地址/前缀是动态的还是静态，IP地址的分配是由PLMN还是由外部数据网络分配，对于UE来说都是透明的。

IPv6 Prefix的获取

PDU会话建立结束后，UE会发送一个 Router Solicitation message 给SMF去请求一个 Router Advertisement message 。收到UE的消息后SMF会发送一个Router Advertisement message 给UE，在这个消息中就包含了UE需要的IPv6前缀。

收到Router Advertisement message 消息之后UE就可以组成一个有效的IPv6地址了。为了保证UE生成的IPv6 link-local 地址不会与链路中的UPF和SMF的地址冲突，SMF会给UE配置一个 interface identifier（如上一节所述），UE就是用这个 interface identifier 来构建自己的 link-local IPv6地址。

根据RFC4862中的定义，其实UE可以选择任意的 interface identifier 来构建IPv6地址，但是TS23.501中对其进行了约束，强调除了5GC网络的 link-local 以外，可以使用任意的 interface identifier 来构建IPv6地址，如果是用在5GC网络的 link-local IPv6 地址，则必须使用 PDU Session Establishment Accept 消息中配置的 interface identifier 。

RFC4862中规定对于每一个 link-local IPv6 地址，在实际使用前需要进行重复性检查（通过发送 Neighbor Socilitation 消息），防止其它设备使用相同的 link-local IPv6，这个过程称为 Duplicate Address Detection（DAD） 。这一点在3GPP应该中有所不同，UE组成IPv6地址之后不需要进行重复地址检查流程，因为SMF通知给UE的 *IPv6 prefix* 是全局唯一的，而且 *interface indentifier* 也是SMF配置下来的保证了不会发生IP地址冲突。

在IPv6多宿主PDU会话下，当为一个新的PDU会话锚点分配了IPv6前缀后，SMF不应该再为其分配 interface identifier 。

所有上述IPv6相关的消息（例如，Router Socilitation、Router Advertisement、Neighbor Socilitation、Neighbor Advertisement）都是通过UPF传输的（UE <–> UPF <–> SMF）。

SLAAC协议概述

请参阅《【5G会话管理】UE IPv6地址的分配（SLAAC协议）》

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