コンテンツにスキップ

N2 — (R)AN ⇔ AMF（NGAP 参照点）

難易度: 中級 ／ 想定学習時間: 20分 ／ 接続点: (R)AN(gNB) ⇔ AMF ／ Protocol: NGAP over SCTP ／ 関連Interface: N1

学習目標

このページを読み終えると、次のことができるようになります。

  • N2が基地局(gNB)とAMFを結ぶ制御インターフェースであることを説明できる。
  • N2のProtocolスタック（NGAP / SCTP / IP）とポート(38412)を言える。
  • N2の2種類の手続き（非UE関連 / UE関連）を区別できる。
  • N2がN1(NAS)を NAS-PDU として運ぶ役割を説明できる。
  • 4G(EPC)のS1-MME（S1AP）との対応関係を説明できる。

前提知識

先に以下を理解しておくとスムーズです。

Why — なぜ必要なのか

基地局(gNB)とコア(AMF)は、UEを登録したり、無線リソースを確保したり、ハンドオーバを調整したりと、大量の制御メッセージを確実にやり取りする必要があります。UEが1台もいなくても、まず「この基地局とコアは連携できます」という握手（NG Setup）が要りますし、UEが接続してくれば「この端末のコンテキストを作って」「セキュリティを張って」といった指示も要ります。

この「RANとコアの間の制御専用の道」がN2です。しかも制御メッセージは取りこぼしや順序狂いが許されないため、信頼性の高い転送(SCTP)の上で運ばれます。N2が無ければ基地局はコアと連携できず、UEはそもそも登録できません。

Overview — 概要

N2は (R)AN(gNB) ⇔ AMF を結ぶ制御インターフェースです。上を流れるProtocolは NGAP（NG Application Protocol）、その下は SCTP over IP です。

N2の手続きは大きく2種類に分かれます。

種別 説明 例
非UE関連 (non-UE associated) 特定UEに紐づかない、基地局とコアの基盤手続き NG Setup, RAN Configuration Update
UE関連 (UE associated) 個々のUEに紐づく手続き Initial UE Message, Initial Context Setup, Handover, PDU Session Resource, Paging

加えてN2は、N1(NAS)を NAS-PDU として運ぶ運搬役でもあります。

Basic Concept — 初心者向け説明

N2を支店(gNB)と本社(AMF)を結ぶ専用回線に例えます。

  • まず開業時に「支店と本社をつなぎます」という開通手続き(NG Setup)を行います。これはお客さん(UE)が来る前の準備で、非UE関連手続きです。
  • 開通後、お客さん(UE)が来店するたびに「新規のお客様です(Initial UE Message)」「この方の口座を用意して(Initial Context Setup)」と、お客ごとの連絡(UE関連手続き)が流れます。
  • さらに、お客さんが本社宛てに出した封書(NAS)を、この回線が本社まで運びます。回線は封書の中身には関与せず、確実に届けます。

信頼性のため、この回線は「届いたか必ず確認し、順序も守る」仕組み(SCTP)を使っています。

Protocol / Transport

項目 内容
Protocol NGAP（NG Application Protocol）— TS 38.413
下位Transport SCTP（Stream Control Transmission Protocol, RFC 4960）over IP
ポート SCTP 38412
特徴 信頼性・順序保証・マルチストリーム・マルチホーミング（SCTPの特性）。NGAPのprocedureCodeで手続き種別を識別。NAS-PDUを運搬

なぜTCPでなくSCTPか

制御シグナリングは損失・順序狂いに弱いため、SCTPのマルチストリーム（ヘッドオブラインブロッキング回避）とマルチホーミング（経路冗長）が適します。これは4GのS1AP/X2APと同じ設計思想です。

Architecture

N2がgNBとAMFを結び、N1(NAS)を運搬しつつ周辺IFと連携する様子を示します。

flowchart LR
  UE(("UE"))
  gNB["gNB (基地局)"]
  AMF["AMF"]
  SMF["SMF"]
  UPF["UPF"]

  UE -. "N1 (NAS) 論理" .-> AMF
  UE -- "無線" --> gNB
  gNB == "N2 (NGAP / SCTP:38412)" ==> AMF
  AMF -- "N11" --> SMF
  gNB -- "N3 (GTP-U ユーザデータ)" --> UPF

  classDef ctrl fill:#efe,stroke:#3a3,stroke-width:2px;
  class gNB,AMF ctrl;

図の読み方: 太い線(==>)がN2の制御シグナリング。N2の中にはNGAP手続きと、UEのNAS(N1)がNAS-PDUとして入れ子で流れます。制御はN2、ユーザデータは別経路のN3(UPF向け)に分かれる制御/ユーザ分離に注目してください。

利用Procedure

N2は基地局とコアの連携の土台であり、多数の手続きで使われます。

  • NG Setup: N2確立の初手。gNBとAMFが能力・PLMN・TA情報を交換し握手する（非UE関連）。
  • Initial UE Message: UEの初回NAS（例: Registration Request）をN2に載せてAMFへ運ぶ（UE関連の起点）。
  • Initial Context Setup: UEコンテキストとセキュリティ（AS security）を確立する指示。
  • UE Context手続き / Handover手続き / PDU Session Resource手続き / Paging: UE関連の各種制御。

Registrationでは中心的役割を担い、gNBがUEの最初のNASを Initial UE Message に載せてAMFへ届け、続いて Initial Context Setup でコンテキストとセキュリティを確立します。詳しい流れは Registration を参照してください。

主なMessage

N2を流れる代表的なNGAPメッセージです。

メッセージ 種別 用途
NG Setup Request / Response 非UE関連 N2確立の握手
Initial UE Message UE関連 初回NASの運搬
Downlink / Uplink NAS Transport UE関連 確立後のNAS往復運搬
Initial Context Setup Request / Response UE関連 UEコンテキスト・セキュリティ確立

各メッセージの詳細は Message辞典 を参照してください。

Packet Analysis (Wireshark)

N2はNGAP、その下はSCTPとして観測されます。

目的 Display Filter
NGAPメッセージを抽出 ngap
下位SCTPを見る sctp
N2ポートで絞る sctp.port == 38412
NGAP内のNASも見る ngap && nas-5gs

Decodeの見どころ:

  • NGAPの procedureCode でメッセージ種別（NG Setup, Initial UE Message 等）を識別できます。
  • Initial UE Message や NAS Transport では、NGAPの NAS-PDU フィールドの中に nas-5gs（N1）が入れ子でデコードされます。この二段構造がN2理解の要です。
  • SCTPの chunk（DATA/SACK 等）を見ると、信頼転送の様子が観察できます。

EPCとの比較

  • 4Gでは: 基地局(eNB)とMMEを結ぶ S1-MME 上を S1AP が流れました（TS 36.413、下位はSCTP）。NASもS1APのNAS-PDUで運搬。
  • 5Gでは: gNBとAMFを結ぶ N2 上を NGAP が流れます（TS 38.413、下位はSCTP）。NASはNGAPのNAS-PDUで運搬。
4G (EPC) 5G (5GC)
S1-MME N2
S1AP（TS 36.413） NGAP（TS 38.413）
SCTP over IP SCTP over IP（RFC 4960）
S1APがNAS-PDUを運搬 NGAPがNAS-PDUを運搬

3GPP Specification

  • 3GPP TS 38.413 — NGAP（NG Application Protocol）。個別章番号は要確認
  • 3GPP TS 23.501 §4 — システムアーキテクチャと参照点（N2の定義）
  • IETF RFC 4960 — SCTP（Stream Control Transmission Protocol）

Summary

  • N2は (R)AN(gNB) ⇔ AMF を結ぶ制御インターフェースで、ProtocolはNGAP。
  • 下位Transportは SCTP over IP、ポートは 38412。
  • 手続きは非UE関連（NG Setup 等）とUE関連（Initial UE Message, Initial Context Setup 等）に分かれる。
  • N2はN1(NAS)を NAS-PDU として運搬する役割も持つ。
  • 4GのS1-MME（S1AP, TS 36.413）に相当し、5GではNGAP(TS 38.413)に。

Next Step