2017

5G時代のモバイルユーザープレーン
再検討松嶋 聡
ソフトバンク現⾏のモバイルネットワーク（携帯網）の例• RAN, EPC, SGi に分割されて構築・管理• 端末セッションごとのトンネル接続, 移動管理
• 伝送路からみたパスの最適化が困難

Data-plane
Role

Access Node(eNode-B)

L3 Anchor Node(Packet Data
Network Gateway)

L2 Anchor Node(Serving Gateway)
IPv4/IPv6
GTP-U Tunnel

GTP-U Tunnel

IPv4

IPv4RANEPC

VLAN, etc.,

SGiService
FunctionsInternet,
Service network

3GPP Rel-15 アーキテクチャ (5G Phase.1)

ユーザープレーンは劇的に簡素化されている

3GPP TS23.501

5Gに対する⼀般的な期待

ユーザープレーンは複雑な最適化を要求されている要求の異なるサービスを重畳するネットワークスライシング
少量セッション
⼤容量帯域(eMBB)
低遅延
⾼信頼データ転送(uRLLC)
⼤量セッション
少容量帯域(mMTC)
Source: NGMN white-paperID空間とプロトコルから⾒たネットワーク階層
User Payload
IPv6 SA (128)
IPv6 DA (128)
Tunnel ID (32)
UDP SPort(16)
UDP DPort(16)IP SA (32)
IP DA (32)
VPN Label (20)
LSP Label (20)
VLAN ID (12)SMAC (48)
DMAC (48)
VPN Label (20)
LSP Label (20)SMAC (48)
DMAC (48)ID空間とプロトコルから⾒たネットワーク階層
User Payload
IPv6 SA (128)
IPv6 DA (128)
Tunnel ID (32)
UDP SPort(16)
UDP DPort(16)IP SA (32)
IP DA (32)
VPN Label (20)
LSP Label (20)
VLAN ID (12)SMAC (48)
DMAC (48)
VPN Label (20)
LSP Label (20)SMAC (48)
DMAC (48)

Provides High Quality Reliability

ID空間とプロトコルから⾒たネットワーク階層
User Payload
IPv6 SA (128)
IPv6 DA (128)
Tunnel ID (32)
UDP SPort(16)
UDP DPort(16)IP SA (32)
IP DA (32)
VPN Label (20)
LSP Label (20)
VLAN ID (12)SMAC (48)
DMAC (48)
VPN Label (20)
LSP Label (20)SMAC (48)
DMAC (48)

Enables Multiple Virtual Networks Co-exist
Provides High Quality Reliability

ID空間とプロトコルから⾒たネットワーク階層
User Payload
IPv6 SA (128)
IPv6 DA (128)
Tunnel ID (32)
UDP SPort(16)
UDP DPort(16)IP SA (32)
IP DA (32)
VPN Label (20)
LSP Label (20)
VLAN ID (12)SMAC (48)
DMAC (48)
VPN Label (20)
LSP Label (20)SMAC (48)
DMAC (48)

Deploys Back-haul and Core

w/ High Quality and Reliability
For C/U-Plane and O&M Networks
Enables Multiple Virtual Networks Co-exist
Provides High Quality and Reliability

ID空間とプロトコルから⾒たネットワーク階層
User Payload
IPv6 SA (128)
IPv6 DA (128)
Tunnel ID (32)
UDP SPort(16)
UDP DPort(16)IP SA (32)

GTPv1U as Mobile User-Plane Protocol
Multiplexes Sessions in A Tunnel

IP DA (32)
VPN Label (20)
LSP Label (20)
VLAN ID (12)SMAC (48)
DMAC (48)
VPN Label (20)
LSP Label (20)SMAC (48)
DMAC (48)

Deploys Back-haul and Core

w/ High Quality and Reliability
For C/U-Plane and O&M Networks

Multiple Virtual Networks Co-exist
Provides High Quality and Reliability

ID空間とプロトコルから⾒たネットワーク階層
User Payload
IPv6 SA (128)
IPv6 DA (128)

IPv6 as User PDN Protocol

Tunnel ID (32)
UDP SPort(16)
UDP DPort(16)IP SA (32)

GTPv1U as Mobile User-Plane Protocol

Multiplexes Sessions in A Tunnel Between Two Nodes

IP DA (32)
VPN Label (20)
LSP Label (20)
VLAN ID (12)SMAC (48)
DMAC (48)
VPN Label (20)
LSP Label (20)SMAC (48)
DMAC (48)

Deploys Mobile Back-haul and Core
w/ High Quality and Reliability
For C/U-Plane and O&M Networks

Multiple Virtual Networks Co-exist
Provides High Quality and Reliability

ID空間とプロトコルから⾒たネットワーク階層
User Payload
IPv6 SA (128)
IPv6 DA (128)

IPv6 as User PDN Protocol

Tunnel ID (32)
UDP SPort(16)
UDP DPort(16)IP SA (32)
IP DA (32)
VPN Label (20)
LSP Label (20)
VLAN ID (12)SMAC (48)
DMAC (48)
VPN Label (20)
LSP Label (20)SMAC (48)
DMAC (48)

GTPv1U as Mobile User-Plane Protocol

⼩さなID空間の多階層ネットワーク
Deploys Mobile Back-haul and Core
w/ High Quality and Reliability
合計 and572
ビット
For C/U-Plane
O&M Networks

Multiplexes Sessions in A Tunnel Between Two Nodes

Multiple Virtual Networks Co-exist
Provides High Quality and Reliability

ID空間とプロトコルから⾒たネットワーク階層
User Payload
IPv6 SA (128)
IPv6 DA (128)

IPv6 as User PDN Protocol

Tunnel ID (32)
UDP SPort(16)
UDP DPort(16)IP SA (128)
IP DA (128)
VPN Label (20)
LSP Label (20)
VLAN ID (12)SMAC (48)
DMAC (48)
VPN Label (20)
LSP Label (20)SMAC (48)
DMAC (48)

GTPv1U as Mobile User-Plane Protocol

⼩さなID空間の多階層ネットワーク
Deploys Mobile Back-haul and Core
w/ High Quality and Reliability
合計 and764
ビット
For C/U-Plane
O&M Networks

Multiplexes Sessions in A Tunnel Between Two Nodes

Multiple Virtual Networks Co-exist
Provides High Quality and ReliabilityIPv6単⼀レイヤで⼗分なID空間を提供
User Payload
IPv6 SA (128)
IPv6 DA (128)
Tunnel ID (32)

階層ごとネットワークの構築・運⽤をシンプルに

UDP Sport(16)512ビット空間

UDP Dport(16)IP SA (32)
IP DA (32)
VPN Label (20)
LSP Label (20)
VLAN ID (12)SMAC (48)
DMAC (48)572ビットSegment-ID [1]*(128)Segment-ID [0]*(128)
IPv6 SA(128)
IPv6 DA(128)

VPN Label (20)
LSP Label (20)SMAC (48)
DMAC (48)*Exist in Segment Routing Extension Header (SRH)IPv6単⼀レイヤで⼗分なID空間を提供
User Payload
IPv6 SA (128)

もっと増やせます(768ビット~)

IPv6 DA (128)
Tunnel ID (32)

Segment-ID [3]*(128)

UDP Sport(16)Segment-ID [2]*(128)

UDP Dport(16)IP SA (128)
IP DA (128)
VPN Label (20)
LSP Label (20)
VLAN ID (12)SMAC (48)
DMAC (48)764ビットSegment-ID [1]*(128)
Segment-ID [0]*(128)
IPv6 SA(128)
IPv6 DA(128)VPN Label (20)
LSP Label (20)SMAC (48)
DMAC (48)*Exist in Segment Routing Extension Header (SRH)128ビットIDに様々な機能を与えるSRv6
SRv6 Function*
Name

Forwarding

SRv6 Function*
Name

Forwarding

EndLookup SRHT

Pure IPv6 transit

End.X

L3 cross-connect to next-hop

T.Insert

Insert an SRv6 policy (SID list)

End.T

L3 lookup IPv6 table

T.Encaps

Encap SRv6 policy (SID list) byouter IPv6 hdr

End.DT6

Decap outer IPv6 hdr and lookup
IPv6 table

End.DT4

Decap outer IPv6 hdr and lookup
IPv4 table

End.DX6

Decap outer IPv6 hdr and IPv6cross-connect

End.DX4

Decap outer IPv6 hdr and IPv4
cross-connect

End.B6

Bound to an SRv6 policy(SID list)* SRv6 Network ProgrammingもしもSRv6が現⾏トンネルの代替になれたとしたらRAN, EPC, SGi に分割されて構築・管理
端末セッションごとのトンネル接続, 移動管理
伝送路からみたパスの最適化が困難
IPv6に統⼀することで、モバイルと他ネットワークを統合
モバイルNW機能をSegment-IDで表現して実現する
L3 Anchor Node•••••

Access Node(eNode-B)

3

32323

3

323-

3 (323L2 Anchor Node(Serving Gateway)(Packet Data Network Gateway)

3SRv6 SIDs
IPv4IPv4)-

SRv6 Network

Segment-IDに持たせるモバイルNWの機能
上り方向

下り方向

アクセスポイント

T.InsertEnd.X

L2アンカー (ie SGW)

End.B6

End.B6

L3アンカー (ie PGW)

End.T

T.Insert

アクセスポイント(eNode-B)

L2 アンカー(SGW)

L3 アンカー
(PGW)

上りリンク

SRv6 SIDs

SRv6 Network

下りリンク

Internet,
Service network

SRv6でモバイルネットワーキング (上り)SRv6 Network

A::

S::
MN

IPv6
Header

SA=S::
DA=D::
NH=TCP
PayloadB::

C::Internet,
Service network

D::

CN

SRv6でモバイルネットワーキング (上り)SRv6 Network

A::

S::

B::

MN
T.Insert

IPv6
Header

SA=S::

SA=S::
DA=D::

DA=B::

NH=TCP

NH=SRH(43)Payload

SL=1
SRH

SID[0]=D::

SID[1]=B::
Payload

C::Internet,
Service network

D::

CN

SRv6でモバイルネットワーキング (上り)SRv6 Network

A::

S::

B::

C::

MN
T.Insert

IPv6
HeaderEnd.B6

SA=S::

SA=S::

DA=D::

DA=B::

DA=C::

NH=TCP

NH=SRH(43)NH=SRH(43)

SL=1

SL=0

SID[0]=D::

SID[0]=C::

SA=S::

Payload

SRH

SID[1]=B::
PayloadSRH

SL=1
SID[0]=D::
SID[1]=B::

PayloadInternet,
Service network

D::

CN

SRv6でモバイルネットワーキング (上り)SRv6 Network

A::

S::

B::

C::

MN
T.Insert

IPv6Header

End.T
w/ PSP

End.B6

SA=S::

SA=S::

DA=D::

DA=B::

DA=C::

NH=TCP

NH=SRH(43)NH=SRH(43)

SL=1

SL=0

SID[0]=D::

SID[0]=C::

SA=S::

Payload

SRH

SID[1]=B::
Payload

SRH

Internet,
Service network

SL=1
SID[0]=D::
SID[1]=B::

PayloadIPv6
Header

SA=S::
DA=D::
NH=TCP
PayloadD::CN

SRv6でモバイルネットワーキング (上り)SRv6 Network

A::

S::

B::

C::

MN
T.Insert

IPv6
HeaderEnd.Tw/ PSP

End.B6w/ PSP

SA=S::

SA=S::

DA=D::

DA=B::

DA=C::

NH=TCP

NH=SRH(43)NH=SRH(43)

SL=1

SL=1

SA=S::

PayloadSRH

SID[0]=D::

SRH

Internet,Service network

SID[0]=D::

SID[1]=B::

SID[1]=B::

Payload

PayloadIPv6
Header

SA=S::
DA=D::
NH=TCP
PayloadD::CN

SRv6でモバイルネットワーキング (下り)SRv6 Network
S::
MN

A::

B::

C::

IPv6
HeaderInternet,
Service network

SA=D::
DA=S::
NH=TCP
PayloadD::CN

SRv6でモバイルネットワーキング (下り)SRv6 Network
S::

A::

B::

C::

MN
T.Insert

SA=D::
DA=B::
NH=SRH(43)

SL=1
SRH

SID[0]=D::

SID[1]=B::
PayloadIPv6
HeaderInternet,
Service network

SA=D::
DA=S::
NH=TCP
PayloadD::CN

SRv6でモバイルネットワーキング (下り)SRv6 Network
S::

A::

B::

C::

MN
End.B6w/ PSP

SRH

T.Insert

SA=D::

SA=D::

DA=A::

DA=B::

NH=SRH(43)NH=SRH(43)

SL=1

SL=1

SID[0]=D::

SRH

SID[0]=D::

SID[1]=B::

SID[1]=B::

Payload

PayloadIPv6
HeaderInternet,
Service network

SA=D::
DA=S::
NH=TCP
PayloadD::CN

SRv6でモバイルネットワーキング (下り)SRv6 Network

A::

S::

B::

C::

MN
End.X
w/ PSP

IPv6
HeaderEnd.B6w/ PSP

T.Insert

SA=D::

SA=D::

DA=D::

DA=A::

DA=B::

NH=TCP

NH=SRH(43)NH=SRH(43)SL=1

SL=1SA=S::

PayloadSRH

SID[0]=D::

SRH

SID[0]=D::

SID[1]=B::

SID[1]=B::

Payload

PayloadIPv6Header

Internet,
Service network

SA=D::
DA=S::
NH=TCP
PayloadD::CN

現⾏モバイルネットワークとステートレスインターワーク
TunnelheaderUser pkt

Tun-ID

IPv6
header

IPv4
header

DA
v4

SA
v4

Internet,
Service network

Existing
IPv4 Network

User pkt

SRH

DA
v6

SA
v6

Internet,
Service network

SRv6 Enabled
IPv6
Network

Locator

DAv4

SAv4

Tun-ID

128-a-b-cabc

SRv6でネットワークスライシング• モバイル機能やパスのSIDのセットをスライスとして表現-> 1セットのSegment-IDの共通プレフィクスをスライスのIDに• 端末のユーザーアプリからパケットにSIDをパケットに-> ソケットAPIからアプリが直接スライスを指定することができる
スライス SID
payloadSRH

IPv6headerDASA

SID set of NetSlice-C
SID set of NetSlice-B
SID set of NetSlice-A
SRv6 Network

Contents for
NetSlice-C
Contents for
NetSlice-B
Contents for
NetSlice-A

まとめ• 5G時代のユーザープレーンは、シンプルでなければ複雑な最適化要求に対応できない• 現在の多階層ネットワークをシンプルにするためには、⼗分な⼤きさのID空間を持つ単⼀レイヤへインテグレーションすることが有効• モバイルユーザープレーン機能をSRv6で実現、単⼀レイヤ化。複雑な要求に対応可能なシンプルなユーザープレーンを構築可能• SRv6によって、End-to-End ネットワークスライシングが実現できる可能性

参考資料• SRv6 for Mobile User-Plane• draft-matsushima-spring-dmm-srv6-mobile-uplane• SRv6 Network Programming• draft-filsfils-spring-srv6-network-programming• IPv6 Segment Routing Header (SRH)• draft-ietf-6man-segment-routing-header