1、test.sh测试的IP地址规划和参考拓扑
free5gc代码整体架构参考的是SBA 5GC架构，如下所示，free5gc涉及到的网元有AMF、SMF、UPF、AUSF、N3IWF、NRF、NSSF、PCF、UDM，各网元功能可以参考文章末尾解释说明：
SBA 5GC架构图
搭建test.sh测试环境需要创建一个虚拟机，名称为free5gc，作为5GC核心网及(R)AN，用于部署free5gc程序并启动test.sh测试程序，具体IP配置如下图和配置文件所示：
报文中的IP地址规划如下
网元 | 接口 | IP地址 | 端口号 |
AMF | N2 | 127.0.0.1 | 38412 |
AMF | SBI | 127.0.0.18 | 8000 |
AUSF | SBI | 127.0.0.9 | 8000 |
NRF | SBI | 127.0.0.10 | 8000 |
NSSF | SBI | 127.0.0.31 | 8000 |
PCF | SBI | 127.0.0.7 | 8000 |
UDM | SBI | 127.0.0.3 | 8000 |
UDR | SBI | 127.0.0.4 | 8000 |
UDR | MongoDB | 127.0.0.1 | 27017 |
SMF | SBI | 127.0.0.2 | 8000 |
SMF | N4 | 10.200.200.1 | 8805 |
UPF | N4 | 10.200.200.101 | 8805 |
UPF | N3 | 10.200.200.102 | 2152 |
UPF | UE地址池 | 60.60.0.0/16 | N/A |
1.1、AMF配置文件
路径为free5gc/config/amfcfg.yaml
info:
version: 1.0.2
description: AMF initial local configuration
configuration:
amfName: AMF # the name of this AMF
ngapIpList: # the IP list of N2 interfaces on this AMF
- 127.0.0.1
sbi: # Service-based interface information
scheme: http # the protocol for sbi (http or https)
registerIPv4: 127.0.0.18 # IP used to register to NRF
bindingIPv4: 127.0.0.18 # IP used to bind the service
port: 8000 # port used to bind the service
serviceNameList: # the SBI services provided by this AMF, refer to TS 29.518
- namf-comm # Namf_Communication service
- namf-evts # Namf_EventExposure service
- namf-mt # Namf_MT service
- namf-loc # Namf_Location service
- namf-oam # OAM service
servedGuamiList: # Guami (Globally Unique AMF ID) list supported by this AMF
# <GUAMI> = <MCC><MNC><AMF ID>
- plmnId: # Public Land Mobile Network ID, <PLMN ID> = <MCC><MNC>
mcc: 208 # Mobile Country Code (3 digits string, digit: 0~9)
mnc: 93 # Mobile Network Code (2 or 3 digits string, digit: 0~9)
amfId: cafe00 # AMF identifier (3 bytes hex string, range: 000000~FFFFFF)
supportTaiList: # the TAI (Tracking Area Identifier) list supported by this AMF
- plmnId: # Public Land Mobile Network ID, <PLMN ID> = <MCC><MNC>
mcc: 208 # Mobile Country Code (3 digits string, digit: 0~9)
mnc: 93 # Mobile Network Code (2 or 3 digits string, digit: 0~9)
tac: 1 # Tracking Area Code (uinteger, range: 0~16777215)
plmnSupportList: # the PLMNs (Public land mobile network) list supported by this AMF
- plmnId: # Public Land Mobile Network ID, <PLMN ID> = <MCC><MNC>
mcc: 208 # Mobile Country Code (3 digits string, digit: 0~9)
mnc: 93 # Mobile Network Code (2 or 3 digits string, digit: 0~9)
snssaiList: # the S-NSSAI (Single Network Slice Selection Assistance Information) list supported by this AMF
- sst: 1 # Slice/Service Type (uinteger, range: 0~255)
sd: 010203 # Slice Differentiator (3 bytes hex string, range: 000000~FFFFFF)
- sst: 1 # Slice/Service Type (uinteger, range: 0~255)
sd: 112233 # Slice Differentiator (3 bytes hex string, range: 000000~FFFFFF)
supportDnnList: # the DNN (Data Network Name) list supported by this AMF
- internet
nrfUri: http://127.0.0.10:8000 # a valid URI of NRF
security: # NAS security parameters
integrityOrder: # the priority of integrity algorithms
- NIA2
# - NIA0
cipheringOrder: # the priority of ciphering algorithms
- NEA0
# - NEA2
networkName: # the name of this core network
full: free5GC
short: free
locality: area1 # Name of the location where a set of AMF, SMF and UPFs are located
networkFeatureSupport5GS: # 5gs Network Feature Support IE, refer to TS 24.501
enable: true # append this IE in Registration accept or not
imsVoPS: 0 # IMS voice over PS session indicator (uinteger, range: 0~1)
emc: 0 # Emergency service support indicator for 3GPP access (uinteger, range: 0~3)
emf: 0 # Emergency service fallback indicator for 3GPP access (uinteger, range: 0~3)
iwkN26: 0 # Interworking without N26 interface indicator (uinteger, range: 0~1)
mpsi: 0 # MPS indicator (uinteger, range: 0~1)
emcN3: 0 # Emergency service support indicator for Non-3GPP access (uinteger, range: 0~1)
mcsi: 0 # MCS indicator (uinteger, range: 0~1)
t3502Value: 720 # timer value (seconds) at UE side
t3512Value: 3600 # timer value (seconds) at UE side
non3gppDeregistrationTimerValue: 3240 # timer value (seconds) at UE side
# retransmission timer for paging message
t3513:
enable: true # true or false
expireTime: 6s # default is 6 seconds
maxRetryTimes: 4 # the max number of retransmission
# retransmission timer for NAS Deregistration Request message
t3522:
enable: true # true or false
expireTime: 6s # default is 6 seconds
maxRetryTimes: 4 # the max number of retransmission
# retransmission timer for NAS Registration Accept message
t3550:
enable: true # true or false
expireTime: 6s # default is 6 seconds
maxRetryTimes: 4 # the max number of retransmission
# retransmission timer for NAS Authentication Request/Security Mode Command message
t3560:
enable: true # true or false
expireTime: 6s # default is 6 seconds
maxRetryTimes: 4 # the max number of retransmission
# retransmission timer for NAS Notification message
t3565:
enable: true # true or false
expireTime: 6s # default is 6 seconds
maxRetryTimes: 4 # the max number of retransmission
# the kind of log output
# debugLevel: how detailed to output, value: trace, debug, info, warn, error, fatal, panic
# ReportCaller: enable the caller report or not, value: true or false
logger:
AMF:
debugLevel: info
ReportCaller: false
NAS:
debugLevel: info
ReportCaller: false
FSM:
debugLevel: info
ReportCaller: false
NGAP:
debugLevel: info
ReportCaller: false
Aper:
debugLevel: info
ReportCaller: false
PathUtil:
debugLevel: info
ReportCaller: false
OpenApi:
debugLevel: info
ReportCaller: false1.2、SMF配置文件
路径为free5gc/config/test/smfcfg.test.yaml
info:
version: 1.0.2
description: SMF initial local configuration
configuration:
smfName: SMF
sbi:
scheme: http
registerIPv4: 127.0.0.2 # IP used to register to NRF
bindingIPv4: 127.0.0.2 # IP used to bind the service
port: 8000
tls:
key: free5gc/support/TLS/smf.key
pem: free5gc/support/TLS/smf.pem
serviceNameList:
- nsmf-pdusession
- nsmf-event-exposure
- nsmf-oam
snssaiInfos:
- sNssai:
sst: 1
sd: 010203
dnnInfos:
- dnn: internet
dns:
ipv4: 8.8.8.8
ipv6: 2001:4860:4860::8888
- sNssai:
sst: 1
sd: 112233
dnnInfos:
- dnn: internet
dns:
ipv4: 8.8.8.8
ipv6: 2001:4860:4860::8888
pfcp:
addr: 10.200.200.1
userplane_information:
up_nodes:
gNB1:
type: AN
an_ip: 192.188.2.3
UPF:
type: UPF
node_id: 10.200.200.101
sNssaiUpfInfos:
- sNssai:
sst: 1
sd: 010203
dnnUpfInfoList:
- dnn: internet
pools:
- cidr: 60.60.0.0/16
- sNssai:
sst: 1
sd: 112233
dnnUpfInfoList:
- dnn: internet
pools:
- cidr: 60.61.0.0/16
interfaces:
- interfaceType: N3
endpoints:
- 10.200.200.102
networkInstance: internet
links:
- A: gNB1
B: UPF
nrfUri: http://127.0.0.10:8000
locality: area1
logger:
SMF:
debugLevel: info
ReportCaller: false
NAS:
debugLevel: info
ReportCaller: false
NGAP:
debugLevel: info
ReportCaller: false
Aper:
debugLevel: info
ReportCaller: false
PathUtil:
debugLevel: info
ReportCaller: false
OpenApi:
debugLevel: info
ReportCaller: false
PFCP:
debugLevel: info
ReportCaller: false1.3、UPF配置文件
路径为free5gc/NFs/upf/build/config/upfcfg.test.yaml
info:
version: 1.0.0
description: UPF configuration
configuration:
# the kind of log output
# debugLevel: how detailed to output, value: trace, debug, info, warn, error, fatal, panic
# ReportCaller: enable the caller report or not, value: true or false
debugLevel: info
ReportCaller: false
# The IP list of the N4 interface on this UPF (Can't set to 0.0.0.0)
pfcp:
- addr: 10.200.200.101
# The IP list of the N3/N9 interfaces on this UPF
# If there are multiple connection, set addr to 0.0.0.0 or list all the addresses
gtpu:
- addr: 10.200.200.102
# [optional] gtpu.name
# - name: upf.5gc.nctu.me
# [optional] gtpu.ifname
# - ifname: gtpif
# The DNN list supported by UPF
dnn_list:
- dnn: internet # Data Network Name
cidr: 60.60.0.0/24 # Classless Inter-Domain Routing for assigned IPv4 pool of UE
# [optional] dnn_list[*].natifname
# natifname: eth01.4、( R )AN配置文件
(R)AN各个接口IP地址在代码为常量，不可以通过配置文件更改，代码文件路径 free5gc/test/registration_test.go
2、执行test.sh
1）、配置文件完成之后，首先在虚拟机free5GC上启动测试程序test.sh，以注册为例，如下：
2)、执行成功最后面会出现PASS
3、抓包分析
3.1、抓包步骤
1）、首先执行tcpdump -i any -w TestRegistration.pcap监听抓取所有网卡报文
2）、切换到free5gc目录下，执行./test.sh TestRegistration
3)、执行成功后，停止抓包，将抓取的TestRegistration.pcap报文通过wireshark打开，并筛选出ngap和pfcp和gtp协议
4）、进行分析。
3.2、报文分析
TestRegistration.pcap报文
总结
(R)AN网元各个接口的IP为代码固定写死的，不通过配置文件配置
UPF网元各个接口的IP可通过free5gc/NFs/upf/build/config/upfcfg.test.yaml文件修改
SMF网元各个接口的IP可通过free5gc/config/test/smfcfg.test.yaml文件进行修改
AMF网元各个接口的IP可通过free5gc/config/amfcfg.yaml文件进行修改
参考解释：
AMF：负 责 UE（User Equipment，用 户 终 端）的 注 册、连接、访问验证授权、移动性和可达性管理，在 UE 和 SMF（Session Management function，会话管理功能） 之间提供 SM（Session Management，会话管理）消息的 传 输，UE 和 SMSF（Short Message Service Function，短 消息服务功能）之间提供 SMS（Short Message Service， 短 信 息 服 务）消 息 的 传 输，提 供 UE 和 LMF（Location Management Function，定 位 管 理 功 能）之 间 以 及 RAN （Radio Access Network，无线局域网）和 LMF 之间的位 置服务消息的传输等。
AUSF（Authentication Server Function，认证服务器 功能）：负责对 3GPP 和非 3GPP 的 UE 的接入进行认证。
SMF：负责与分离的数据面交互，根据自身配置或与 PCF（Policy Control Function，策略控制功能）交互来制 定策略和流模板，为会话选择和控制 UPF 和 SSC（Session and Service Continuity，会话和服务连续性）模式，管理 会话的建立、更新和释放以及维护着 PDU（Protocol Data Unit，协议数据单元）会话状态、群组管理、控制和协调 UPF 的收费数据收集和流量控制等。负责 UE 的 IP 分配 管理，具备 DHCP、ARP 代理或 IPv6 邻居请求代理功能。
UPF：响应 SMF 请求，作为移动基础设施 RAN 和 DN 之间的互连点，PDU 会话锚点负责完成用户平面上 GTP-U 协议的封装和解封装、分组路由和转发、数据包 检查、QoS 流映射等网络用户面的处理。完成用户平 面部分策略规则实施，例如门控、重定向和流量转向。 为计费以及合法拦截提供用户流量收集接口以及流量 使用报告。
PCF：负责用户的策略管理和实施，包括会话的策 略、移动性策略等。
UDM（Unified Data Management，统一数据管理）： 存储和管理用户数据和配置文件。
UDR（Unified Data Repository，统一数据存储库）： 支持 UDM 订阅数据、PCF 策略数据和应用程序数据等 的存储和检索。
UDSF（Unstructured Data Storage Function，非 结 构 化数据存储功能）：NF 可在 UDSF 中存储和检索其未在 3GPP 规范中定义其结构的非结构化数据。
NSSF（Network Slice Selection Function，网 络 切 片 选择功能）：选择服务于 UE 的网络切片实例的集合。
NRF（Network Repository Function，网 络 功 能 注 册 功能）：负责网络功能实例及配置文件的注册、更新、注 销，使各 NF 可以相互发现选择并通过 API 进行通信。
NEF：作 为 外 部 用 户 接 入 的 API 网 关，负 责 将 5G 网络的能力开放给外部网元，同时网络内的 NF 可通过 NEF 向其他 NF 公开功能和事件，NEF 完成网络能力的 收集、分析和重组。
N3IWF（Non-3GPP InterWorking Function，非 3GPP 互通功能）：负责将不可信的非 3GPP 接入网（如 Wi-Fi） 接入到 5G 核心网。UE 与 N3IWF 建立一个 IPsec 隧道， N3IWF 分别通过 N2 接口和 N3 接口接入 5G 核心网的 控制面和用户面。
UCMF（UE radio Capability Management Function， UE 无线能力管理功能）：存储 UE 无线功能 ID。AMF 可 以订阅 UCMF 获得分配的 UE 无线电功能 ID 的新值，并 在本地缓存它们。
CHF（Charging Function，计费功能）：负责用户计费、 配额授信等，也支持融合的在线和离线计费 。
LMF：负责向 5GC 注册或访问的 UE 的定位所需资 源的整体调度和协调，还可以计算或验证最终位置、速度 和精度。5G 可基于无线、终端以及用户面等多种手段 提供定位能力，但定位方法因访问类型而异，定位精度也 很大一部分取决于接入网所作的增强。
SMSF：用 于 提 供 NAS（non-access-stratum，非 接 入 层）短信服务。
5G-EIR（5G-Equipment Identity Register，5G 设备身 份注册）：检查 PEI（Permanent Equipment Identifier，永久 设备标识符）的状态，例如检查其是否未列入黑名单。
NWDAF（Network Data Analytics Function，网 络 数 据分析功能）：NWDAF 用人工智能技术从网络功能、 OAM（Operation Administration and Maintenance，运维管 理系统）和应用层获取的数据，进行分析，以生成需要的 数据结果。NF、OAM 或 AF 可以利用 NWDAF 的分析结果进行不同的优化操作。
SCP（Service Communication Proxy，服务通信代理）： 在间接通信模式下，业务功能和网络路由功能分离，NF 服务使用者通过用 SCP 使用请求的 NF。从而各 NF 可 专心于业务功能的实现，路由控制等功能统一由 SCP 来 实现。
SEPP（Security Edge Protection Proxy，安 全 边 缘 保 护代理）：用于 5G 用户国际漫游，与他网运营商的 5G 互 通，负责 PLMN 间控制平面接口上的消息过滤和策略管理。
：NWDAF 用人工智能技术从网络功能、 OAM（Operation Administration and Maintenance，运维管 理系统）和应用层获取的数据，进行分析，以生成需要的 数据结果。NF、OAM 或 AF 可以利用 NWDAF 的分析结果进行不同的优化操作。
SCP（Service Communication Proxy，服务通信代理）： 在间接通信模式下，业务功能和网络路由功能分离，NF 服务使用者通过用 SCP 使用请求的 NF。从而各 NF 可 专心于业务功能的实现，路由控制等功能统一由 SCP 来 实现。
SEPP（Security Edge Protection Proxy，安 全 边 缘 保 护代理）：用于 5G 用户国际漫游，与他网运营商的 5G 互 通，负责 PLMN 间控制平面接口上的消息过滤和策略管理。
