N1 — UE ⇔ AMF（NAS 参照点）¶

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。

• N1がUEとAMFを結ぶ論理インターフェースであることを説明できる。
• N1が運ぶProtocol（NAS）と、その2つのサブレイヤ（5GMM / 5GSM）を区別できる。
• 「N1は独自の物理リンクを持たず、N2(NGAP)にカプセル化されて相乗りする」仕組みを図で説明できる。
• Registrationなどの手続きでN1が果たす役割を説明できる。
• 4G(EPC)のNAS（UE⇔MME）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。

• NAS（Non-Access Stratum）の位置づけ → Protocol辞典
• NGAP と SBA の基礎 → Protocol辞典 / Interface辞典
• N1を終端するNF → AMF
• 対になる下位IF → N2

Why — なぜ必要なのか¶

スマホ（UE）は「ネットワークに登録したい」「セッションを張りたい」といった要求そのものを、途中の基地局に中身を覗かれず、コアネットワークの担当者（AMF）に直接届けたいはずです。無線区間の通信品質やハンドオーバといった「無線の都合」とは切り離し、端末とコアだけが理解する会話の道が必要です。

この「UEとコア(AMF)の間だけで完結する会話路」がN1です。基地局(gNB)は無線の中継役に徹し、N1で運ばれるNASの中身（登録要求や認証応答）を原則そのまま透過します。N1が無ければ、UEはコアと直接対話できず、登録も認証もセッション確立も始められません。

Overview — 概要¶

N1は UE ⇔ AMF を結ぶ論理インターフェースで、上を流れるProtocolは NAS（Non-Access Stratum） です。NASは目的別に2つのサブレイヤに分かれます。

重要な特徴は、N1が独自の物理リンクを持たないことです。N1のNASメッセージは、UE⇔gNB間は無線(RRC)で、gNB⇔AMF間はN2(NGAP)の中にNAS-PDUとして詰められて運ばれます。

Basic Concept — 初心者向け説明¶

N1を手紙のやり取りに例えます。

あなた（UE）が役所（AMF）に申請書（NASメッセージ）を送るとします。あなたは封筒の中身（申請内容）を、途中の郵便局（gNB）に読まれず役所に届けたい。郵便局は封筒を運ぶだけで、中身は開けません。

• 手紙の中身が N1（NAS）= UEと役所だけが読む。
• 手紙を運ぶ郵便網が N2 や無線 = 中身には関与しない配送路。

つまりN1は「専用の道路」ではなく「郵便局(N2)のトラックに相乗りする封筒」です。この「N1はN2に相乗りする」という点が、5GCを理解するうえで最初の関門です。

Protocol / Transport¶

プロトコルスタック（NAS は区間ごとに別の器へ相乗り）¶

同じ NAS メッセージが、区間によって違う下位プロトコルに内包されて運ばれます。UE⇔gNB は無線(RRC)、gNB⇔AMF は N2(NGAP) の NAS-PDU です。gNB は NAS の中身を開かず、そのまま載せ替えるだけ（透過リレー）です。

flowchart LR
    subgraph UEside["UE"]
        direction TB
        U_NAS["NAS
(5GMM / 5GSM)"]
        U_RRC["RRC"]
        U_L2["PDCP/RLC/MAC/PHY
（無線）"]
        U_NAS --- U_RRC --- U_L2
    end
    subgraph gNBside["gNB（透過リレー：NAS中身は開かない）"]
        direction TB
        G_TOP["（NASを載せ替えるだけ）"]
        G_RRC["RRC ⇔ NGAP
変換"]
        G_TOP --- G_RRC
    end
    subgraph AMFside["AMF"]
        direction TB
        A_NAS["NAS
(5GMM / 5GSM)"]
        A_NGAP["NGAP（NAS-PDU で内包）"]
        A_SCTP["SCTP / IP"]
        A_NAS --- A_NGAP --- A_SCTP
    end

    U_L2 == "Uu（無線）" === G_RRC
    G_RRC == "N2（NGAP / SCTP:38412）" === A_SCTP
    U_NAS -. "N1：論理的に同じNASが通じる" .- A_NAS

    classDef nas fill:#eef,stroke:#66f,stroke-width:2px;
    class U_NAS,A_NAS nas;

Architecture¶

N1（NAS）が誰と誰を結び、下位のどのIFに相乗りするかを示します。

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

  UE == "N1 (NAS) ＝論理的な会話" ==> AMF
  UE -- "無線 RRC が運搬" --> gNB
  gNB -- "N2 (NGAP) の NAS-PDU が運搬" --> AMF

  classDef logical fill:#eef,stroke:#66f,stroke-width:2px;

図の読み方: 太い線(==>)がN1の論理的な会話（UE⇔AMFで意味が通じる）。細い線が実際の運搬経路です。NASの中身はgNBで開かれず、無線とN2を経由してAMFまで透過されます。

利用Procedure¶

N1（NAS）は、UEとコアが直接対話するほぼ全ての手続きで使われます。

• Registration（登録）: Registration Request/Accept/Complete を運ぶ。UEがネットワークに登録する起点。
• Authentication（認証）: Authentication Request/Response、Security Mode Command/Complete を運ぶ。
• Service Request: アイドル状態のUEが接続を再確立する際のNAS要求。
• PDU Session Establishment（5GSM）: セッション確立要求を運ぶ（AMFがSMFへリレー）。

Registrationにおける役割は特に中心的で、UEの最初のNAS（Registration Request）がN1として送出され、gNBがN2の Initial UE Message に載せてAMFへ届けます。詳しい流れは Registration を参照してください。

主なMessage¶

N1を流れる代表的なNASメッセージです。

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)¶

N1（NAS）はキャプチャ上に単独では現れず、NGAP(N2)パケット内のNAS-PDUとしてデコードされます。

Decodeの見どころ:

• WiresharkはNGAPの NAS-PDU フィールドを自動で nas-5gs として二段デコードします。「NGAPの中にNASが入れ子」という構造を意識して見ると理解が進みます。
• Security Mode Command以降のNASは暗号化され、中身が見えなくなる点も確認できます（完全性保護のMACは付与）。
• 厳密には、Security Mode Command 自身は完全性保護のみで暗号化されません（integrity protected but not ciphered）。暗号化が有効になるのは、DL方向はSecurity Mode Command直後のメッセージから、UL方向はSecurity Mode Complete以降です（TS 33.501 §6 / TS 24.501 §4.4）。

EPCとの比較¶

• 4Gでは: NAS は UE ⇔ MME 間で終端し、EMM（モビリティ管理）とESM（セッション管理）に分かれていました（TS 24.301）。運搬はS1AP(S1-MME)の NAS-PDU。
• 5Gでは: NAS は UE ⇔ AMF で終端し、5GMM / 5GSM に再編されました（TS 24.501）。運搬はNGAP(N2)の NAS-PDU。

3GPP Specification¶

• 3GPP TS 24.501 — 5GシステムのNASプロトコル（5GMM / 5GSM）。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（N1の定義）
• 3GPP TS 33.501 — NASセキュリティ（暗号化・完全性保護）。個別章番号は要確認

Summary¶

• N1は UE ⇔ AMF を結ぶ論理インターフェースで、ProtocolはNAS。
• NASは 5GMM（モビリティ管理） と 5GSM（セッション管理） の2サブレイヤ。
• N1は独自リンクを持たず、UE⇔gNBは無線、gNB⇔AMFはN2(NGAP)のNAS-PDUに相乗りする。
• NASセキュリティ（暗号化・完全性保護）はUE⇔AMFで終端。
• 4GのNAS（UE⇔MME, TS 24.301）に相当し、5Gでは5GMM/5GSMに再編。

Next Step¶

• N2 — N1を運搬する下位インターフェース（NGAP/SCTP）
• AMF — N1を終端するNF
• Registration — N1が活躍する手続き
• Message辞典 / Interface辞典 — 用語の確認