5G核心网技术基础自学系列 | 基于服务的架构

Posted 2022-11-18 COCOgsta

书籍来源：《5G核心网 赋能数字化时代》

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附上汇总贴：5G核心网技术基础自学系列 | 汇总_COCOgsta的博客-CSDN博客

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3.3.1 服务的概念

相对于其他“节点”或“网元”通过接口相连的前几代传统网络架构，5G核心网的主要区别在于其网络功能之间使用基于服务的交互。

这意味着每个网络功能为网络中的其他网络功能提供一项或多项服务。在5GC架构中， 这些服务通过连接到通用的、基于服务的架构(SBA) 的网络功能接口提供。实际上，这意味着可以通过API访问和使用特定网络功能支持的能力。应当注意， 该架构仅适用于信令，不适用于用户数据的传输。

3.3.2 HTTP REST接口

5G核心网所定义的通信方式依赖于广泛使用的“HTTP REST范式”， 它是一组规则或指导原则， 定义了Web通信技术如何使用API从分布式应用访问特定的服务。“REST”是“代表性状态转移”的缩写，它定义了一组设计规则，用于实现网络架构中不同软件模块之间的通信。这是今天设计IT网络应用的标准方法， 3GPP选择它作为移动网络和周边的IT系统更紧密集成的一种手段，有利于更快地、更简化地开发业务。与依赖于详尽协议规范的传统的点对点架构相比，使用相对轻量级的基于服务的接口(SBI) 的概念， 网络能力的扩展预计将变得更容易。

使用SBI和API也可以看作是3GPP在规范5G核心网时所做的一个必然选择， 因为实现网络功能的5GC应用软件将会在类似IT甚至共享的IT环境中运行，典型的是云数据中心。通过这种方式，可以在一定程度上实现整个移动网络解决方案和IT支撑环境二者之间所使用的软件技术和IT架构的融合。

图3.5描述了使用HTTP REST进行基于服务的通信的3GPP网络功能。它们在逻辑上连接到一个通用的网络架构。

HTTP REST使用被广泛采用的HTTP Web协议的消息语法， 并依赖资源建模的概念，这意味着可以通过统一资源标识符(URI) 来寻址分布式软件应用， 具体实现中Web地址指向资源或资源集。在这之上，使用的是一组非常简单的命令， 即标准的HTTP“方法”，最重要的方法包括：

• GET：用于从服务器获取数据。它不得更改任何数据。

• POST：用于将数据发送到服务器。

• PUT：也用于将数据发送到服务器， 但是它将替换现有数据。

• DELETE：用于从服务器删除数据。

图3.5 使用基于服务的接口的网络功能

REST的一个重要特点是， 所有通信都必须包含特定处理动作所需的全部信息。它一定不能依赖之前的消息，因此可以认为它是无状态的。利用此原理进行软件设计可为系统提供极佳的可伸缩性和分发能力。有关HTTP协议的更多详细信息， 请参阅第13章。

3.3.3 服务注册和发现

当两个网络功能通过3GPP SBA架构进行通信时， 它们将扮演两个不同的角色。发送请求的网络功能扮演服务使用者的角色，而提供服务并基于请求触发某些动作的网络功能扮演服务提供者的角色，完成请求的操作后，服务提供者会给服务使用者发送回复。

到目前为止，一切看起来都很完美，但这个概念的一个关键部分是，用于确定服务使用者如何找到并联系到可以提供所请求服务的提供者的一种机制，该解决方案基于服务发现的概念。

服务发现依赖于网络中一个众所周知的功能，它对所有可用的服务提供者及其提供的服务进行跟踪， 这是通过每个服务提供者(例如一个类似于PCF的3GPP网络功能) 将提供的服务注册到这个众所周知的功能来实现的。在5GC架构中，这个众所周知的网络功能就是网络存储功能(NRF) ， 它可以跟踪网络中所有网络功能的所有可用服务。这也意味着需要为每个单独的网络功能配置一个或多个NRF的地址， 但是它不需要并且也不应配置其他网络功能的地址。

来看一个涉及三个实际网络功能(PCF、AMF和NRF) 的实例。AMF和PCF的详细角色和主要功能将在后面详细描述，现在假定它们是特定呼叫流程中需要进行交互的某些网络功能。

首先是PCF进行服务注册。

在实际注册期间， PCF充当服务使用者， NRF是服分提供者，为PCF提供“网络资源注册”服务。

图3.6展示了呼叫流程的开始部分。PCF使用HTTP PUT消息向NRF注册，该消息包含有关PCF的信息，例如可用服务、网络地址和身份。NRF验证收到的请求是否有效，存储与PCF注册相关的数据，并回应PCF以确认PCF的注册。现在，PCF的服务可用，其他网络功能可以通过查询NRF使用PCF的服务。

图3.6 呼叫流程的第一部分——服务注册

下一阶段， 另一个网络功能(如AMF) 希望使用PCF的服务，这是通过首先在NRF中查询提供这些服务的PCF列表来实现的。该阶段称为服务发现。在此场景下， AMF是服务使用者， NRF是服务提供者。参见图3.7。

图3.7 呼叫流程的第二部分——服务发现

AMF向NRF发送查询请求， 说明请求的是哪种网络功能， 以及该网络功能应该支持的服务， 这个过程是使用HTTP GET消息完成的。NRF过滤出已注册并提供所请求服务的所有网络功能， 然后给AMF响应。

此步骤完成后， AMF可以选择满足服务要求的PCF， 然后通过服务请求与所选PCF联系。在此步骤中， AMF仍然是服务使用者，而PCF是服务提供者，这个过程是使用HTTP POST消息完成的。

请注意，此处提到的服务请求不要与移动终端从空闲模式转换为连接模式时发送到网络的服务请求混淆在一起。

收到此服务使用者的请求后， PCF会确定适用于AMF请求的策略， 并通过HTTP响应进行恢复（参加图3.8）。

图3.8 呼叫流程的第三部分——服务请求

包含所有三个步骤的呼叫流程如图3.9所示。

图3.9 完整的呼叫流程

请注意， 这三个部分通常不会直接按此顺序进行。网络功能通常在投入使用时向NRF进行注册，而服务发现和服务请求可能会在终端连接到网络时发生。

其余的调用流程以及网络功能之间的后续交互不在本章的范围内，不过相同的概念适用于每个步骤， 也适用于在基于服务的架构中使用HTTP进行交互的网络功能之间的所有其他调用流程。一个网络功能作为服务提供者，另一个网络功能作为服务使用者、所有通信都使用HTTP协议完成。

服务提供者与一个或多个服务使用者之间还存在另外一种交互方式，即一个或多个网络功能可以订阅另一网络功能的某个服务。当满足某些特定条件(例如，某些信息已更改)时，充当服务提供者的网络功能会向所有服务使用者发送通知。订阅和通知的概念避免了服务使用者频繁地向服务提供者请求信息，相反，服务使用者可以等待服务提供者在事件发生时的通知。