通信網絡的鏈路為：終端 -- 無線接入網 -- 承載網 -- 核心網，進而到達IP數據網絡，訪問互聯網業務，這也是移動互聯網的鏈路。

核心網在從4G到5G的演進過程，產生了非常大的變化：

第一、用戶面和控制面完全分離；

第二、網絡功能微服務化。本文著重理解這一點。

一、基于SBA的5G核心網

1. 軟件應用架構的演進

首先，我們需要看看，IT領域軟件架構的發展與演進路線，因為在前十年IT領域所產生的思想與技術，正影響著CT領域未來十年的發展。

在軟件開發的初級階段，我們通常將負責不同的業務職責的代碼文件進行邏輯上的劃分，分隔不同的小模塊，每個小模塊賦予相應的職責，大致過程如下圖①②③所示：

這些代碼開發簡單，發布時會被打成一個包，如WAR包，被部署在同一臺機器的同一個進程中運行。這被稱為 單體應用架構 。程序員的工作就是不停地地修補和旋轉這個球。

隨著業務的不斷深入和復雜性的提高，我們需要構建更多的模塊：

模塊的增多，程序員們修補和旋轉這個大球，實在太累，而且有很多的程序員使不上力氣。

那么，就像切西瓜一樣，把這個球切開。這樣，不同的模塊在發布時，會被打成不同的小包，如jar包。它們以接口的形式“藕斷絲連”著，部署時還是在同一物理服務器上。

當代碼大到一定量級，需要數百人來維護時，真是太難了：一個微不足道的小問題，可以導致整個應用掛掉；大用戶量上來時，又無法滿足高并發情況下的業務需求。

那么，我們把這個球完全成切開，形成一個一個獨立的小球，每個小球負責獨立的業務功能對外提供服務。這被稱為 微服務（Microservice Architect，MSA） 。

仔細來分析，每個微服務的“小球”都需要找到所需的服務和對外提供服務，大流量來時，多個小球共擔流量。大致就是這樣了：

不難看到，業務代碼是翻譯的業務邏輯，直接促進業務創新。像服務發現、負載均衡、熔斷、限流等等，屬于非業務相關，為提高業務開發效率，這部分功能是可以提取出來的，部署時采用專門的進程負責，稱為Mesh，這也就是 Service Mesh（服務網格） 了。

在單體--微服務--服務網格的演進過程中，還有一個階段被稱為SOA，也就是面向服務架構，英文全稱是Service-Oriented Architecture。SOA的產生背景更多的是將現有的單體服務進行改造并集成，對外提供統一的服務。

所以，軟件應用架構的演進路線是： 單體-- SOA --微服務--服務網格 。

2. 基于服務的架構SBA

我們再來看看，5G核心網的SBA。SBA，英文全稱Service Based Architecture，也就是基于服務的架構。

為啥不是IT領域中的SOA或者MSA呢？大致的原因有：

• SOA 提倡將架構分解為層而不是域，需要進行大量測試才能發布；
• 微服務提倡數百或數千個服務，而某些應用場景可能只需數十個可部署的服務；
• 微服務對其數據擁有唯一所有權，而拆分大型數據庫模式的難度是最為復雜的部分。

下面的表格列出了SOA、MSA、SBA、Monolithic在敏捷、部署、可測試性、可擴展性、性能、簡潔等方面的比較。

不難看出，SBA借鑒了IT業界成熟的SOA（面向服務架構）和MSA（微服務架構），并在它們之間進行了折衷和平衡：

• 服務按領域拆成比SOA更細的粒度，可升級單個服務，而對其他服務幾乎沒有影響；
• 服務按領域拆成比MSA更粗的粒度，減小調用鏈，提高可維護性；
• 服務可擴展、開放，任何其他服務都可以進行相互調用，輕量級服務接口是輕量級的HTTP2.0。

以此來實現核心網元的軟件化、開放化和智慧化，做到服務功能不太大，也不至于太小。

二、5G核心網服務功能的理解

1. NF是有哪些？

5G核心網軟件體現為多個NF網絡功能，每個NF又被稱為多個NFS網絡功能服務。

整體上，又可以看成控制面功能服務和用戶面功能服務。本質上是管理線和業務線的工作，一個負責指揮，一個負責干活。

2. NF之間如何進行交互？

5G SBA 由一個參考點表示來描述，該表示命名每個 NF 連接到其他 NF 的點。

NF之間通過總線之間進行互連，參考點通過基于服務的接口（SBI） 實現，如AMF和SMF 通之間的參考點是N11，對應到SBI就是Namf和Nsmf。

SBI的定義只存在控制平面，所以，SMF和UPF之間的參考點是N4，AMF和UE的參考點是N1，AMF和RAN的參考點是N2，RAN和UPF的參考點是N3。

3. NF如何來管理？

眾多的NF中，有個NRF（NF Repository Function，網絡存儲功能），可以進行NF的集中管理，進行NFS的注冊、發現、管理與狀態檢測。每個NF啟動時，必須要到NRF進行注冊登記才能對外提供服務，登記信息包括NF類型、地址、服務列表等。

4. NF如何對外提供服務？

NEF（Network Exposure Function，網絡開放功能），負責管理對外開放網絡的數據，外部應用如要訪問5G核心網內部數據，則要通過NEF。

5. NF數據如何進行存儲？

程序的業務運行過程中，必然產生數據。5G核心網中的數據有結構化數據和非結構化數據。

結構化數據包含：手機號碼信息，可以使用的業務信息、數據帶寬限制數據等。

非結構化數據包括：用戶會話信息、狀態信息等。UDSF一般跟AMF、SMF打交道。

UDSF（Unstructured Data Storage Function，非結構化數據存儲功能) 用來存儲非結構化的數據，允許任何NF存儲和檢索其非結構化數據。

UDR（Unified Data Repository，統一數據存儲） 用來存儲結構化數據，UDM管理的用戶簽約數據和PCF管理的策略數據。

數據存儲從各個網元中剝離出來，進行統一的存儲，這樣NF的“無狀態”，有助于實現NF的彈性伸縮。

6. 數據流的如何進行轉發？

核心網的首要職責是將數據包按照某種策略進行轉發，本質上是“路由和交換”。這個工作由UPF用戶平面功能來完成：

接收基站過來的數據流，進行數據包的轉發和路由，到達IP數據網絡；

面向公網服務，則UPF部署于網絡核心側，負責全網業務；行業專網服務往往需要低時延，則UPF可部署于邊緣DC、區域DC、園區、工廠等位置。

7. 手機上網的會話，如何建立？

AMF（Access and Mobility Management Function，接入和移動性管理功能），負責為用戶注冊、連接、可達性、移動性管理，為UE和SMF提供會話管理消息傳輸通道。

SMF（Session Management function，會話管理功能），負責隧道維護、IP地址分配和管理、UP功能選擇、策略實施和QoS控制、計費數據采集、漫游等。