N9 — UPF ⇔ UPF（GTP-U / UPF間ユーザプレーン）¶

難易度: 中級／想定学習時間: 15分／接続点: UPF ⇔ UPF ／ Protocol: GTP-U (over UDP 2152) ／関連Interface: N3 / N4 / N6

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。

N9が複数のUPFを結ぶユーザプレーンインターフェースであり、SBIではないことを説明できる。
N9のProtocol（GTP-U）と、その下位Transport（UDP/IP、ポート2152）を言える。
N9が使われるUPF縦続構成（I-UPF↔PSA-UPF、ホームルーテッドローミング、UL CL/Branching Point）を挙げられる。
N9がN3と同じGTP-U・TEID・QFIを用い、制御はN4(PFCP)でSMFが行うことを説明できる。
4G(EPC)のS5/S8（SGW⇔PGW間のGTP-U）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。

GTP-U と UDP/IP の位置づけ → Protocol辞典
N9を終端するNF → UPF
対になる制御プレーン（UPFの設定） → N4
基地局とUPFを結ぶユーザプレーン → N3
Interfaceの考え方 → Interface辞典

Why — なぜ必要なのか¶

多くの解説では、ユーザデータは「gNB → 1台のUPF → データ網」とまっすぐ流れる絵で説明されます。しかし実際の網では、UPFが複数台、数珠つなぎ（縦続）になることがよくあります。たとえばUEが移動して基地局から遠い場所へ行っても、セッションの出口（アンカ）は動かしたくない。あるいはローミング先の網から自国の網へ折り返したい。こうしたとき、中間のUPFと出口のUPFを別々に立て、その間をつなぐ道が要ります。

この「UPFとUPFの間を、実ユーザデータのトンネルでつなぐ道」がN9です。N9が無ければ、UPFを複数段に分けた構成そのものが成り立ちません。

例え話をすると、ユーザデータを運ぶUPFを土管に例えるなら、N3が「基地局と土管を繋ぐパイプ」であるのに対し、N9は土管と土管を繋ぐ連結パイプです。土管が1本で足りる場所ならN9は登場しませんが、土管を何本も連結する場所では、その継ぎ目としてN9が必ず現れます。

なお、N9はN4のような制御用のインターフェースでも、N11のようなSBI（サービスベース）でもありません。実データを運ぶだけのユーザプレーン参照点です。

Overview — 概要¶

N9は UPF ⇔ UPF を結ぶユーザプレーンインターフェースです。上を流れるProtocolは GTP-U（GPRS Tunneling Protocol - User plane）、その下は UDP over IP で、N3と全く同じ仕組みを使います。

N9が登場する代表的な構成は次のとおりです。

構成	UPFの役割分担
I-UPF ↔ PSA-UPF	基地局寄りの中間UPF(I-UPF)と、セッション出口を固定するアンカUPF(PSA: PDU Session Anchor)を分離
ホームルーテッドローミング	訪問先網(VPLMN)のUPFと自国網(HPLMN)のUPFをまたいで折り返す
UL CL / Branching Point	上りトラフィックを行き先ごとに振り分けるUPFと、その先のアンカUPFを分ける

いずれもUPFとUPFの間を GTP-Uトンネル でつなぎ、N3と同じ2つの識別子を使います。

識別子	何を識別するか	搬送場所
TEID (Tunnel Endpoint ID)	GTP-Uトンネル（≒どの端点へ届けるか）	GTP-U基本ヘッダ
QFI (QoS Flow Identifier)	セッション内のQoS Flow（優先度の異なる流れ）	GTP-U拡張ヘッダ（PDU Session Container, TS 38.415）

Basic Concept — 初心者向け説明¶

N9を、荷物を運ぶ宅配便の中継所どうしを結ぶ便に例えます。

UEのデータ（元のIPパケット）は、N3で最初のUPFに届いた時点ですでに封筒(GTP-U)で包まれて運ばれています。N9では、その封筒を次のUPFへさらにリレーします。

封筒（GTP-Uトンネル） = 元のパケットを丸ごと包む外装。中身（ユーザのIPパケット）はそのまま。
宛先ラベル（TEID） = 封筒の表に貼る番号。受け側UPFは、このラベルを見て「どのトンネルの荷物か＝どのセッションか」を判断します。
優先度シール（QFI） = 「速達」「普通」の区別。UPFをまたいでもQoSの区別を保てるよう、封筒に貼られたままリレーされます。

道は上り・下りの2方向です。UE→gNB→I-UPF→PSA-UPF→データ網が上り(Uplink)、その逆が下り(Downlink)。N3と同様、上りと下りではラベル(TEID)が別々に付けられ、各UPFの端点が「自分が受け取るときに使う番号」を持ちます。これらの番号を誰がどう割り当てるかは、UPF自身ではなく制御役のSMFがN4(PFCP)経由で両UPFに設定します（後述）。

Protocol / Transport¶

項目	内容
Protocol	GTP-U（GPRS Tunneling Protocol - User plane）— TS 29.281
下位Transport	UDP over IP
ポート	UDP 2152（GTP-Uのwell-knownポート。4G/5G共通、N3と同じ）
特徴	TEIDによるトンネル識別。ユーザのIPパケットをT-PDU（＝カプセル化される元のユーザIPパケット）としてカプセル化
QoS搬送	GTP-U拡張ヘッダの PDU Session Container で QFI を搬送（TS 38.415）

N9はSBIではない

N9はGTP-U over UDPのユーザプレーン参照点であり、SBI（サービスベースインターフェース）ではありません。したがってHTTP/2やNfXX形式のサービス名（Npcf等）といったサービス概念は一切登場しません。N9で使われるのは、N3と同じGTP-U（TS 29.281）だけです。UPFの設定・制御は別線のN4(PFCP)が担います。

Architecture¶

N9がI-UPF（中間UPF）とPSA-UPF（アンカUPF）をつなぎ、その両方をSMFがN4で制御する様子を示します。

flowchart LR
  gNB["gNB (基地局)"]
  IUPF["I-UPF (中間)"]
  PSA["PSA-UPF (アンカー)"]
  DN["DN (データ網)"]
  SMF["SMF"]

  gNB =="N3 (GTP-U)"==> IUPF
  IUPF =="N9 (GTP-U)"==> PSA
  PSA =="N6"==> DN
  SMF -."N4 (PFCP)".-> IUPF
  SMF -."N4 (PFCP)".-> PSA

図の読み方: ユーザデータは gNB → I-UPF →（N9）→ PSA-UPF → DN と流れます。太い実線(==>)がユーザプレーン（GTP-Uトンネル）で、N3・N9・N6が同じ流れの上に並びます。点線(-.->)のN4(PFCP)は制御用の別線で、SMFが両方のUPF（I-UPFとPSA-UPF）に設定を配る役目です。N9はこの「土管と土管の継ぎ目」に当たります。

データ転送の流れ¶

N9のトンネルは、PDU Session確立（およびその変更）の中で、UPF縦続構成が必要になったときに確立されます。

UPFの設定: SMFがN4(PFCP)で、I-UPFとPSA-UPFそれぞれに PDR（パケット検出規則）/FAR（転送動作規則）/TEID を設定します。これによりN9のGTP-Uトンネルが上り・下りの2本できあがります。
上りパケット: gNBからN3で届いたユーザデータを、I-UPFがN9のGTP-Uトンネルに載せ替えてPSA-UPFへ転送。PSA-UPFがカプセルを外し、N6でデータ網へ出します。
下りパケット: データ網からN6で入ったパケットを、PSA-UPFがN9でI-UPFへ、I-UPFがN3でgNBへとリレーします。
QoS識別: 各パケットはGTP-U拡張ヘッダ(PDU Session Container)の QFI によってQoS Flowが識別され、UPFをまたいでも優先度の扱いが保たれます。

手続きの詳細は重複を避けるため PDU Session確立を参照してください。ここでは「N9＝UPFを縦続させたときにUPF間を結ぶユーザデータの土管」という位置づけを押さえれば十分です。

主なMessage¶

N9で流れるのはN3と同じGTP-Uメッセージです。土管に徹するProtocolのため制御メッセージは少なめで、大半は実データを運ぶG-PDUです。

メッセージ	用途
G-PDU	ユーザのIPパケット（T-PDU）をカプセル化して運ぶ、本来の主役
Echo Request / Response	対向UPF端点の疎通確認（パスの生存確認）
Error Indication	不明なTEID宛のパケットを受けた等、エラーの通知
End Marker	パス切替（UPF張り替え等）時に、旧パスの最後のパケットを示す目印

各メッセージの厳密な種別・用途の詳細は要確認とし、Message辞典を参照してください。

Packet Analysis (Wireshark)¶

N9はGTP-U、その下はUDPとして観測されます。N3と見た目は同じで、現れるのはUPF同士のIPアドレス間という点が違います。

目的	Display Filter
GTP-Uメッセージを抽出	`gtp`
N9ポートで絞る	`udp.port == 2152`
特定トンネルを追う	`gtp.teid == 0x...`（TEIDで絞る）

Decodeの見どころ:

GTP-Uヘッダの TEID で、どのトンネル（≒どのUEのどのセッション）かを識別できます。上り・下りでTEIDが異なる点はN3と同じです。
拡張ヘッダ（PDU Session Container, TS 38.415） に載る QFI で、そのパケットがどのQoS Flowに属するかが分かります。
G-PDUでは、GTP-Uヘッダの内側に内包されたユーザのIPパケットがさらにデコードされます。
N9はユーザプレーンなので、キャプチャにはSCTPやHTTP/2は現れません。それらが見えたら、それはN9ではなくN2(NGAP)やSBIの通信です。

EPCとの比較¶

4Gでは: SGWとPGWを結ぶ S5/S8 上を GTP-U（TS 29.281）が流れ、ユーザデータをTEIDでトンネル識別しました（S5は同一事業者内、S8はローミング時）。
5Gでは: UPF分割により、その SGW⇔PGW間のユーザプレーン(S5/S8-U) に相当する区間が N9（UPF ⇔ UPF） になりました。Protocolは同じGTP-U（TS 29.281）で、QoS識別が QFI ベースになった点が加わります（S5/S8-UとN9の対応は要確認）。

4G (EPC)	5G (5GC)
S1-U（eNB ⇔ SGW）	N3（gNB ⇔ UPF）
S5/S8（SGW ⇔ PGW、GTP-U部分）	N9（UPF ⇔ UPF）
GTP-U（TS 29.281）	GTP-U（TS 29.281、共通）
QoSはEPS Bearer単位	QoS Flow単位、QFIをGTP-U拡張ヘッダで搬送

UPF分割がN9を生んだ

4Gではユーザプレーンの機能がSGWとPGWに分かれ、その間をS5/S8(GTP-U部分)がつないでいました。5GではこれらがUPFに統合されつつも、縦続構成では複数UPFに分割でき、その継ぎ目がN9になります。GTP-U自体は4Gから受け継いだ枯れたProtocolで、5Gでの主な変化はBearerベースからQoS Flowベースへ移り、QFIをGTP-U拡張ヘッダで運ぶようになった点です。

3GPP Specification¶

3GPP TS 29.281 — GTP-U（GPRS Tunneling Protocol - User plane、N3と共通）。個別章番号は要確認
3GPP TS 38.415 — PDU Session User Plane Protocol（PDU Session ContainerによるQFI搬送）。個別章番号は要確認
3GPP TS 23.501 §5.6 / §5.8 — UPFおよびユーザプレーンの機能。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（N9の定義）。個別章番号は要確認

Summary¶

N9は UPF ⇔ UPF を結ぶユーザプレーンインターフェースで、ProtocolはGTP-U（TS 29.281）。SBIではない。
下位Transportは UDP over IP、ポートは 2152（N3と共通）。
I-UPF↔PSA-UPF、ホームルーテッドローミング、UL CL/Branching PointなどのUPF縦続構成で、UPF間をトンネルする。
N3と同じ TEID（トンネル識別）・QFI（QoS Flow識別、PDU Session Container / TS 38.415）を用い、制御はSMFがN4(PFCP)で両UPFに設定する。
4GのS5/S8（SGW⇔PGW間のGTP-U部分）に相当する（対応関係は要確認）。

Next Step¶

UPF — N9を終端するNF
N3 — 基地局とUPFを結ぶ、N9と同じGTP-Uのユーザプレーン
N4 — 両UPFを制御する制御プレーン（PFCP）
N6 — PSA-UPFとデータ網を結ぶ参照点
Interface辞典 — 各参照点の確認