引言
在 5G 网络中，传统 4G EPC（Evolved Packet Core）被全新的 5G Core（5GC） 所取代。5GC 采用 服务化架构（SBA, Service-Based Architecture），将网络功能模块化、解耦，并通过标准接口（如 HTTP/2 + JSON）进行通信。
其中，AMF、SMF 和 UPF 是 5G 核心网中最核心的三个控制面与用户面网元。它们共同协作，完成 UE（用户设备）的接入、会话管理与数据转发。本文将深入解析它们的功能、接口与协同流程。
一、AMF：接入与移动性管理功能（Access and Mobility Management Function）
🎯 核心职责
UE 注册管理：处理 UE 的初始注册、周期性注册、移动性注册。
连接管理：维护 UE 的可达性状态（CM-IDLE / CM-CONNECTED）。
移动性管理：支持 UE 在不同基站（gNodeB）间的切换。
安全锚点：与 AUSF 协作完成鉴权，生成安全上下文。
NAS 信令终结点：处理来自 UE 的非接入层（NAS）消息。
🔌 关键接口
N1：与 UE（通过 gNodeB 透传）传递 NAS 信令。
N2：与 gNodeB 交互控制面信令（如 RRC 重配、切换命令）。
N8：与 UDM（统一数据管理）交互用户签约数据。
N11：与 SMF 通信，请求会话建立。
✅ 类比 4G：AMF ≈ MME（Mobility Management Entity）的功能增强版。
二、SMF：会话管理功能（Session Management Function）
🎯 核心职责
PDU 会话管理：创建、修改、释放 UE 的 PDU 会话（如 IPv4/IPv6、Ethernet 类型）。
IP 地址分配：为 UE 分配会话级 IP 地址（或通过 DHCP）。
UPF 选择与控制：根据策略选择合适的 UPF，并下发转发规则（FAR、QER 等）。
计费接口：向 CHF（计费功能）提供使用量数据。
策略执行：与 PCF（策略控制功能）联动，实施 QoS 和流量控制。
🔌 关键接口
N4：与 UPF 通信，下发转发规则（使用 PFCP 协议）。
N11：与 AMF 交互，接收会话创建请求。
N7：与 PCF 对接，获取策略决策。
N10：与 UDM 交互，获取签约数据（如 S-NSSAI、DNN）。
✅ 类比 4G：SMF ≈ PGW-C + SGW-C 的融合体。
三、UPF：用户面功能（User Plane Function）
🎯 核心职责
数据包路由与转发：根据 SMF 下发的规则，转发用户数据。
流量检测与策略执行：支持基于业务流的 QoS 控制、计费标记。
下行数据缓存与通知：当 UE 处于空闲态时，缓存下行包并通知 AMF。
支持网络切片与边缘计算（MEC）：可部署在靠近用户的边缘位置。
🔌 关键接口
N3：与 gNodeB 连接，接收/发送用户面数据。
N6：连接数据网络（DN），如互联网、企业专网。
N9：与其他 UPF 互联（用于多 UPF 场景，如 ULCL/BP）。
N4：与 SMF 控制面通信（PFCP 协议）。
✅ 类比 4G：UPF ≈ PGW-U + SGW-U 的融合体。
四、三者如何协同？------ 一次 PDU 会话建立流程
以 UE 首次开机并发起数据业务为例：
UE → gNodeB → AMF
发送 NAS 注册请求（Registration Request）。
AMF 完成鉴权、位置更新，进入连接态。
UE → AMF
发送 PDU Session Establishment Request（含 DNN、S-NSSAI）。
AMF → SMF（通过 N11）
请求创建 PDU 会话。
SMF → UDM（N10）
获取用户签约数据（允许的 DNN、切片等）。
SMF → PCF（N7）
获取策略（如 QoS 规则）。
SMF → UPF（N4）
选择 UPF，下发转发规则（FAR、QER、URR）。
SMF → AMF → UE
返回会话建立响应，包含分配的 IP 地址。
UE ↔ gNodeB ↔ UPF ↔ DN
用户数据开始通过 N3 → UPF → N6 转发。
🔄 整个过程体现了 控制面（AMF/SMF）与用户面（UPF）分离 的设计思想。
五、为什么这种架构更先进？
特性 优势
CUPS 架构（控制与用户面分离） UPF 可灵活部署在边缘，降低时延
服务化接口（SBI） 网元可独立升级、弹性扩缩容
网络切片支持 SMF/UPF 可按切片实例化，实现逻辑隔离
云原生友好 基于微服务，易于容器化（K8s）部署
结语
AMF、SMF 和 UPF 构成了 5G 核心网的"铁三角"：
AMF 负责"谁来了"（接入与移动性），
SMF 负责"要什么服务"（会话与策略），
UPF 负责"数据怎么走"（转发与执行）。
理解它们的分工与协作，是掌握 5G 网络原理的关键一步。未来，随着 RedCap、NTN、AI-native 网络的发展，这些网元还将持续演进，支撑更丰富的应用场景。