通信網(wǎng)絡(luò)的鏈路為：終端 -- 無(wú)線接入網(wǎng) -- 承載網(wǎng) -- 核心網(wǎng)，進(jìn)而到達(dá)IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，這也是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的鏈路。

核心網(wǎng)在從4G到5G的演進(jìn)過(guò)程，產(chǎn)生了非常大的變化：

第一、用戶面和控制面完全分離；

第二、網(wǎng)絡(luò)功能微服務(wù)化。本文著重理解這一點(diǎn)。

一、基于SBA的5G核心網(wǎng)

1. 軟件應(yīng)用架構(gòu)的演進(jìn)

首先，我們需要看看，IT領(lǐng)域軟件架構(gòu)的發(fā)展與演進(jìn)路線，因?yàn)樵谇笆闕T領(lǐng)域所產(chǎn)生的思想與技術(shù)，正影響著CT領(lǐng)域未來(lái)十年的發(fā)展。

在軟件開(kāi)發(fā)的初級(jí)階段，我們通常將負(fù)責(zé)不同的業(yè)務(wù)職責(zé)的代碼文件進(jìn)行邏輯上的劃分，分隔不同的小模塊，每個(gè)小模塊賦予相應(yīng)的職責(zé)，大致過(guò)程如下圖①②③所示：

這些代碼開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，發(fā)布時(shí)會(huì)被打成一個(gè)包，如WAR包，被部署在同一臺(tái)機(jī)器的同一個(gè)進(jìn)程中運(yùn)行。這被稱為 單體應(yīng)用架構(gòu) 。程序員的工作就是不停地地修補(bǔ)和旋轉(zhuǎn)這個(gè)球。

隨著業(yè)務(wù)的不斷深入和復(fù)雜性的提高，我們需要構(gòu)建更多的模塊：

模塊的增多，程序員們修補(bǔ)和旋轉(zhuǎn)這個(gè)大球，實(shí)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(gè)球切開(kāi)。這樣，不同的模塊在發(fā)布時(shí)，會(huì)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(shí)還是在同一物理服務(wù)器上。

當(dāng)代碼大到一定量級(jí)，需要數(shù)百人來(lái)維護(hù)時(shí)，真是太難了：一個(gè)微不足道的小問(wèn)題，可以導(dǎo)致整個(gè)應(yīng)用掛掉；大用戶量上來(lái)時(shí)，又無(wú)法滿足高并發(fā)情況下的業(yè)務(wù)需求。

那么，我們把這個(gè)球完全成切開(kāi)，形成一個(gè)一個(gè)獨(dú)立的小球，每個(gè)小球負(fù)責(zé)獨(dú)立的業(yè)務(wù)功能對(duì)外提供服務(wù)。這被稱為 微服務(wù)（Microservice Architect，MSA） 。

仔細(xì)來(lái)分析，每個(gè)微服務(wù)的“小球”都需要找到所需的服務(wù)和對(duì)外提供服務(wù)，大流量來(lái)時(shí)，多個(gè)小球共擔(dān)流量。大致就是這樣了：

不難看到，業(yè)務(wù)代碼是翻譯的業(yè)務(wù)邏輯，直接促進(jìn)業(yè)務(wù)創(chuàng)新。像服務(wù)發(fā)現(xiàn)、負(fù)載均衡、熔斷、限流等等，屬于非業(yè)務(wù)相關(guān)，為提高業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)效率，這部分功能是可以提取出來(lái)的，部署時(shí)采用專門(mén)的進(jìn)程負(fù)責(zé)，稱為Mesh，這也就是 Service Mesh（服務(wù)網(wǎng)格） 了。

在單體--微服務(wù)--服務(wù)網(wǎng)格的演進(jìn)過(guò)程中，還有一個(gè)階段被稱為SOA，也就是面向服務(wù)架構(gòu)，英文全稱是Service-Oriented Architecture。SOA的產(chǎn)生背景更多的是將現(xiàn)有的單體服務(wù)進(jìn)行改造并集成，對(duì)外提供統(tǒng)一的服務(wù)。

所以，軟件應(yīng)用架構(gòu)的演進(jìn)路線是： 單體-- SOA --微服務(wù)--服務(wù)網(wǎng)格 。

2. 基于服務(wù)的架構(gòu)SBA

我們?cè)賮?lái)看看，5G核心網(wǎng)的SBA。SBA，英文全稱Service Based Architecture，也就是基于服務(wù)的架構(gòu)。

為啥不是IT領(lǐng)域中的SOA或者M(jìn)SA呢？大致的原因有：

• SOA 提倡將架構(gòu)分解為層而不是域，需要進(jìn)行大量測(cè)試才能發(fā)布；
• 微服務(wù)提倡數(shù)百或數(shù)千個(gè)服務(wù)，而某些應(yīng)用場(chǎng)景可能只需數(shù)十個(gè)可部署的服務(wù)；
• 微服務(wù)對(duì)其數(shù)據(jù)擁有唯一所有權(quán)，而拆分大型數(shù)據(jù)庫(kù)模式的難度是最為復(fù)雜的部分。

下面的表格列出了SOA、MSA、SBA、Monolithic在敏捷、部署、可測(cè)試性、可擴(kuò)展性、性能、簡(jiǎn)潔等方面的比較。

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

• 服務(wù)按領(lǐng)域拆成比SOA更細(xì)的粒度，可升級(jí)單個(gè)服務(wù)，而對(duì)其他服務(wù)幾乎沒(méi)有影響；
• 服務(wù)按領(lǐng)域拆成比MSA更粗的粒度，減小調(diào)用鏈，提高可維護(hù)性；
• 服務(wù)可擴(kuò)展、開(kāi)放，任何其他服務(wù)都可以進(jìn)行相互調(diào)用，輕量級(jí)服務(wù)接口是輕量級(jí)的HTTP2.0。

以此來(lái)實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)元的軟件化、開(kāi)放化和智慧化，做到服務(wù)功能不太大，也不至于太小。

二、5G核心網(wǎng)服務(wù)功能的理解

1. NF是有哪些？

5G核心網(wǎng)軟件體現(xiàn)為多個(gè)NF網(wǎng)絡(luò)功能，每個(gè)NF又被稱為多個(gè)NFS網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)。

整體上，又可以看成控制面功能服務(wù)和用戶面功能服務(wù)。本質(zhì)上是管理線和業(yè)務(wù)線的工作，一個(gè)負(fù)責(zé)指揮，一個(gè)負(fù)責(zé)干活。

2. NF之間如何進(jìn)行交互？

5G SBA 由一個(gè)參考點(diǎn)表示來(lái)描述，該表示命名每個(gè) NF 連接到其他 NF 的點(diǎn)。

NF之間通過(guò)總線之間進(jìn)行互連，參考點(diǎn)通過(guò)基于服務(wù)的接口（SBI） 實(shí)現(xiàn)，如AMF和SMF 通之間的參考點(diǎn)是N11，對(duì)應(yīng)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(diǎn)是N4，AMF和UE的參考點(diǎn)是N1，AMF和RAN的參考點(diǎn)是N2，RAN和UPF的參考點(diǎn)是N3。

3. NF如何來(lái)管理？

眾多的NF中，有個(gè)NRF（NF Repository Function，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)功能），可以進(jìn)行NF的集中管理，進(jìn)行NFS的注冊(cè)、發(fā)現(xiàn)、管理與狀態(tài)檢測(cè)。每個(gè)NF啟動(dòng)時(shí)，必須要到NRF進(jìn)行注冊(cè)登記才能對(duì)外提供服務(wù)，登記信息包括NF類型、地址、服務(wù)列表等。

4. NF如何對(duì)外提供服務(wù)？

NEF（Network Exposure Function，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放功能），負(fù)責(zé)管理對(duì)外開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，外部應(yīng)用如要訪問(wèn)5G核心網(wǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)，則要通過(guò)NEF。

5. NF數(shù)據(jù)如何進(jìn)行存儲(chǔ)？

程序的業(yè)務(wù)運(yùn)行過(guò)程中，必然產(chǎn)生數(shù)據(jù)。5G核心網(wǎng)中的數(shù)據(jù)有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)包含：手機(jī)號(hào)碼信息，可以使用的業(yè)務(wù)信息、數(shù)據(jù)帶寬限制數(shù)據(jù)等。

非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)包括：用戶會(huì)話信息、狀態(tài)信息等。UDSF一般跟AMF、SMF打交道。

UDSF（Unstructured Data Storage Function，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能) 用來(lái)存儲(chǔ)非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，允許任何NF存儲(chǔ)和檢索其非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

UDR（Unified Data Repository，統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)） 用來(lái)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，UDM管理的用戶簽約數(shù)據(jù)和PCF管理的策略數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)從各個(gè)網(wǎng)元中剝離出來(lái)，進(jìn)行統(tǒng)一的存儲(chǔ)，這樣NF的“無(wú)狀態(tài)”，有助于實(shí)現(xiàn)NF的彈性伸縮。

6. 數(shù)據(jù)流的如何進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)？

核心網(wǎng)的首要職責(zé)是將數(shù)據(jù)包按照某種策略進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，本質(zhì)上是“路由和交換”。這個(gè)工作由UPF用戶平面功能來(lái)完成：

接收基站過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)流，進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)和路由，到達(dá)IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)；

面向公網(wǎng)服務(wù)，則UPF部署于網(wǎng)絡(luò)核心側(cè)，負(fù)責(zé)全網(wǎng)業(yè)務(wù)；行業(yè)專網(wǎng)服務(wù)往往需要低時(shí)延，則UPF可部署于邊緣DC、區(qū)域DC、園區(qū)、工廠等位置。

7. 手機(jī)上網(wǎng)的會(huì)話，如何建立？

AMF（Access and Mobility Management Function，接入和移動(dòng)性管理功能），負(fù)責(zé)為用戶注冊(cè)、連接、可達(dá)性、移動(dòng)性管理，為UE和SMF提供會(huì)話管理消息傳輸通道。

SMF（Session Management function，會(huì)話管理功能），負(fù)責(zé)隧道維護(hù)、IP地址分配和管理、UP功能選擇、策略實(shí)施和QoS控制、計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)采集、漫游等。