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5g核心网基本概念
什么是UDF？UPF(用户面功能):5G核心网的所有用户面功能都由UPF完成。包括分组路由和转发、外部PDU与数据网络互连的会话点、RAT内/RAT间移动性的锚点等。UPF相当于4G核心网SGW和PGW中的用户面功能。
5G核心网中的控制平面和用户平面是完全分离的，这种结构被称为CUPS(控制和用户平面分离)。其优点是业务变化灵活，网络扩容升级方便，可以使用户面离开“中心化”的位置，从而可以部署在核心网或者下沉到接入网，满足5G网络对低时延的要求。
通过使用X86等通用COTS硬件和虚拟化技术来承载网络功能的软件处理，网络设备的功能可以不再依赖于专用硬件，资源可以充分灵活地共享，新业务可以快速开发和推出，可以基于实际业务需求进行自动部署、灵活扩展、故障隔离和自愈。但对于5G网络应用，5G uRLLC的超低时延和eMBB的高带宽的要求，对核心网转发平面的网元性能提出了更高的要求，如处理时延、带宽、抖动、丢包率等。CPU架构适合复杂的逻辑计算，优势不在于处理大量并行的简单业务。硬件加速卡可以分离空之间的处理逻辑，从而实现更快的处理速度。
UPF函数UPF网元
5G核心网络的设计具有颠覆性。通过基于服务的架构、切片、控制平面和用户平面的分离等。，结合云技术，网络定制化、开放化、服务化，支持大流量、大连接、低时延的万物互联。
UPF承担5G核心网的用户接口功能，其核心功能是通过移动锚点和系统内外的分组路由转发将流量路由到数据网。上行用户数据通过无线信道从UE传输到基站，基站将用户数据封装成GTP-U消息，通过N3接口发送UPF。UPF从GTP-U净荷中获取UE发送的用户数据，按照路由转发通过N6发送给DN，下行则相反。为了实现对用户数据的控制和管理，UPF还支持与数据网络互联的外部PDU会话点、用户面部分的包检查和策略规则执行、上行分类器、支持多宿PDU会话的分支点、用户面的QoS处理、下行包缓冲和下行数据通知触发等功能。
UPF的转运过程
UPF的转发过程包括链路、IP转发、安全、GTP、规则查找、DPI、QoS、计费等模块。
链路和IP FWD模块实现网络消息的发送和接收、OVS等。，并支持MAC、IPv4/v6、隧道、MPLS、ACL、IP组播等基本网络报文转发功能。逻辑功能比较简单，类似于交换机和路由器的实现原理。
安全模块实现了包检查、DDOS、反欺骗、APN ACL等安全保护功能。，用于检查消息的有效性和安全性，处理不符合要求的丢包。
GTP模块与基站之间建立GTP隧道，实现GTP信令处理、GTP消息封装/解封装等功能。
DPI需要根据协议识别库对数据流进行分析。协议识别库需要根据当前网络业务发展及时更新，分析逻辑复杂。
QoS模块根据网络消息的分类结果，区分属于不同类型用户和服务的网络消息，包括Car、Remark、Shaping等功能。，保证在硬件资源有限的情况下，为高优先级网络报文提供更快、更可靠的转发服务。
计费模块根据网络报文的分类结果进行统计计费，包括CG计费、AAA计费、OCS计费等。统计维度和粒度受业务影响，灵活多变。
DPI用于对网络消息进行分类，QoS和计费使用分类结果对消息进行相应的处理。DPI过程复杂，需要大量计算，消耗大量CPU资源。这个过程可以称为一个缓慢的过程。而网络消息往往形成多个消息的流来完成数据传输，比如HTTP。相同流中的消息具有相同的N元组信息，例如源IP、目的IP、协议类型、源端口、目的端口等。所以通过DPI处理一个流中的一些消息得到流消息的分类后，通过判断消息中的N元组是否属于该流就可以得到该消息的分类，可以直接根据该流的分类信息进行QoS和计费处理，不需要DPI处理。这个过程可以称为快速过程。规则查找模块在DPI模块之前判断网络报文是否可以被快速进程处理，可以被快速进程转移到快速进程；如果不能用快流程处理，就转移到慢流程。
link、IP FWD、安全、GTP、规则查找、QoS等模块逻辑比较简单，适合硬件芯片加速。为了实现灵活的计费维度和粒度，计费模块的逻辑比较复杂，当有新的业务和计费需求时，可能需要对原有的计费逻辑进行修改以满足要求，因此可以通过硬件芯片进行加速。但当逻辑需要改变时，难度和成本会增加，需要根据实际需求和场景来评估是否有必要。DPI模块逻辑复杂，协议多变，还涉及到正则表达式和字符串检索等。硬件芯片实现的技术还不成熟，目前主要是在CPU中用软件实现。
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