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N21 — SMSF ⇔ UDM（SMS加入データ / SMSF登録）

難易度: 中級 ／ 想定学習時間: 12分 ／ 接続点: SMSF ⇔ UDM ／ Protocol: SBI (HTTP/2 over TLS) ／ 関連Interface: N20, N8

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。

  • N21が SBI（Service Based Interface） であり、実体がUDMの提供するサービス Nudm（TS 29.503） のSMS関連部であることを説明できる。
  • SMSFが SMS加入データ（SMSの利用可否・SMS管理データ） をUDMから取得する流れを説明できる。
  • SMSFが自身を サービングSMSF としてUDMに 登録 し、これが下りSMSルーティングの土台になることを説明できる。
  • N20（AMF⇔SMSF）と対でSMS over NASを支える関係を説明できる。
  • 4G(EPC)の S6a/S6c（HSS ⇔ SMS関連系） 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。

  • SBA / SBI と HTTP/2・TLS の位置づけ → Protocol辞典
  • N21の両端のNF → SMSF / UDM
  • SMS over NAS・SMSF連携の使われ方 → N20
  • Interfaceと参照点の考え方 → Interface辞典

Why — なぜ必要なのか

5GでSMS（ショートメッセージ）を届けるには、SMSF が「このUEはそもそもSMSを使えるのか」「どんなSMS管理データ（設定）が紐づくのか」を知る必要があります。しかしこの情報はSMSF自身が持っているわけではなく、加入者データの元締めである UDM が保持しています。

そこで、SMSFがUDMに「このUEのSMS加入情報をください」と問い合わせる道が要ります。これがN21です。さらにSMSFは、下りSMS（ネットワーク→UE）が届いたときに「どのSMSFがこのUEを担当しているか」をネットワークが知っている必要があるため、自身をサービングSMSFとしてUDMに登録します。N21が無ければ、SMSFはSMS利用可否を確認できず、UDMも下りSMSをどのSMSFへ渡せばよいか判断できません。

例え話: N21は、郵便局（SMSF）が役所（UDM）に確認・届け出をする窓口です。郵便局は役所で「この人は郵便を受け取れる住民か（SMS加入）」を確認し、あわせて「この人の担当郵便局は当局です（SMSF登録）」と届け出ます。以後、役所は届いた郵便（下りSMS）を、届け出のあった郵便局へ回せるようになります。

Overview — 概要

N21は SMSF ⇔ UDM を結ぶ参照点です。N21はSBI（Service Based Interface） であり、SBIとはNF同士が Web API（HTTP） でサービスを呼び合う仕組みで、共通の転送として HTTP/2 + JSON（RESTful）over TLS を用います。

N21の実体は、UDMが提供するサービス Nudm（TS 29.503） のうちのSMS関連部です。具体的には、SMSFが SDM（Subscriber Data Management） でSMS加入データ（SMSの利用可否・SMS管理データ）を取得し、UECM（UE Context Management） で自身をサービングSMSFとしてUDMに登録します。

参照点N21とサービスNudmは同じものの2つの見方

3GPPのアーキテクチャ図では 参照点として N21（SMSF⇔UDM） が示されますが、SBA（サービス化）ではこれが実体として UDMのサービス Nudm として実装されます。つまり「N21」と「Nudm（のSMS関連部）」は、同じSMSF⇔UDM間の連携を、参照点の視点／サービスの視点で見たものです。どちらも指しているものは同一で、呼び方（視点）が違うだけ、と捉えてください。

N8/N10/N13/N21は全てNudm(TS 29.503)だがオペレーションが異なる

UDMは多数のNFに対して同じ Nudm（TS 29.503） を提供しますが、利用するオペレーションが参照点ごとに異なります。取り違えに注意してください。

  • N8（AMF⇔UDM）: UECM/SDM（アクセス&モビリティ加入データ、AMF登録）
  • N10（SMF⇔UDM）: SDM（セッション管理[SM]加入データ）
  • N13（AUSF⇔UDM）: UEAuthentication（認証情報取得）
  • N21（SMSF⇔UDM）: SDM（SMS加入データ）/ UECM（SMSF登録）

「同じNudmだから同じ」ではなく、どのオペレーションを、何のために使うかで区別してください。

Basic Concept — 初心者向け説明

N21を、郵便局（SMSF）と役所（UDM）のやり取りに例えます。

あなたのスマホがSMSを使えるようにするには、SMS担当の SMSF が動きます。SMSFは「この人はSMSを使える契約か? どんなSMS設定があるか?」を自分では持っていないので、加入者名簿を握る UDM に問い合わせます（SMS加入データの取得＝SDM）。UDMは名簿を照らし合わせて「SMS利用可・こういう管理データ付き」と返します。

さらにSMSFは「このUEの担当は自分です」とUDMに届け出ます（SMSF登録＝UECM）。こうしておくと、後からネットワーク側からそのUEへSMSが届いたとき、UDMは「担当SMSFはここ」と分かり、正しいSMSFへSMSを回せます（下りSMSルーティングの土台）。

このUDMへの問い合わせ・届け出は、専用の電話回線（N2やN4のような専用プロトコル）ではなく、社内Webシステム（HTTP）でリクエストを投げて回答をもらうイメージです。これが SBI（Service Based Interface）＝NF同士がWeb API（HTTP/2）で会話する仕組みです。要求も応答も、人間に読みやすい JSON という書式でやり取りされます。

Protocol / Transport

項目 内容
Protocol HTTP/2 + JSON（RESTful）— SBI（Service Based Interface）の共通スタック
サービス Nudm（UDMが提供）— TS 29.503（SMS関連部: SDM / UECM）
SBI framework TS 29.500 / TS 29.501 系（SBIの共通規約・OpenAPI定義）
下位Transport TCP、TLS で保護（機密性・完全性・認証）— TS 33.501
ポート SBIの待受ポートは実装依存（NRF登録のエンドポイントで解決）。特定番号は断定しない
特徴 専用L4プロトコルではなくWeb技術ベース。HTTPメソッド(GET/PUT/POST/DELETE)＋リソースURIで操作。RESTful

専用L4ではなくWeb技術ベース

N2は NGAP over SCTP:38412、N4は PFCP over UDP という専用の下位プロトコルを持ちますが、N21にはそれらは一切当てはまりません。N21はSBIなので、他のSBI（N8/N10/N11/N20 等）と同じく HTTP/2 over TLS を共通の土台として使います。したがってN21の解析にSCTP固有のフィルタやポート番号を流用してはいけません。

Architecture

N21がSMSFとUDMを結び、SMSFがN20でAMFと連携し、UDMがUDR(N35)に加入データを格納する文脈を示します。

flowchart LR
  AMF["AMF"]
  SMSF["SMSF"]
  UDM["UDM (加入データ)"]
  UDR[("UDR (N35)")]

  AMF -. "N20 (Namf / Nsmsf)" .- SMSF
  SMSF == "N21 (Nudm: SDM / UECM)" ==> UDM
  UDM -. "格納" .- UDR

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

図の読み方: 太い線(==>)のN21がSMSF⇔UDMの連携（SBI/HTTP2）で、SMSFはここでUDMから SMS加入データを取得（SDM） し、自身をサービングSMSFとして登録（UECM） します。左のN20（点線）はAMF⇔SMSFの連携で、SMS over NASの上り/下りを運ぶ経路です。UDMが保持する加入データの実体は UDR(N35) に格納されます。N21は「SMSの前提を整える確認・登録」、N20は「実際のSMSの受け渡し」という役割分担に注目してください。

利用Procedure

N21は、SMSFがSMSサービスを有効化する（UEのSMS利用を立ち上げる）際に使われます。

  • SMS加入データの取得（SDM Get / Subscribe）: SMSFがUDMへ、対象UEの SMS加入データ（SMS利用可否・SMS管理データ） を照会する。以後の変更通知を受けるためにSubscribeする場合もある。
  • SMSF登録（UECM Registration）: SMSFが自身を サービングSMSF としてUDMに登録する。これによりUDMは「このUEのSMSはどのSMSFが扱っているか」を把握し、下りSMSを当該SMSFへ誘導できるようになる。

この結果、UDMは下りSMSのルーティングやSMS加入確認が可能になり、N20（AMF⇔SMSF）と対でSMS over NASを支えます。

各オペレーションの正確なメッセージシーケンス・条件・IE、およびSMS登録手順の詳細は3GPP仕様（TS 23.502 のSMS登録手順、章番号は要確認）に従います。手順の細部は要確認とします。

主なMessage

N21はSBIなので、メッセージはHTTPメソッド + リソース操作の形を取ります（NGAPのようなprocedureCodeではなくRESTful操作）。代表的なサービスオペレーションは次のとおりです。

サービスオペレーション HTTP操作(概念例) 用途
Nudm_SDM_Get GET（リソース取得） SMS加入データ（SMS利用可否・SMS管理データ）の取得
Nudm_SDM_Subscribe POST（購読リソース生成） SMS加入データ変更通知の購読
Nudm_UECM_Registration PUT（登録リソース生成/更新） 自身をサービングSMSFとしてUDMに登録

HTTP操作の対応は概念整理です: 上表の「HTTP操作」は理解のための対応づけであり、各オペレーションの正確なメソッド・リソースURI・呼び出し方向はTS 29.503のOpenAPI定義に従います。厳密なメソッド割り当ては要確認とします。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)

N21はSBIなので、キャプチャ上は HTTP/2 として観測されます（NGAP/SCTPのようなL4専用プロトコルは現れません）。

目的 Display Filter
HTTP/2メッセージを抽出 http2
ヘッダのパスで絞る（概念） http2.headers.path（:path に nudm-sdm / nudm-uecm を含む）
JSONボディを見る json（復号後）

Decodeの見どころ:

  • N21は TLSで暗号化されます。中身（HTTP/2ヘッダやJSONボディ）を見るには復号鍵（TLSセッションキー等）が必要です。鍵が無ければ tls の暗号化ペイロードとしてしか見えません。
  • 復号できれば、HTTP/2の ヘッダ（:method = GET/PUT等、:path に .../nudm-sdm/... や .../nudm-uecm/... を含むリソースパス）でオペレーションを識別できます（正確なパスは要確認）。
  • ボディは JSON（SMS加入データ、SMSF登録情報等）で、人間に読みやすい構造で入っています。
  • N2のNGAP（バイナリ、SCTP上）と違い、N21はWeb的（HTTP/JSON）である点が観察の要です。SCTP固有のフィルタ（sctp.port 等）は使いません。

EPCとの比較

  • 4Gでは: SMS加入情報や在圏情報（どのノードがUEを担当しているか）の管理は HSS（Home Subscriber Server） が担い、周辺ノードとは S6a（MME⇔HSS）や S6c（HSS⇔SMS関連系）といった Diameter/MAP ベースのインターフェースで連携していました。
  • 5Gでは: HSSのSMS加入・登録機能を UDM が引き継ぎ、SMSF連携が N21（Nudm） に SBI化されました。Diameter/MAPから HTTP/2 + JSON（SBI） へ置き換わっています（TS 29.503）。
4G (EPC) 5G (5GC)
S6c / S6a（HSS ⇔ SMS関連系） N21（SMSF ⇔ UDM）
Diameter / MAP（専用L4上） SBI: HTTP/2 + JSON over TLS
—（Diameter/MAPの各仕様） TS 29.503（Nudm）
HSS（SMS加入・在圏管理を内蔵） UDM（SMS加入データ提供・SMSF登録受付）

4GのHSSが担っていたSMS加入管理・サービングノード登録の機能は、5Gでは UDM + N21 に対応します（4Gインターフェースとの厳密な対応は要確認）。5Gでの主な変化は、Diameter/MAPベースの専用IFから SBI（HTTP/2+JSON）化された点です。

3GPP Specification

  • 3GPP TS 29.503 — Nudm サービス（SMS関連部: SDM[SMS加入データ取得]・UECM[SMSF登録], N21）。個別章番号は要確認
  • 3GPP TS 29.500 / TS 29.501 — SBI framework（技術規約 / 設計原則・OpenAPI）。個別章番号は要確認
  • 3GPP TS 23.501 §6.2.13 — SMSFの定義 ／ §6.2.7 — UDMの定義
  • 3GPP TS 23.502 — SMS登録手順（SMSF登録・SMS加入データ取得のフロー）。個別章番号は要確認
  • 3GPP TS 33.501 — SBIのセキュリティ（TLS等）。個別章番号は要確認

注記（要確認）: N21の実体が Nudm（TS 29.503）のSMS関連部であること、SBI共通framework が TS 29.500/29.501 系であることは、3GPPアーキテクチャの一般的整理です。各サービスオペレーションの正確なメソッド・リソースURI・procedureの細目章番号は Release により差異があるため個別には要確認とします。N8/N10/N13も同じNudm（TS 29.503）ですが、利用オペレーションが異なる点に注意してください。

Summary

  • N21は SMSF ⇔ UDM を結ぶ参照点で、SBI（Service Based Interface）（HTTP/2 + JSON over TLS）である。
  • SMSFはN21で、UDMから SMS加入データ（SMS利用可否・SMS管理データ） を取得（SDM）し、自身を サービングSMSFとして登録（UECM）する。
  • 実体はUDMのサービス Nudm（TS 29.503） のSMS関連部。SMSF登録により、UDMは下りSMSを正しいSMSFへ誘導でき、下りSMSルーティングの土台となる。
  • N20（AMF⇔SMSF）と対で SMS over NAS を支える（N21=SMSの前提整備、N20=SMSの受け渡し）。
  • 4Gの S6a/S6c（HSS⇔SMS関連系, Diameter/MAP） に相当し、5Gでは SBI化（TS 29.503）された（対応は要確認）。

Next Step

  • SMSF — N21の一方の端。SMS over NASを担うNF
  • UDM — N21の相手側。SMS加入データを提供しSMSF登録を受け付けるNF
  • N20 — AMF⇔SMSF。N21と対でSMS over NASを支える
  • N8 — 同じNudmだがUECM/SDM（アクセス&モビリティ）で用途が異なる例
  • Interface辞典 — 参照点の確認