5GC基础自学系列 | 4G/5G核心网的CUPS原理 第1集：包是如何转发的

Posted 2022-03-28 COCOgsta

视频来源：51学通信《5G核心网基础、协议与信令流程》

一边学习一边整理老师的课程内容及试验笔记，并与大家分享，谢谢支持！

附上汇总贴：5G基础自学系列 | 汇总

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主要内容

介绍CUPS的基本概念

介绍CP如何要求UP完成包的转发

• PDR、URR、FAR、BAR、QER

什么是CUPS

CUPS（Control Plane UserPlane Separation）即控制平面与用户平面的分离，有利于业务的集中控制。

3GPPR 14中提出， 可应用于5GEPC和5GC。

可支持边缘计算、切片、分布式云化部署以及和SDN的集成。

CUPS的优点及部署 - http://www.3gpp.org/cups

CUPS allows for：

• Reducing Latency on application service， e.g.by selecting Userplane nodes which are closer

to the RAN or more appropriate for the intend ee dUE usage type without increasing the number of control plane nodes.【可以使用户面更靠近RAN， 降低业务访问延迟】

• Supporting Increase of Data Traffic， by enablinng to add userplane nodes without changing the number of SGW-C， PGW-C and TDF-C inthe network.【不改变控制平面的情况下， 增加

用户面的吞吐量】

• Locating and Scaling the CP and UP resources of the EPC nodes independently.【控制面和

用户面的资源可以独立扩展，解耦】

• Independent evolution of the CP and UP functjons.【控制和用户面可以独立演进，例如控制

面演进到虚拟机/容器， 用户面演进到SDN】

• Enabling Software Defined Networking to delivver userplane data more efficiently.【能更好的

引入SDN来有效转发用户平面的数据】

CUPS架构图（5G EPC vs 5GC）

5G EPC中是Sx接口，5GC中是N4接口， 协议都采用PFCP协议（29244）。

注：

• 来源：3GPP 23.214和29.244
• 除了SGW/PGW-C， 规范还定义了TDF(Traffic Detection Fuction)通常是合设的，不单独介绍。

CUPS架构图（EPC vs 5G EPC）

CUPS分工 - SGW的CUPS

CUPS分工 - PGW的CUPS

CUPS协议栈

CUPS中包转发是如何实现的？

CP引导UP完成包转发的处理

• CP下发PDR告诉UP如何完成包检测
• CP下发URR告诉UP何时做使用量的上报
• CP下发FAR告诉UP如何完成包的转发
• CP下发BAR告诉UP如何完成包的缓存
• CP下发QER告诉UP如何完成Qos策略的执行

UP侧的包处理过程

PDR（包检测规则）概述

PDR用来告诉UP如何对数据包进行检测和分类。

PDR必须包含一个PDI参数（包检测信息）

PDI需要包含以下信息（来检测报文）：

• 入方向数据包的源接口（source interface of the incoming packets）
• Local F-TE ID、网络实例、UE IP地址、SDF Filter、Application ID、QFI等参数的任意组合。

URR（使用量报告规则）概述

URR用来告诉UP：

• 测量统计用户实际使用的流量
• 当条件满足时，将用户实际使用量发送报告给CP。（条件包括：当测量到的流量到达门限值时、

周期性上报、或者根据Reporting Trigger参数中定义的事件触发）

基于流量计费（计费单位：字节）的URR， CP需要下发：

• Volume Threshold：上报使用量的流量门限
• Volume Quota：当超出该配额， 则UP应停止转发报文并发送使用量报告
• Dropped DL Traffic Threshold：定义下行流量丢包门限。一旦达到，UP需发送使用量报告（该门限值可用于触发EPC/5GC中的暂停计费特性）

除此以外，CP还可以在URR中下发以下主要参数：

• Measurement Method：测量方法（流量、时时间还是基于事件来测量）
• Reporting Triggers：报告的触发条件
• Measurement Period：周期性上报的周期
• Quota Holding Time：配额保持时间

FAR（转发行动规则）概述

FAR用来告诉UP：

• 如何处理通过PDR匹配到的报文

通过设置Apply Action参数标记位， CP可要求UP按以下方式处理报文：

• 丢弃报文【通过设置DROP标记位】
• 转发报文【通过设置FORW标记位， 具体转发由Forwarding Parameter参数决定】
• 缓存下行报文【通过设置BUFF标记位】
• 通知CP有第一个下行数据报文到达并放入缓存了【通过设置NOCP标记位】
• 复制报文【通过设置DUPL标记位】

Forwarding Parameter参数的主要内容：

• Destination Interface：定义转发的目标接口
• Network Instance：定义转发的网络实例（VRF）
• Redirect Information：定义重定向策略
• Outer Header Creation：要求UP添加一个或多个外层包头
• Transport Level Marking：传输层打标记策略
• Header Enrichment：包头增强

BAR（缓存行动规则）概述

BAR用来告诉UP：

• 当FAR设置为缓存时， 如何缓存报文

CP可以下发以下的BAR缓存参数给UP

• "Downlink Data Notification Delay"参数定义收到第一个下行数据和上报CP的时间间隔，即延迟上报。颗粒度为50ms。
• "DL Buffering Duration"参数：定义缓存时长。可以是2秒、1分钟、10分钟、1小时、10小时为单位，也可以是无穷大。
• "DL Buffering Suggested Packet Count"参数：定义建议缓存的包的数量。
• "Suggested Buffering Packet Count"参数：当UP支持UDBC特性时， 该参数指示UP在下一个指示（例如新的配额到达）到来之前的缓存包的数量。

QER（Qos执行规则）概述

QER用来告诉UP：

• 如何对通过PDR匹配到的报文执行相应的Qos规则；

CP可以下发的Qos执行规则有：

• 门控；
• Qos控制；（如MBR、GBR等）
• 下行方向flow层级的打标记（用于应用检测）
• 5GC中上行方向的反射型Qos指示

QER中可下发的主要参数有：

• Gate Status（开门或关门）
• Maximum Bitrate：即MBR。取值可以是APN-MBR、bearer-MBR、Qos-flow MBR、SDF-MBR
• Guaranteed Bitrate：即GBR。取值可以是聚合的GBR、Qos flow GBR、SDF GBR
• Packet Rate：针对某个PDR匹配的报文的最大上下行转发速率
• DL Flow Level Marking：下行流层级的打标记
• Qosflow Identifier：用于UPF中的Qos流标识
• Reflective QoS反射型Qos指示