在5G核心网（5GC）中，UE要访问任何数据业务（上网、IMS语音、切片专用网络、边缘计算），都必须先建立一个PDU会话（PDU Session）。它对应4G时代的PDN连接，但在架构上发生了根本变化：4G里承载管理由MME/SGW/PGW一条GTP-C信令链串起来，而5G把会话管理拆成了服务化接口（SBI）+ N4（PFCP）+ N2（NGAP）+ N1（NAS）四个平面协作。
整个流程由 3GPP TS 23.502《Procedures for the 5G System》clause 4.3.2 定义（Stage 2），NAS层消息格式定义在 TS 24.501，SBI API定义在 TS 29.502，N4的PFCP消息定义在 TS 29.244。其中clause 4.3.2.2.1定义了非漫游和本地疏导（LBO）漫游场景下UE请求的PDU会话建立，clause 4.3.2.2.2定义归属地路由（Home-Routed, HR）漫游场景，clause 4.3.2.2.3定义SMF选择机制。
理解这个流程的意义在于：
下面按规范逐条拆解。
先给出完整的21步信令时序图，对应TS 23.502 V18.11.0图4.3.2.2.1-1（实际含21步以上交互，下图为关键路径简化版）：
sequenceDiagram
autonumber
participant UE
participant AN as (R)AN
participant AMF
participant SMF
participant UDM
participant PCF
participant UPF
UE->>AMF: NAS: PDU Session Establishment Request<br/>(N1 SM container)
AMF->>AMF: 校验S-NSSAI/DNN + SMF选择<br/>(NSSF/NRF)
AMF->>SMF: Nsmf_PDUSession_CreateSMContext Request
SMF->>UDM: Nudm_SDM_Get + Nudm_SDM_Subscribe<br/>(会话管理签约数据)
SMF-->>AMF: CreateSMContext Response (SM Context ID)
Note over SMF: 可选：DN-AAA二次鉴权(clause 4.3.2.3)
SMF->>PCF: Npcf_SMPolicyControl_Create<br/>(SM Policy Association)
SMF->>UPF: N4 Session Establishment Request (PFCP)
UPF-->>SMF: N4 Session Establishment Response<br/>(CN Tunnel Info / UE IP)
SMF->>AMF: Namf_Communication_N1N2MessageTransfer<br/>(N2 SM info + N1 SM container)
AMF->>AN: N2 PDU Session Request
AN->>UE: RRC Reconfiguration +<br/>PDU Session Establishment Accept
AN-->>AMF: N2 PDU Session Response (AN Tunnel Info)
AMF->>SMF: Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext
SMF->>UPF: N4 Session Modification<br/>(下发AN Tunnel Info)
SMF->>UDM: Nudm_UECM_Registration (SMF注册)
UPF->>UE: IPv6 Router Advertisement (RA)
Note over UE,UPF: 用户面N3隧道打通，首包上下行可传输
注意上图中出现了两次N4交互（步骤10和步骤16）。这是很多初学者的疑惑点。规范的设计逻辑是：
这体现了一个通用原则：控制面先行，用户面闭环靠“请求-响应”两段式完成，避免UPF在不知道对端地址的情况下安装无效转发规则。
UE通过AN透传NAS消息给AMF，其中包含两个层次的信息：
| IE | 说明 | 设计意图 |
|---|---|---|
| PDU Session ID | UE本地生成的会话标识 | 保证UE与网络状态同步，EPS互操作时保持一致 |
| Requested PDU Session Type | IPv4/IPv6/IPv4v6/Ethernet/Unstructured | UE声明能力，SMF按签约数据校验 |
| Requested SSC mode | 1/2/3 | 决定锚点迁移时IP是否保持 |
| 5GSM Capability / PCO | UE能力与协议配置选项 | 承载P-CSCF发现请求、MTU等 |
| UE Integrity Protection Maximum Data Rate | UE支持的UP完整性保护最大速率 | SMF据此决定是否接受"Required"级保护 |
| Always-on PDU Session Requested | 请求常开会话 | 区别于4G的always-on PDN |
| RSN / PDU Session Pair ID | 冗余传输指示 | URLLC双隧道场景（clause 5.33.2.1） |
规范细节：若Request Type为"initial request"且携带Old PDU Session ID，说明这是SSC mode 3的“先建后删”迁移；若为"Emergency Request"，AMF不期望UE携带S-NSSAI和DNN，改用本地配置值，且HR模式禁止用于紧急会话。
AMF收到请求后做三件事：
sequenceDiagram
autonumber
participant AMF
participant NSSF
participant NRF
AMF->>NSSF: Nnssf_NSSelection_Get<br/>(S-NSSAI, PLMN ID, TAI)
NSSF-->>AMF: 返回该切片实例适用的NRF<br/>(可选NSI ID)
AMF->>NRF: Nnrf_NFDiscovery_Request<br/>(S-NSSAI, DNN, SUPI的PLMN)
NRF-->>AMF: 返回候选SMF实例地址/FQDN
Note over AMF: HR漫游时AMF同时选择V-SMF与H-SMF
若AMF已通过配置或注册时获得的NSSF信息知道合适的NRF，可跳过第一步只做NRF发现——这是非漫游与HR漫游都适用的两条部署分支。
AMF调用Nsmf_PDUSession_CreateSMContext，关键参数包括SUPI、选定的DNN、S-NSSAI（LBO时还带HPLMN映射值）、PDU Session ID、GUAMI（AMF标识）、User Location Information、Access Type、RAT Type、PEI、GPSI以及完整的N1 SM container。规范特别要求：当S-NSSAI配置了NS-AoS（切片服务区域限制）或位于Partially Allowed NSSAI中时，AMF必须向SMF传递Slice Area Restriction指示。
SMF侧在步骤4通过Nudm_SDM_Get获取(SUPI, DNN, S-NSSAI)对应的Session Management Subscription data——其中包含Allowed PDU Session Type(s)、Allowed SSC mode(s)、默认5QI与ARP、签约Session-AMBR，并订阅Nudm_SDM_Subscribe监听签约变更。SMF同时检查LADN有效性：若DNN对应LADN且UE在服务区外，将拒绝建立。
这一段是流程中分支最多的部分：
Npcf_SMPolicyControl_Create建立SM Policy Association，获取PCC规则、授权Session-AMBR、Charging信息；若步骤1中UE带了URSP规则执行报告，PCF还可基于此做策略决策；SMF把结果打包成两份，经Namf_Communication_N1N2MessageTransfer交给AMF：
RAN收到N2 PDU Session Request后执行AN特定信令（如RRC Connection Reconfiguration），分配AN Tunnel Info并透传N1消息给UE；然后以N2 PDU Session Response回报，其中可携带被拒绝的QFI列表——SMF负责据此更新UE侧QoS规则。规范明确：RAN无法满足"Required"级UP安全强制时必须拒绝整个会话的用户面资源，只能降级"Preferred"级。
AMF把RAN返回的AN Tunnel Info经Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext转给SMF；SMF执行第二次N4交互把AN Tunnel Info注入UPF转发规则（PDR/FAR），此后UPF可向UE下发缓冲的下行数据。随后：
Nudm_UECM_Registration注册本PDU会话的SMF身份（紧急会话有特殊豁免规则）；Nsmf_PDUSession_SMContextStatusNotify(Release)通知AMF并清理已建立的N4会话、IP地址、PCF关联。Home-Routed漫游下，流程在V-SMF与H-SMF之间纵向切分，规范定义了严格的可见性规则：
V-SMF/H-SMF通过N16上的Nsmf_PDUSession_Create/Update交互，V-SMF可依据与HPLMN的SLA或本地QoS策略部分接受H-SMF的QoS流，并在后续通知H-SMF被拒的QFI。规范还定义了V-SMF向H-SMF传递VPLMN QoS约束的机制，用于H-SMF在策略决策时参考，避免V-SMF在步骤13整单拒绝会话。HR场景下若AF需要影响HR会话在VPLMN的流量路由（HR-SBO），规范在clause 4.3.6.5单独定义了经NEF→UDR→V-SMF的通知链路。
flowchart LR
subgraph VPLMN["访问地网络 VPLMN"]
AMF[V-AMF] --> VSMF[V-SMF] --> VUPF[V-UPF]
end
subgraph HPLMN["归属地网络 HPLMN"]
HSMF[H-SMF] --> HUPF[H-UPF]
end
VSMF -- N16: Nsmf_PDUSession_Create/Update --> HSMF
VUPF -- N9隧道 x2 --> HUPF
HSMF -. Npcf: SM Policy --> PCF[H-PCF]
HSMF -. Nudm --> UDM[UDM]
HR场景最大的结构特征是：UE与H-SMF之间隔着两个“翻译层”——V-SMF负责接入侧资源（N2/N4），H-SMF负责策略与DN侧锚定，N9隧道成对建立。
从状态机角度看，一次成功的建立意味着SMF内SM上下文从“无”进入INACTIVE-ACTIVE，且NAS层SM状态同步为PDU SESSION ACTIVE：
stateDiagram-v2
[*] --> INACTIVE_NO_CONTEXT: UE发送PDU Session Establishment Request
INACTIVE_NO_CONTEXT --> PENDING_SM_CONTEXT: AMF CreateSMContext + SMF签约校验通过
PENDING_SM_CONTEXT --> FAILED: 签约拒绝 / NSAC超限 / UP安全无法满足
PENDING_SM_CONTEXT --> ACTIVE_PENDING_UP: N4 Establish完成 + N1N2下发
ACTIVE_PENDING_UP --> ACTIVE: RAN返回AN Tunnel Info + N4 Modification
FAILED --> [*]: SMContextStatusNotify(Release)
ACTIVE --> INACTIVE_NO_CONTEXT: PDU Session Release
ACTIVE --> ACTIVE_PENDING_UP: 去激活(AN Release)
ACTIVE_PENDING_UP --> ACTIVE: Service Request重激活
在N2/N11/N4/N7各接口分别抓包时，关注以下“锚点特征”：
| 接口 | 识别特征 | 常见问题信号 |
|---|---|---|
| N1（经NAS透传） | PDU Session Establishment Request/Accept/Reject | 5GSM cause value（如#28未知DNN、#43切片不可用） |
| N11 (AMF↔SMF) | POST /nsmf-pdusession/v1/sm-contexts |
HTTP 4xx/5xx、n1SmMsg为空 |
| N7 (SMF↔PCF) | POST /npcf-smpolicycontrol/v1/policies |
PCF返回错误导致SMF终止流程 |
| N4 (SMF↔UPF) | PFCP Session Establishment/Modification Request | UPF响应中Cause≠"Request accepted" |
| N2 (RAN↔AMF) | NGAP PDUSessionResourceSetupRequest/Response | Response中拒绝的QFI列表、Cause |
PCAP实操建议：PDU Session ID贯穿N1/N2/N11/N4/N7五个接口，是跨接口关联消息的第一主键；SUPI（或PEI）用于关联UE级信令。在Wireshark中过滤PFCP（UDP 8805）时可用pfcp.seid或pfcp.fo_node_id锁定SMF-UPF会话对。
Nsmf_PDUSession_CreateSMContext Response携带拒绝原因，AMF据此向UE回PDU Session Establishment Reject。回顾clause 4.3.2，可以提炼出5GC会话管理的三条设计主线：
对于从事5GC研发与运维的工程师，把clause 4.3.2的每一个IE和每一条分支吃透，等于掌握了打开5GC其余所有会话类流程（修改、释放、切换、HR-SBO、MA-PDU）的钥匙——因为它们全部构建在这同一套N1/N2/N4/N7/SBI原语之上。
Q: PDU Session Establishment和PDN Connection（4G）在信令架构上的本质区别是什么？ A: 4G中PDN连接建立走MME→SGW→PGW的GTP-C链式信令（Create Session Request/Response），控制面消息逐跳转发；5G中AMF通过SBI（N11）直接调用SMF服务，SMF再通过N4（PFCP）直控UPF，PCF/UDM按需介入，控制面呈星型服务化拓扑，且N1 SM container对AMF透明，会话逻辑完全内聚在SMF。
Q: 步骤1中UE为什么不直接指定UPF或锚点位置？ A: UPF选择是网络运营决策（受切片、DNAI、时延策略、漫游协议约束），UE只表达业务意图（S-NSSAI、DNN）。即便SSC mode 3迁移时UE携带Old PDU Session ID，新锚点仍由网络侧选择，UE无法干预。
Q: PDU Session ID在UE侧和网络侧如何保证一致？ A: 规范要求由UE生成并在请求中携带，SMF以该ID为索引创建SM上下文；在EPS/5GS互操作中，若会话迁移自EPC，则沿用4G侧SMF+PGW-C为PDN连接分配的ID（EPS场景下由网络分配），从而实现跨系统状态同步。
Q: Always-on PDU Session和普通会话有什么实际差异？ A: Always-on会话在UE进入CM-IDLE后，网络保留会话上下文且UPF持续缓冲/处理下行触发（如Data Notification），重激活时延更低；普通会话可能被SMF在空闲后选择性释放。SMF可在UE未请求的情况下主动授予Always-on（Establishment Accept中的"Always-on PDU Session Granted"指示）。
Q: 如何快速判断一次会话建立失败发生在哪个环节？ A: 抓N11（Nsmf_PDUSession_CreateSMContext）的响应：若AMF侧即拒绝（HTTP错误或N1 Reject cause），问题在DNN/S-NSSAI校验或SMF选择；若CreateSMContext成功但后续N1 SM container为PDU Session Establishment Reject，结合5GSM cause value定位到签约/NSAC/DN-AAA/N4环节；若Accept已下发但业务不通，则重点查N4 Modification是否成功及RAN侧N2 Response中的QFI拒绝情况。
本文由「51学通信」技术团队出品。51学通信由通信行业18年老兵爱卫生（微信ID: gprshome201101）维护，聚焦5G/6G核心网、3GPP标准解读、通信前沿技术深度分析。 出版作品有《5G核心网原理与实践》《IMS原理与实践》等4本通信专业书籍。知识星球「51学通信」提供深度技术答疑和行业洞察。
[!tip] 51学通信知识星球 星主：爱卫生（微信：gprshome201101）——公众号「51学通信」创办者，19 年通信行业运维与讲师经验，著有《GPRS网络信令实例详解》《EPC原理与实践》《5G核心网原理与实践》三本纸质书（各大电商平台有售）。 星球定位：深耕 5G 核心网、IMS、NFV/AI、云原生等 ICT 领域，主打运维岗位与信令分析。 当前规模：5200 篇主题 / 990 个回答，198 元/年。 加入福利：加入星球后请加爱卫生微信，拉您进知识星球年度陪伴与答疑群——不限量回复您的各种问题，另有群内分享。 AI 加持：51学通信知识星球已作为 skill 接入 WorkBuddy，使用 deepseek-4-flash 在海量星球帖子中精准找贴、找视频、找 FAQ 和案例，做总结、找文档和 PPT 等场景全覆盖。