PDU Session & 5G UE IP Address Allocation Scheme
SMF (Session Management Function)
UE IP位址的分配是5G核心網路中重要的功能之一,其中SMF又在其中扮演重要的管理功能。
SMF主要處理UE的會話 (Session) 相關任務,SMF透過AMF來轉發與會話 (Session) 相關的message來與UE溝通,包括:
- Setting up connectivity for the UE toward Data Network (DN)
- PDU session establishment, modification, release
- Managing User Plane for that connectivity
- IP address allocation
PDU Session
“PDU Session: Association between the UE and a Data Network that provides a PDU connectivity service.” (3GPP)
PDU Session是 UE 和特定 DN (Data Network)之間的邏輯連接,它為用戶提供從UE到 DN 的用戶平面 (User Plane) 連接。
一個UE 可以建立多個 PDU Session,每個PDU Session可以連接到各自的DN,也可以多個PDU Session連接到同一個DN。
PDU Session Establishment Request & Accept
"The PDU (Protocol Data Units) is the basic end-user protocol type carried by the PDU Session.”
UE開機後,完成註冊流程,用戶若欲透過5G傳輸數據 (e.g., 上網,Line聊天),需要先建立UE到DN之間的連結,也就是,UE需先向網路側請求建立PDU Session (PDU Session Establishment Request)。
在PDU Session Establishment期間,UE和DN之間對應的User Plane連接會被激活 (activated)。 User Plane連接提供 PDU 的傳輸。
PDU Session有不同的類型:
- IP-based PDU Session Type (IPv4, IPv6, IPv4v6)
- Ethernet PDU Session Type
- Unstructured PDU Session Type
UE在請求建立PDU Session時 (PDU Session Establishment Request),在其中一個IE (Information Element) — PDU Session Type中會攜帶此UE欲建立的PDU Session Type ,e.g., 若是此UE欲建立IPv4的PDU Session Type,則IE — PDU Session Type則會攜帶IPv4值給網路側 (UE → AN → AMF → SMF)
SMF會根據DN支持的IP版本來去選擇PDU Session Type,i.e., 若是DN亦支持IPv4,則SMF會在接受PDU Session建立的message中其中一個IE - Selected PDU Session Type帶IPv4 值給UE,並分配一個IPv4位址給該UE。
5G UE Dynamic & Static IP Address Allocation
3GPP spec提及到,
- (a). 若是UE支持Dual Stack IPv4v6 ,且請求建立的PDU Session Type為 IPv4v6,則SMF會視DNN配置、用戶訂閱資料、或是營運商的政策來去決定是要分配IPv4還是IPv6位址給該UE; (b). 當UE 的 IP 版本能力在 UE 中未知時 (IP version capability of the UE is unknown),UE 應當請求PDU Session Type為”IPv4v6",而SMF也會根據所說的因素,來決定是要分配IPv4還是IPv6位址。
- 若是UE支持與請求IPv4 PDU Session Type,且DN亦支持IPv4,則SMF會配發一個IPv4位址給該UE。
- 若是UE支持與請求IPv6 PDU Session Type,且DN亦支持IPv4,則SMF會配發一個IPv6位址給該UE。
IPv6的出現是因IPv4位址短缺的問題,IPv6可有大量的位址可分配給眾多的UE,目前大多數end-user可訪問的 IP 網路系基於 IPv4,下方介紹3GPP Spec支持之IPv4位址分配的機制。
- 從網路側IP Pool中為該UE分配一個IPv4 位址,則SMF會在PDU Session建立的其間配發一個IPv4 位址給UE。
- 從 DHCPv4 Server為 該UE 分配一個IPv4 位址,則IP位址的分配是在PDU Session建立完成之後。
[參考資料]:
- 5G Core Networks: Powering Digitalization (Academic Press)
- 3GPP TS 23.501
- 3GPP TS 23.502
- 3GPP TS 24.501