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

核心網(wǎng)在從4G到5G的演進(jìn)過程，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。

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，因為在前十年IT領(lǐng)域所產(chǎn)生的思想與技術(shù)，正影響著CT領(lǐng)域未來十年的發(fā)展。

在軟件開發(fā)的初級階段，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，每個小模塊賦予相應(yīng)的職責(zé)，大致過程如下圖①②③所示：

這些代碼開發(fā)簡單，發(fā)布時會被打成一個包，如WAR包，被部署在同一臺機(jī)器的同一個進(jìn)程中運行。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(fā)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(wù)器上。

當(dāng)代碼大到一定量級，需要數(shù)百人來維護(hù)時，真是太難了：一個微不足道的小問題，可以導(dǎo)致整個應(yīng)用掛掉；大用戶量上來時，又無法滿足高并發(fā)情況下的業(yè)務(wù)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(fù)責(zé)獨立的業(yè)務(wù)功能對外提供服務(wù)。這被稱為 微服務(wù)（Microservice Architect，MSA） 。

仔細(xì)來分析，每個微服務(wù)的“小球”都需要找到所需的服務(wù)和對外提供服務(wù)，大流量來時，多個小球共擔(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)開發(fā)效率，這部分功能是可以提取出來的，部署時采用專門的進(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)過程中，還有一個階段被稱為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

我們再來看看，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)行大量測試才能發(fā)布；
• 微服務(wù)提倡數(shù)百或數(shù)千個服務(wù)，而某些應(yīng)用場景可能只需數(shù)十個可部署的服務(wù)；
• 微服務(wù)對其數(shù)據(jù)擁有唯一所有權(quán)，而拆分大型數(shù)據(jù)庫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、可測試性、可擴(kuò)展性、性能、簡潔等方面的比較。

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，可升級單個服務(wù)，而對其他服務(wù)幾乎沒有影響；
• 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、開放，任何其他服務(wù)都可以進(jìn)行相互調(diào)用，輕量級服務(wù)接口是輕量級的HTTP2.0。

以此來實現(xiàn)核心網(wǎng)元的軟件化、開放化和智慧化，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NF網(wǎng)絡(luò)功能，每個NF又被稱為多個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，一個負(fù)責(zé)指揮，一個負(fù)責(zé)干活。

2. NF之間如何進(jìn)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(jìn)行互連，參考點通過基于服務(wù)的接口（SBI） 實現(xiàn)，如AMF和SMF 通之間的參考點是N11，對應(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(wǎng)絡(luò)存儲功能），可以進(jìn)行NF的集中管理，進(jìn)行NFS的注冊、發(fā)現(xiàn)、管理與狀態(tài)檢測。每個NF啟動時，必須要到NRF進(jìn)行注冊登記才能對外提供服務(wù)，登記信息包括NF類型、地址、服務(wù)列表等。

4. NF如何對外提供服務(wù)？

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

5. NF數(shù)據(jù)如何進(jìn)行存儲？

程序的業(yè)務(wù)運行過程中，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)存儲功能) 用來存儲非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，允許任何NF存儲和檢索其非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

UDR（Unified Data Repository，統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲） 用來存儲結(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)存儲從各個網(wǎng)元中剝離出來，進(jìn)行統(tǒng)一的存儲，這樣NF的“無狀態(tài)”，有助于實現(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”。這個工作由UPF用戶平面功能來完成：

接收基站過來的數(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)的會話，如何建立？

AMF（Access and Mobility Management Function，接入和移動性管理功能），負(fù)責(zé)為用戶注冊、連接、可達(dá)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(fù)責(zé)隧道維護(hù)、IP地址分配和管理、UP功能選擇、策略實施和QoS控制、計費數(shù)據(jù)采集、漫游等。