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專題簡報大綱

專題影片參考

Checklist

  • 專題簡介

    • 成果預期
    • 實作流程簡介

  • 專題報告

    • 5G 核心網路簡介
    • 條列並比較目前開放免費使用的核心網路 (與第一點合併)
    • 簡述為何選擇 free5gc (與第一點合併)
    • 介紹 free5gc, UERANSIM, 我們架設的環境
    • 網路架構圖介紹 (和環境合併)
    • 實作的流程以及結果 (簡化內容)
    • 結果分析及驗證假設 (保留)
    • 紀錄Demo流程
      • 用影片或是投影片動畫呈現demo流程

專題簡介

成果預期

  1. 架設出 5G 核心網路並了解其運作機制
  2. 透過自行撰寫程式以更詳細的了解封包轉送的順序
  3. 架設出可以讓手機使用並通訊的核心網路

實作流程簡介

  1. 根據 free5gc 官網的下載流程安裝核心網路 (專案 github 連結)
  2. 設定完成核心網路後前往 UERANSIM github 取得 UE/RAN 的模擬器
  3. 先嘗試在僅有一個 UE 的狀況下對外部網路連線，確認核心網路可以運作
  4. 接著嘗試在兩個 UE 的狀況下彼此互相連線及對外部網路連線
  5. 比較通過預設網路卡及核心網路的網路延遲影響
  6. 嘗試自行撰寫程式讓兩台 UE 可以透過核心網路互相通訊

專題報告

5G 核心網路簡介

核心網路是甚麼?

核心網路是整個網路架構的中心部分，是許多網路元件的集合體，每個元件都有其被賦予的功能，在核心網路中被稱為 Network Function (NF) ，眾多元件的合作與溝通即形成核心網路，用實際一點的例子來舉例，就是電信業者所架設的機房。


核心網路可以把 local area networks (LANs) 及 wide-area networks (WANs) 連結起來，目的是傳送大規模、遠距離的資料，並確保其穩定性及效能。

4G 與 5G 核心網路的差異

Reference

Evolution of Core Network(3G vs. 4G vs. 5G)
當SDN遇上NFV　虛擬化5G核心網路掀革

由於 Software-Defined Networking (SDN) 及 Network-Function Virtualization (NFV) 技術的發展， 5G 核心網路比起 4G 核心網路多了不少虛擬化的網路元件 (Network Function , NF) ，這樣帶來的好處有 3 :

  1. 減少實體設備所需要的成本
  2. 較容易維護，不需要關閉服務就能進行
  3. 網路的穩定性更高，若其中一個 NF 故障，只需用其他 VM 去替補即可維持服務。
5G 的元件將原先 4G 的元件分工的更加細緻
如 4G 的 MME 變為 5G 的 AMF, SMF
4G 的 S-GW 和 P-GW 變為 5G 的 UPF

條列並比較目前開放免費使用的核心網路

目前我們知道的開放使用 5G 核心網路有以下幾種
開放的 5G 核心網路清單

free5GC

由國立陽明交通大學通訊服務與軟體研究中心主持
此專案至今仍然持續維護

此專案歷經三個版本的改良，最新版本中僅包含 5G 核心網路的 NF ，不具有 4G 核心網路的架構。

目前的功能僅限於網路上，不具有通話的功能。

與 UERANSIM (用戶裝置模擬器)配合

OMEC

由 Open Networking Fundation 主持維護
此專案目前也持續維護

屬於 COMAC 底下的其中一個專案
COMAC 架構圖如下

COMAC 架構圖
可以看出此專案較為接近商業用的版本，除了核心網路本身之外，還在網路服務的方向做了許多功能，使其更貼近商用的目的。

除了 OMEC 專案以外，其他專案僅部分為開源 project 。

open5GS

此專案也持續維護
此專案基於 4G 核心網路進行改良，在安裝時可以根據指南選擇安裝的組態，一種是 4G/5G 的核網架構，另一種為純 5G 的架構。
底下的 VoLTE 有提供 call setup 的功能，功能相較於 free5GC 更為完善。

簡述為何選擇 free5gc

科技部新聞–-世界第一套符合國際標準的開放原始碼5G核心網路
https://www.p1sec.com/corp/2021/12/31/pentesting-5g-core-networks/

https://read01.com/zh-tw/J843zAK.html#.YonlhKhBxPY

free5GC OMEC Open5GS
優點 官方文件整理得較易懂 功能最多最齊全 指南詳盡、補充資料多
架設流程最簡單 延伸功能多，且有文件教學
缺點 功能相對單調 安裝上相對困難 文件有些凌亂
官方文件雜亂無章
free5GC OMEC Open5GS
台灣研發 國際組織 韓國研發
全世界第一套完全依照3GPP Release 15國際標準的開放原始碼5G核心網路 – –
安裝指南詳細+影片輔助 安裝指南複雜 安裝指南詳細但無影片輔助
硬體需求低 硬體需求高 硬體需求居中
– 重視商用 –
功能完善 功能較侷限 附加功能較多

free5GC: https://www.free5gc.org/installations/stage-3-free5gc/
OMEC:https://guide.opencord.org/prereqs/hardware.html

Open5GS:https://open5gs.org/open5gs/docs/tutorial/01-your-first-lte/

https://opennetworking.org/onf-connect-2019-resources/
因為我們深知核心網路相關議題之深與其複雜程度，在對核心網路一無所知的前提下，我們決定選擇 free5GC 做為研究的方向，原因無他，只因為其最好上手，較有可能是一介大學生可以涉足的程度。

介紹我們架設的環境

共有三台虛擬機，一台架設核心網路，兩台架設 RAN(GNodeB) 和 UE 的模擬器

  • 架設核心網路的機器在底下架構圖中屬於最上面的 Core Network
    • Core Network中有著許多元件，我們有修改過的僅有 AMF, UPF, SMF
    • AMF 修改了 N2 的 IP 為 192.168.56.101 (本機 IP )
    • SMF 修改了 UPF 的 N3 IP 為 192.168.56.101
    • UPF 修改了 GTPU 的 IP 為 192.168.56.101
  • 兩台模擬器分別是圖片左下角和右下角的黑框
    • 裡面皆有一個 GnB 和 UE 的模擬器
    • UE 和 GnB 之間的 tunnel IP 會在和 CN 連線時才決定(藍色字體 IP)
    • GnB 設定 N2 和 N3 為本機 IP，以及 AMF 的位置為 192.168.56.101 (Core Network IP 位置)

網路架構圖介紹

架構圖

Core Network中有著許多元件，每個元件都有他各自的用途
主要解釋 AMF, SMF, UPF 這三個元件

實作的流程以及結果

我們自己撰寫了一份程式，這隻程式可以讓兩台虛擬機透過核心網路互相傳送訊息和檔案
必須從 103 開始此程式，這是因為這隻程式的架構依舊是 client-server 架構，我 hardcode 成 103 那端做為第一個 client 端
這隻程式會創建出兩個 thread ，分別負責接收和傳送訊息。

  • 文字傳輸
    • 假設在 102 上輸入要傳文字的指令，102 上的傳送訊息端會和 103 的接收訊息端發一則訊息，跟 103 那邊的程式說接下來要準備接收文字。從 103 開始傳文字同理。
    • 這段期間內可以不斷傳輸文字，直到傳送端從 user 收到停止傳輸指令
    • 當傳送端接收到停止傳輸文字指令時，會傳輸一則訊息讓接收端可以關閉接收文字的功能
  • 檔案傳輸
    • 設置過程和文字傳輸同理
    • 傳送端會等待 user 輸入要傳輸的檔案名字，輸入檔名後會傳給接收端
    • 傳送端接著會傳輸檔案內容給接收端，傳送端已經傳送完檔案後接收端會多等一秒後才結束此次傳輸檔案
    • 傳送端會繼續等待 user 輸入要傳輸的檔案名字，或是收到停止傳輸指令
    • 收到停止傳輸指令後的動作和文字傳輸時相同

結果分析及驗證假設

介紹 tshark 工具，可指定攔截封包的介面卡及了解封包的在傳輸時的時間戳記變化，並藉由它協助分析封包傳輸順序

工具介紹: tshark

tshark 與 wireshark 的功能大致相同，可以藉由特定參數指定我們想要抓取的 interface 或是指定 IP 位置，我們在後續進行實驗時使用到以下參數:

  • -i <interface>: 選定特定的 interface
  • -t <format>: 設定輸出的 timestamp 格式，以下皆使用 -t a作為輸入參數，以顯示絕對時間
  • -f <filter>: 設定攔截封包時的 filter
    e.g. -f "src 192.168.56.102", -f "dst 192.168.56.102"
  • -c <count> : 設定最大攔截封包量，如 -c 1 代表僅攔截一個封包

tshark 是 wireshark 的無 GUI 版本
整體功能和 wireshark 相同，可針對各個 interface 攔截封包
也可在攔截或輸出時設置 filter 抓取特定來源或是特定目的地的封包

  • 分析互 ping 和我們自製程式執行時的封包傳輸順序

結果假設

在我們設置核心網路的過程中，會先依序建立 GNB 及 UE ，若只建立 GNB 時先用 ifconfig 檢查，會發現 tunnel (uesimtun0) 尚未建立，

$ cd ~/UERANSIM
$ build/nr-gnb -c config/free5gc-gnb.yaml
$ ifconfig

#外網卡
enp0s3: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500             │
        inet 10.0.2.15  netmask 255.255.255.0  broadcast 10.0.2.255      │
        inet6 fe80::a00:27ff:fe71:80f6  prefixlen 64  scopeid 0x20<link> │
        ether 08:00:27:71:80:f6  txqueuelen 1000  (Ethernet)             │
        RX packets 19146  bytes 28323255 (28.3 MB)                       │
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0                      │
        TX packets 4281  bytes 330622 (330.6 KB)                         │
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0       │
                                                                         │
#內網卡
enp0s8: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500             │
        inet 192.168.56.103  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.56.│
255                                                                      │
        inet6 fe80::a00:27ff:fea7:2fe8  prefixlen 64  scopeid 0x20<link> │
        ether 08:00:27:a7:2f:e8  txqueuelen 1000  (Ethernet)             │
        RX packets 165647  bytes 11151423 (11.1 MB)                      │
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0                      │
        TX packets 541021  bytes 88881165 (88.8 MB)                      │
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0       │
                                                                         │
lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536                             │
        inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0                                │
        inet6 ::1  prefixlen 128  scopeid 0x10<host>                     │
        loop  txqueuelen 1000  (Local Loopback)                          │
        RX packets 84275  bytes 4604638 (4.6 MB)                         │
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0                      │
        TX packets 84275  bytes 4604638 (4.6 MB)                         │
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0       │

此時再建立 UE 後，即可在 ifconfig 中看到多了一個網路介面 uesimtun0 。

$ cd ~/UERANSIM
$ sudo build/nr-ue -c config/free5gc-ue.yaml
$ ifconfig

#外網卡
enp0s3: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500             │
        inet 10.0.2.15  netmask 255.255.255.0  broadcast 10.0.2.255      │
        inet6 fe80::a00:27ff:fe71:80f6  prefixlen 64  scopeid 0x20<link> │
        ether 08:00:27:71:80:f6  txqueuelen 1000  (Ethernet)             │
        RX packets 19146  bytes 28323255 (28.3 MB)                       │
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0                      │
        TX packets 4281  bytes 330622 (330.6 KB)                         │
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0       │
                                                                         │
#內網卡
enp0s8: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500             │
        inet 192.168.56.103  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.56.│
255                                                                      │
        inet6 fe80::a00:27ff:fea7:2fe8  prefixlen 64  scopeid 0x20<link> │
        ether 08:00:27:a7:2f:e8  txqueuelen 1000  (Ethernet)             │
        RX packets 165647  bytes 11151423 (11.1 MB)                      │
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0                      │
        TX packets 541021  bytes 88881165 (88.8 MB)                      │
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0       │
                                                                         │
lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536                             │
        inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0                                │
        inet6 ::1  prefixlen 128  scopeid 0x10<host>                     │
        loop  txqueuelen 1000  (Local Loopback)                          │
        RX packets 84275  bytes 4604638 (4.6 MB)                         │
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0                      │
        TX packets 84275  bytes 4604638 (4.6 MB)                         │
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0       │
                                                                         │
#tunnel
uesimtun0: flags=369<UP,POINTOPOINT,NOTRAILERS,RUNNING,PROMISC>  mtu 1400│
        inet 60.60.0.2  netmask 255.255.255.255  destination 60.60.0.2   │
        inet6 fe80::1d04:6930:f887:e4fa  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>│
        unspec 00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00-00  txqueuele│
n 500  (UNSPEC)                                                          │
        RX packets 39  bytes 3640 (3.6 KB)                               │
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0                      │
        TX packets 40  bytes 2968 (2.9 KB)                               │
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

因此我們推論 uesimtun0 建立在本機(GNB 和 UE 間)而非核心網路所在的虛擬機上。

驗證假設

為了驗證假設，我們先用 tshark 來抓取內網卡的封包。

#在核網虛擬機的內網卡截取封包
$ sudo tshark -i enp0s8 -t a | grep 60.60.0.2

輸出結果:

Capturing on 'enp0s8'
67 09:52:47.242659917    60.60.0.1 → 60.60.0.2    GTP <ICMP> 142 Echo (ping) request  id=0x0043, seq=1/256, ttl=64
68 09:52:47.242744115    60.60.0.1 → 60.60.0.2    GTP <ICMP> 142 Echo (ping) request  id=0x0043, seq=1/256, ttl=63
69 09:52:47.243838476    60.60.0.2 → 60.60.0.1    GTP <ICMP> 142 Echo (ping) reply    id=0x0043, seq=1/256, ttl=64 (request in 68)
70 09:52:47.243884277    10.0.2.15 → 60.60.0.2    GTP <ICMP> 170 Redirect             (Redirect for host)
71 09:52:47.243903999    60.60.0.2 → 60.60.0.1    GTP <ICMP> 142 Echo (ping) reply    id=0x0043, seq=1/256, ttl=63


#在UE/RAN 102的內網卡截取封包
$ sudo tshark -i enp0s8 -t a | grep 60.60.0.2

輸出結果:

Capturing on 'enp0s8'
47    60 11:22:07.153655482    60.60.0.1 → 60.60.0.2    GTP <ICMP> 142 Echo (ping) request  id=0x0043, seq=1/256, ttl=64
   61 11:22:07.155416577    60.60.0.2 → 60.60.0.1    GTP <ICMP> 142 Echo (ping) reply    id=0x0043, seq=1/256, ttl=63 (request in 60)

#在UE/RAN 103的內網卡截取封包
$ sudo tshark -i enp0s8 -t a | grep 60.60.0.2

輸出結果:

Capturing on 'enp0s8'
37     1 09:52:47.231759080    60.60.0.1 → 60.60.0.2    GTP <ICMP> 142 Echo (ping) request  id=0x0043, seq=1/256, ttl=63
    2 09:52:47.232191412    60.60.0.2 → 60.60.0.1    GTP <ICMP> 142 Echo (ping) reply    id=0x0043, seq=1/256, ttl=64 (request in 1)
    3 09:52:47.232849427    10.0.2.15 → 60.60.0.2    GTP <ICMP> 170 Redirect             (Redirect for host)

Note

DNS outside Core Network

-: dash
_: underscore
: space
/: slash
\: backslash

0525

  • 架構圖大小重拉

    • 簡介AMF, SMF, UPF
    • 簡易網路架構加註全名
    • CN圖片
    • 表格順序調換
    • Terminal加註

tmux basic hotkeys

link

Hotkey usage
Ctrl+b d detach tmux
Ctrl+b c create new window
Ctrl+b % Split pane horizontally
Ctrl+b " Split pane vertically
Ctrl+b x Close selected pane
Ctrl+b w Show window list
Ctrl+b & Close selected window
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張議隆
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LeetCode Summary

:::

Oct 26, 2024
FDA 期末考古

5-fold cross validation The original dataset is randomly divided into five subsets, each containing an equal number of samples. The model is trained and evaluated five times. In each iteration, one of the folds is held out as the validation set, while the remaining four folds are used for training. The model is trained on the four training folds and then tested on the held-out fold. This process is repeated five times, with each fold serving as the validation set once. The performance metrics, such as accuracy or error rate, are recorded for each iteration. The performance metrics obtained from the five iterations are averaged to provide an overall assessment of the model&apos;s performance. 將資料集拆分成五等分，每次訓練時以四等分作為 training dataset，剩下一份作為 validation dataset。訓練時紀錄每次的表現並在最後回報五次平均的表現以作為模型的整體評估。 AUC

Jun 14, 2023
資料庫作業五

姓名：張議隆 學號：F74082125 :::spoiler TOC ::: 15.19 :::info Suppose we have the following requirements for a university database that is used to keep track of students’ transcripts:

Jun 13, 2023
資料庫作業四

姓名：張議隆

Jun 6, 2023
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Published on HackMD