Interface / Protocol 総論¶

学習目標¶

この章を読み終えると、次のことができるようになります。

• 参照点（Reference Point） とは何か、なぜ「点対点の接続」として定義されるかを説明できる
• SBI（Service-Based Interface） とは何か、なぜ「共通APIの公開」として設計されるかを説明できる
• 参照点とSBIの 関係と違い を、例え話で説明できる
• 5GCの主要プロトコル（NAS / NGAP / PFCP / GTP-U / HTTP/2 / SCTP）が どの参照点で動くか を地図として描ける
• 制御プレーン（C-Plane） と ユーザプレーン（U-Plane） のプロトコルの違いを説明できる

前提知識¶

• 5GC概要とSBA — SBA（Service-Based Architecture）とSBIの概念的な初出。ここでは前提とします
• Network Function 総論 — AMF/SMF/UPF等のNFが「何をする箱か」

このページは、NF側（箱）ではなく 箱と箱をつなぐ線（インターフェース）とその上を流れるプロトコル の側から5GCを俯瞰します。

この章で学べること¶

• Why — なぜ参照点とSBIという2つの考え方を区別するのか
• Basic Concept — 参照点＝専用窓口、SBI＝共通APIを公開しあうWebサービス という例え
• 参照点とは / SBIとは / 両者の違い — 概念の整理
• 主要プロトコル地図 — どの参照点で何のプロトコルが動くか
• C-Plane と U-Plane のプロトコル差 — 制御信号とユーザデータで使う技術が違う理由
• EPCとの比較 — 点対点IF（S1/S5等）からSBI化への流れ

Why — なぜ参照点とSBIを区別するのか¶

5GCは、多数の NF（Network Function） が協調して動くシステムです。NF同士をつなぐには「どことどこが、何を、どう話すか」を決めなければなりません。3GPPは、この「つなぎ方」を大きく2つの流儀で規定しています。

1. 参照点（Reference Point） — 「A と B の2者間」を名前で固定し、その区間で使うプロトコルを決める、点対点 の考え方
2. SBI（Service-Based Interface） — 各NFが自分のサービスを 共通API として公開し、必要な相手が呼び出す、サービス指向 の考え方

制御プレーンのNF間（例: AMF ⇔ SMF）は主にSBIで、無線・ユーザプレーン区間（例: (R)AN ⇔ AMF、gNB ⇔ UPF）は主に参照点＋専用プロトコルで設計されています。同じ「インターフェース」でも設計思想が違う ため、この2つを区別できることが5GC理解の土台になります。

Overview — 概要¶

5GCのインターフェースは、次のように整理できます。

• 参照点 は「N番号（N1, N2, N3, N4, N6 …）」で呼ばれる。接続する2点とプロトコルの一覧は Interface辞典 を参照
• そのうち 制御プレーンのNF間 の多くは、実体として SBI（HTTP/2 over TLS） で実現される。SBIは「Namf」「Nsmf」のように N + NF名 のサービス名で呼ばれる
• 無線・ユーザプレーン区間 は、SBIではなく専用プロトコル（NAS / NGAP / GTP-U / PFCP 等）を使う
• プロトコルは大きく C-Plane（制御信号）用 と U-Plane（ユーザデータ）用 に分かれ、要求される性質（信頼性か低遅延・高スループットか）が異なる

つまり「N番号＝参照点（区間の名前）」と「SBIサービス名＝公開API（Namf等）」は 見る角度が違う だけで、多くのC-Plane参照点は中身がSBIです。

Basic Concept — 初心者向け説明¶

専用窓口（参照点） vs 共通API（SBI）¶

会社の部署間のやり取りにたとえます。

• 参照点 は「経理部と総務部の間の 専用連絡窓口」のイメージです。誰と誰が、どの書式でやり取りするかが最初から決まっています。相手が固定なので手続きは明快ですが、新しい相手が増えるたびに窓口を作り直す必要があります。
• SBI は「各部署が 社内共通の申請システム（API） を公開し、必要な部署がその画面から申請する」イメージです。経理は「経費精算サービス（Namf に相当）」を公開し、誰でも同じ作法で呼べます。相手が増えても、公開済みのサービスを呼ぶだけで済みます。

参照点とは¶

参照点（Reference Point） は、3GPPが「どのNF/ノードと、どのNF/ノードの間か」を 2点で固定して名付けた接続点 です。5GCでは主に N1, N2, N3, N4, N6 … のように「N＋番号」で表されます。各参照点で使用するプロトコルとトランスポートは Interface辞典 で確認できます。

代表例を数個だけ挙げます（全一覧は Interface辞典）。

• N1: UE ⇔ AMF。NAS（5GMM/5GSM）シグナリング。N2上をリレーして運ばれる
• N2: (R)AN ⇔ AMF。NGAP による RANとコアの制御
• N3: gNB ⇔ UPF。GTP-U によるユーザプレーン転送
• N4: SMF ⇔ UPF。PFCP によるセッション制御
• N6: UPF ⇔ DN（データネットワーク）。外部ネットワーク接続

参照点は「相手が最初から決まっている」ため、無線区間やユーザプレーンのように 性能・信頼性を作り込みたい区間 に向いています。

SBIとは¶

SBI（Service-Based Interface） は、各NFが自分の機能を サービス（API） として公開し、他のNFがそれを呼び出す仕組みです。SBA（Service-Based Architecture）の中核で、概念的な導入は 5GC概要とSBA で扱いました。ここではIF/プロトコルの側から見ます。

• サービスは Namf（AMF）, Nsmf（SMF）, Nudm（UDM） のように「N＋NF名」で命名される
• 共通の転送として HTTP/2 over TLS（下位はTCP） を用いる（Protocol辞典）
• ペイロードは主に JSON で、Web APIと同じ作法（REST風）で呼び出される

Interface辞典で N7/N8/N10/N11/N12/N13/N5/N15/N22/N33/N14/N20/N21/N35/N36/N37/N40 に「SBI（HTTP/2 / TLS）」と記されているのは、これらの参照点が 実体としてSBIで実現される制御プレーンのNF間 だからです。たとえば N11（AMF ⇔ SMF） は、AMFがSMFの公開サービス（Nsmf）を呼び出す形で実現されます。

参照点とSBIの違い¶

両者は排他ではなく、多くのC-Plane参照点は「N番号という区間名」を持ちつつ、中身がSBI です。違いを整理します。

主要プロトコル地図¶

「どの参照点で、何のプロトコルが動くか」の地図です。接続先やプロトコルの詳細は Interface辞典・Protocol辞典 を参照してください。

プロトコルスタックの対応（C-Plane と U-Plane）¶

graph TD
    subgraph CP["制御プレーン（例: N1/N2）"]
        NAS["NAS（UE⇔AMF）"] --> NGAP["NGAP（N2）"]
        NGAP --> SCTP["SCTP"]
        SCTP --> IPCP["IP"]
    end
    subgraph UP["ユーザプレーン（例: N3/N9）"]
        USER["ユーザIPパケット"] --> GTPU["GTP-U"]
        GTPU --> UDP["UDP"]
        UDP --> IPUP["IP"]
    end

図の読み方: 左は制御信号のスタックで、NASがNGAPに運ばれ、下位はSCTP/IP。右はユーザデータのスタックで、ユーザのIPパケットがGTP-Uでカプセル化され、下位はUDP/IPです。上位が「何を伝えるか」、下位が「どう運ぶか」 という層構造になっています。

参照点接続とSBIバスの対比¶

graph LR
    subgraph P2P["点対点の参照点（U-Plane/無線系）"]
        RAN["(R)AN"] -- "N2: NGAP/SCTP" --> AMF1["AMF"]
        gNB["gNB"] -- "N3: GTP-U/UDP" --> UPF1["UPF"]
        SMF1["SMF"] -- "N4: PFCP/UDP" --> UPF1
    end
    subgraph SBA["SBI（制御プレーンNF間: HTTP/2 over TLS）"]
        AMF2["AMF"] --- BUS(("SBIバス"))
        SMF2["SMF"] --- BUS
        UDM["UDM"] --- BUS
        AUSF["AUSF"] --- BUS
        PCF["PCF"] --- BUS
    end

図の読み方: 上は「相手が固定された点対点の参照点」、下は「各NFが共通バス（HTTP/2）上でサービスを公開しあうSBI」です。同じ5GCの中で、区間の性質に応じて2つの流儀を使い分けている ことが見て取れます。

EPCとの比較 — 点対点IFからSBI化へ¶

4G（EPC）は、NF（正確にはノード）間を 点対点のインターフェース で結ぶ設計でした。5GCは、制御プレーンをSBI化した点が最大の違いです。

ポイントは2つです。(1) 制御プレーンのIFがSBI化 され、NF追加や機能拡張が容易になりました。(2) ユーザプレーンは引き続きGTP-U で、無線-コア制御もSCTP上のアプリ層プロトコル（S1-AP → NGAP）という構図は維持されています。つまり U-Planeと無線系は連続性を保ちつつ、C-Planeをサービス化した のが5GCです。EPCとの詳細な対応は Level 1 の関連章に譲ります。

3GPP Specification¶

• アーキテクチャ全体（参照点の定義・SBAの原則）: TS 23.501
• NAS: TS 24.501
• NGAP: TS 38.413（SCTPポートは TS 38.412）
• GTP-U: TS 29.281
• PFCP: TS 29.244
• SBIの一般原則（HTTP/2 の利用等）: TS 29.500、SBI保護（TLS）: TS 33.501

FAQ¶

Q. 「N2」と「Namf」は同じものですか？ A. 違います。N2は参照点（(R)AN ⇔ AMF の区間の名前） で、NGAP/SCTPを使います。Namfは AMF が公開するSBIサービスの名前 で、HTTP/2 over TLS で呼ばれます。N2はSBIではありません。

Q. N番号が付いていれば全部SBIですか？ A. いいえ。制御プレーンのNF間（N7/N8/N11/N12 等）はSBIですが、N1/N2/N3/N4/N6 はSBIではなく専用プロトコル、N9はGTP-U（U-Plane）、N32はSEPP間のPLMN間相互接続（N32-c/N32-f, PRINS） で位置づけが異なります（Interface辞典）。

Q. なぜユーザプレーンはSBI（HTTP/2）を使わないのですか？ A. ユーザプレーンは大量のパケットを 低遅延・高スループット で転送する必要があり、軽量なカプセル化（GTP-U over UDP）が向くためです。信頼性重視の制御信号（HTTP/2 over TLS/TCP）とは要求が異なります。

Q. NASはどの参照点のプロトコルですか？ A. N1（UE ⇔ AMF） のプロトコルですが、無線・N2区間を リレー して運ばれます。UEとAMFの間の論理的なやり取りがN1、その物理的な運搬経路がRRC→NGAP（N2）という関係です。

Q. プロトコルやポート番号の根拠はどこで確認できますか？ A. 上の「ポート番号とSpec番号の根拠」と各プロトコルの仕様書を参照してください。Interface辞典・Protocol辞典 でも関連仕様を探せます。「要確認」の項目は、利用するRelease・版の仕様書で確認してください。

Summary¶

• 参照点（Reference Point） は「2点を固定して名付けた点対点の接続」。N1/N2/N3/N4/N6 が代表
• SBI（Service-Based Interface） は「NFが共通API（Namf/Nsmf等）を公開しあう仕組み」。転送は HTTP/2 over TLS
• 多くの C-Plane参照点は中身がSBI。ただし N1/N2/N3/N4/N6、N9（GTP-U）、N32（SEPP間）はSBIではない
• 主要プロトコル地図: NAS(N1) / NGAP(N2,SCTP) / GTP-U(N3・N9,UDP) / PFCP(N4,UDP) / HTTP/2(SBI全般)
• C-Plane は信頼性重視、U-Plane は低遅延・高スループット重視で、使うプロトコルが異なる
• EPCの点対点IFに対し、5GCは 制御プレーンをSBI化（U-Plane/無線系は連続性を維持）

Practice — 理解度チェック¶

理解度チェック¶

Next Step¶

• Interface辞典 — 全参照点の接続点・Protocol・Transport・Specを引く
• Protocol辞典 — NAS/NGAP/SCTP/HTTP2/TLS/GTP-U/PFCPの詳細
• N2 / N3 / N4 — 代表的な参照点の個別ページ
• Network Function 総論 — 線ではなく「箱（NF）」の側から5GCを見る