# 5GS与EPS间N26切换信令全链拆解：从Forward Relocation到QoS Flow/Bearer映射的逐消息解析 在 NSA 向 SA 演进的相当长一段时间里，4G（EPS/EPC）与 5G（5GC/NG-RAN）将长期共存。当一辆终端从 5G 覆盖区驶入仅有 4G 覆盖的区域（或反向），如何做到"语音不断、数据不丢、IP 不变"？答案就是 **3GPP 在 Release 15 即定义、至今仍是互操作核心机制的 N26 接口系统间切换（Inter-System Handover）**。 本文聚焦 **TS 23.502 Section 4.11.2 / 4.11.3（带 N26 接口的 5GS↔EPS 切换）** 这两套具体信令流程，逐消息拆解 Forward Relocation Request 中的关键 IE，解析 SM N26 Information 的生成与消费路径，并对比"无 N26（4.11.1/4.11.4）"方案的差异。这是协议开发工程师做 AMF/MME 互操作对接、以及网优做 4/5G 互操作掉话排查时绕不开的硬核机制。 --- ## 一、N26 互操作架构前提：节点的"合设" N26 接口本身只是 AMF 与 MME 之间的一条控制面链路，但它能"无缝切换"的前提是整张网必须满足一组**合设（collocated）约束**。这是理解后续所有信令的根。 ```mermaid flowchart TD subgraph 5GC["5GC（5G Core）"] AMF["AMF
移动性管理"] SMF_C["SMF + PGW-C（合设）
会话控制锚点"] UPF_U["UPF + PGW-U（合设）
用户面锚点"] UDM["UDM + HSS（合设）"] PCF["PCF + PCRF（合设）"] end subgraph EPC["EPC（4G Core）"] MME["MME
移动性管理"] SGW["S-GW"] end AMF <-->|"N26
GTPv2-C（Forward Relocation）"| MME MME <-->|"S11 GTPv2-C"| SGW SGW <-->|"S5/S8 GTPv2-C"| SMF_C SMF_C <-->|"N4 PFCP"| UPF_U SGW -.->|"S5-U GTP-U"| UPF_U UE(("UE")) -.->|"N1/NR 或 NAS/LTE"| AMF UE -.->|"LTE"| MME ``` **合设约束（TS 23.501 Section 5.17.1）：** | 合设节点 | 5G 功能 | 4G 功能 | 为什么必须合设 | |---------|---------|---------|---------------| | 控制面锚点 | SMF | PGW-C | 同一会话在两套系统中用同一套控制状态，避免 PDU Session 与 PDN Connection 双重建 | | 用户面锚点 | UPF | PGW-U | UE 的 IP 地址由该锚点分配，合设才能保证 IP 不变 | | 签约数据 | UDM | HSS | 同一份 SUPI/IMSI 签约，AMF 与 MME 共享鉴权参数 | | 策略 | PCF | PCRF | QoS/计费策略跨系统一致 | 一句话总结：**N26 切换的"无缝"本质，是让 4G 与 5G 共享同一组会话/用户面/签约锚点**，N26 链路只负责在两套移动性管理实体（AMF↔MME）之间搬运上下文。 --- ## 二、SM N26 Information：切换前 AMF 提前备好的"通行证" 切换发生时，AMF 必须在 Forward Relocation Request 里把每个 PDU Session 转换成 EPS Bearer Context。这些信息不是切换那一刻临时算的，而是 **SMF 在 PDU Session 建立/修改时，通过 Namf 接口提前"塞"给 AMF 暂存的**，称为 **SM N26 Information**（TS 23.502 Section 4.11.2.2）。 ```mermaid sequenceDiagram participant SMF as SMF+PGW-C participant AMF as AMF participant MME as MME（切换目标） SMF->>AMF: Namf: 提供 SM N26 Information
（PDU Session 建立/修改时） Note over AMF: AMF 为每个 PDU Session
缓存 SM N26 Information Note over SMF: 触发时机：
PDU Session Establishment /
Modification / N4 变更 AMF->>MME: Forward Relocation Request（N26）
内含从 SM N26 Info 映射出的
EPS Bearer Contexts ``` SM N26 Information 的核心 IE 如下（这是开发对接时最易踩坑的字段集合）： | SM N26 Information IE | 含义 | 在 Forward Relocation 中的用途 | |----------------------|------|------------------------------| | PGW-C FQDN / IP | 合设节点的控制面地址 | MME 据此向 SGW 发 S5 Modify Bearer，定位到同一个 PGW-C+SMF | | APN（由 DNN 映射） | 数据网络名 | 用于 EPS 侧 PDN Connection 标识与 PGW 选择校验 | | PDU Session Type | IPv4 / IPv6 / IPvv4v6 | 决定 EPS Bearer 的 PDN Type，避免地址族不匹配导致 HO 失败 | | UE IP Address | 终端 IP | 必须沿用，保证 IP 连续性 | | PGW-U DL F-TEID | 用户面下行 TEID | 用于间接数据转发的下行隧道 | | QoS Flow → Bearer 映射表 | QFI/5QI/ARP/MBR/GBR → EBID/QCI | 5G QoS Flow 模型 → 4G 承载模型转换核心 | | APN-AMBR / UE-AMBR | 聚合最大比特率 | 限速参数跨系统传递 | **设计意图：** 把"会话上下文转换"的工作量在切换前就摊销掉，切换时 AMF 只做一次"查表+打包"，把 N26 接口的处理时延压到最低——这对降低切换中断时间（目标 < 50ms 用户面中断）是关键。 --- ## 三、核心流程一：5GS → EPS 带接口切换（TS 23.502 4.11.2） 这是终端从 5G 驶向仅有 4G 覆盖区域时的流程。UE 处于 CM-CONNECTED 态，NG-RAN 根据测量上报决定切换到 E-UTRA。 ```mermaid sequenceDiagram autonumber participant UE participant gNB as NG-RAN(gNB) participant AMF participant MME participant SGW as S-GW participant PGW as SMF+PGW-C / UPF+PGW-U participant eNB as E-UTRAN(eNB) UE->>gNB: 测量上报（含 E-UTRA 邻区） gNB->>AMF: N2 Handover Required（Target ID=EUTRA小区+PLMN） Note over AMF: 判定为系统间切换
选定目标 MME AMF->>MME: Forward Relocation Request（N26, GTPv2-C）
[IMSI / UE安全上下文 / MM上下文 /
EPS Bearer Contexts（来自SM N26 Info）] MME->>SGW: Create Session Request（S11）
[PGW-C地址, EPS Bearers] SGW->>PGW: Modify Bearer Request（S5）
[更新UL隧道指向新SGW] PGW-->>SGW: Modify Bearer Response（S5） SGW-->>MME: Create Session Response（S11）
[S-GW S1-U F-TEID] MME->>eNB: Handover Request（S1AP）
[建立E-RAB, S1-U TEID] eNB-->>MME: Handover Request Ack
[HO Command, 转发隧道] MME-->>AMF: Forward Relocation Response（N26）
[HO Command, 数据转发信息] AMF->>gNB: N2 Handover Command gNB->>UE: RRC Reconfiguration（含 HO command） Note over UE: 同步到 E-UTRA UE->>eNB: Handover Complete（RRC） eNB->>MME: Handover Notify（S1） MME->>SGW: Modify Bearer Request（S11）
[切换到目标 eNB S1-U] SGW->>PGW: Modify Bearer Request（S5）
[下行路径切换至新 SGW] PGW->>PGW: PGW-U 下行切到新路径 PGW-->>SGW: Modify Bearer Response（S5） SGW-->>MME: Modify Bearer Response（S11） MME->>AMF: Forward Relocation Complete Notification（N26） AMF->>MME: Forward Relocation Complete Acknowledge（N26） Note over AMF: 释放未迁移的 PDU Session
及 5GS 无线资源 ``` ### 关键消息逐个拆解 **① N2 Handover Required（NGAP，TS 38.413）** - `Source NG-RAN Node ID`、`Target ID`：Target ID 携带目标 E-UTRA 小区 CGI 与 PLMN，**这是 AMF 判定"系统间切换"的唯一判据**——目标不在 5GC 接入网表内，AMF 立刻走 N26 路径而非 N2 内部切换。 - `Cause`：通常为 `Handover Desirable for Radio Reasons`。 **② Forward Relocation Request（N26 / GTPv2-C）**——**最关键的一条消息** - `IMSI`（由 SUPI 映射而来，TS 23.501 5.9.x 的映射规则） - `MM Context`：包含 UE 的 4G 网络能力（`UE Network Capability`、`MS Network Capability`） - `UE Security Context`：**安全上下文映射**——AMF 从 5G 的 `K_AMF` 派生出 EPS 的 `K_ASME`（TS 33.501 Annex A.6），无需重新鉴权 - `EPS Bearer Contexts`：由 AMF 从缓存的 SM N26 Information 映射生成，每个承载含 EBID、TFT、QoS（QCI/ARP/MBR/GBR）、PGW-C 地址与 PGW-C TEID - `Indirect Data Forwarding`（可选）：当源 gNB 与目标 eNB 无直连时使用 **③ S11 Create Session Request（GTPv2-C）** MME 用 Forward Relocation 里带的 PGW-C 地址，让 S-GW 向"老的合设 PGW"发起会话。注意：**这里是 `Create Session` 而非重建——PGW 侧会话早已存在**，所以 S-GW→PGW-C 实际是 S5 `Modify Bearer Request`，把上行隧道更新到新 S-GW。 **④ 数据转发（Data Forwarding）** 为避免切换瞬间丢包，源 gNB 把切换前已在途的下行数据转发给目标 eNB： - **直接转发**：gNB 与 eNB 间有 IP 直连，直接建 GTP-U 隧道； - **间接转发（更常见）**：`gNB → UPF+PGW-U → S-GW → eNB`，因为 4/5G 基站往往没有 X2 类直连接口。 **⑤ Forward Relocation Complete Notification** 切换完成后，MME 通过该通知让 AMF 收尾。AMF 随后释放 5GS 侧未迁移的 PDU Session 与无线资源。注意此处的"未迁移"——若某些 PDU Session 因不满足合设约束无法迁移，AMF 会本地释放并通知 SMF。 --- ## 四、核心流程二：EPS → 5GS 带接口切换（TS 23.502 4.11.3） 反向流程结构对称，但"建立"动作落在 5GC 侧——MME 把 PDN Connection 交给 AMF，AMF 为每个 PDN Connection 选 SMF 并重建 PDU Session Resource。 ```mermaid sequenceDiagram autonumber participant UE participant eNB as E-UTRAN(eNB) participant MME participant AMF participant SMF as SMF+PGW-C participant UPF as UPF+PGW-U participant gNB as NG-RAN(gNB) eNB->>MME: S1 Handover Required（Target=5GS TAI/小区） Note over MME: 选定目标 AMF MME->>AMF: Forward Relocation Request（N26）
[IMSI, MM上下文, 安全上下文,
PDN Connections(PGW-C地址,EPS Bearers)] Note over AMF: 为每个 PDN Connection 选 SMF
（PGW-C 即合设的 SMF） AMF->>SMF: Nsmf_PDUSession_CreateSMContext
[PGW-C地址=该SMF, N2 SM info] SMF->>UPF: N4 Session Modification
[更新UL/DL隧道] SMF-->>AMF: Namf_Communication_N1N2MessageTransfer
[PDU Session Resource Setup Transfer] AMF->>gNB: N2 Handover Request（NGAP）
[PDU Session Resource 列表] gNB-->>AMF: N2 Handover Request Ack AMF-->>MME: Forward Relocation Response（N26）
[HO Command, DL转发] MME->>eNB: S1 Handover Command eNB->>UE: HO command UE->>gNB: Handover Complete（RRC） gNB->>AMF: N2 Handover Notify AMF->>SMF: Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext
[切换用户面路径至新gNB] SMF->>UPF: N4 Modify（下行指向新gNB） AMF->>MME: Forward Relocation Complete Notification（N26） MME->>AMF: Forward Relocation Complete Acknowledge（N26） ``` **与正向流程的关键差异：** 1. **SMF 选择**：AMF 把"PGW-C 地址"当作 SMF 标识直接选中——因为合设，PGW-C 就是 SMF。这就是合设架构在反向切换里的红利。 2. **N2 SM 信息重建**：4G 的 E-RAB 模型要转回 5G 的 PDU Session Resource + QoS Flow 模型，由 SMF 生成 `PDU Session Resource Setup Transfer` 嵌入 NGAP Handover Request。 3. **N4 会话修改**：SMF 对 UPF 做 N4 Session Modification，更新隧道 TEID——UPF+PGW-U 合设意味着用户面锚点不动，只改末端隧道。 --- ## 五、QoS Flow 与 EPS Bearer 的映射机制 系统间切换能"无损"的最后一道关，是两套截然不同的 QoS 模型之间的映射（TS 23.501 Section 5.7.4）。5G 是"一个 PDU Session 多个 QoS Flow"，4G 是"一个 PDN Connection 多个 EPS Bearer"。 ```mermaid flowchart TB subgraph FiveQ["5G 模型：PDU Session"] DF["Default QoS Flow
(非GBR)"] QF1["QoS Flow A
(非GBR)"] QF2["QoS Flow B
(GBR)"] end subgraph FourB["4G 模型：PDN Connection"] DB["Default Bearer
EBID=5"] B1["Dedicated Bearer 1
(非GBR)"] B2["Dedicated Bearer 2
(GBR)"] end DF --> DB QF1 --> B1 QF2 --> B2 Note["规则：默认QoS Flow↔默认承载；
GBR Flow↔专用GBR承载；
非GBR Flow可复用承载"] ``` **5QI ↔ QCI 映射表（TS 23.501 Table 5.7.4-1 标准化值，节选）：** | 5QI | 业务类型 | 映射 QCI | 4G 业务示例 | |-----|---------|---------|------------| | 5 | 非GBR, IMS 信令 | 5 | IMS 信令 | | 1 | GBR, 会话语音 | 1 | VoLTE 语音 | | 2 | GBR, 会话视频 | 2 | VoLTE 视频 | | 9 | 非GBR, TCP/网页 | 9 | 上网 | | 65 | GBR, 关键Mission Push | 65 | 关键任务 | **两条映射规则（开发易错点）：** - **默认 QoS Flow 必须映射到默认承载（EBID=5）**，且一个 PDN Connection 有且仅有一个默认承载。 - **多个非 GBR QoS Flow 可复用同一个非 GBR 专用承载**（按 TFT 包分类过滤），但 GBR Flow 必须独占一个 GBR 承载。 若 AMF/SNF 在映射时违反这两条，MME 会以"EPS Bearer Context 不一致"拒绝 Forward Relocation Request，切换失败。 --- ## 六、对照：无 N26 方案（TS 23.502 4.11.1 / 4.11.4） 并非所有运营商/设备都部署 N26。无 N26 时，靠"切换后 UE 在目标系统重注册"实现，体验明显劣化。 | 维度 | 带 N26（4.11.2/4.11.3） | 无 N26（4.11.1/4.11.4） | |------|------------------------|--------------------------| | 控制面接口 | AMF↔MME 直连（GTPv2-C） | 无，依赖 UE 触发 TAU/Registration | | 上下文传递 | 网络侧 Forward Relocation 主动传 | UE 重注册，网络从 UDM/HSS 重新取 | | 用户面中断 | <50ms（数据转发） | 数百ms~秒级，业务可能中断 | | IP 连续性 | 保证（合设锚点） | 仅在合设 PGW-C+SMF 且映射成功时保持 | | 实现复杂度 | 高（AMF/MME 需支持 GTPv2-C N26） | 低（仅要求合设锚点） | | 典型场景 | 运营商级 4/5G 连续覆盖 | 早期部署、异厂商对接受限 | 无 N26 方案下，AMF 会在切换前给 UE 分配一个**可映射为 GUTI 的 5G-GUTI**，UE 在 E-UTRA 侧用映射后的 GUTI 发起 TAU，减少一次完整鉴权。但仍无法避免用户面中断。 --- ## 七、实战：抓包识别与排错 ### 如何在抓包里识别这个流程 N26 接口 **复用 GTPv2-C 协议（TS 29.274，UDP 2123）**，而非 SBI。这是很多人的认知盲区——以为 5GC 全是 HTTP/2，但 N26 仍是老式 GTPv2-C。抓包时： - **识别 N26 流量**：`gtpv2 && ip.addr== && ip.addr==`，看 `Forward Relocation Request/Response/Complete Notification` 等消息。 - **识别切换触发**：在 NG-RAN 侧先出现 `NGAP Handover Required`（`Cause` 含 radio reason），Target ID 指向 E-UTRA。 - **追踪用户面**：`gtp && (s1ap||ngap)` 看 S1-U / N3 TEID 变化，定位路径切换。 ### 常见故障点 1. **Forward Relocation Request 被拒（"Context Not Found"）**：SM N26 Information 未在 AMF 缓存或过期——通常是 SMF 没有在 PDU Session 建立时下发 SM N26 Info，或 AMF 在 PDU Session 修改后未更新。检查 Namf 接口交互。 2. **切换后丢 IP**：PGW-C+SMF 未合设，或 UE 的 PDU Session 对应的 DNN→APN 映射失败。这是运营商网络规划问题，非信令 bug。 3. **QoS 映射不一致被 MME 拒**：5QI→QCI 映射表配置错误，或 GBR Flow 没有专用承载。抓 S11 Create Session Request 看每个 bearer 的 QCI 是否合法。 4. **数据转发失败导致丢包**：源 gNB 与目标 eNB 无直连且未配间接转发路径（UPF/PGW-U 转发地址未在 SM N26 Info 提供）。 ## 常见问题 **Q1: N26 接口用的是 HTTP/2（SBI）还是 GTPv2-C？** A: 是 **GTPv2-C（TS 29.274，UDP 2123）**，复用了 MME 之间 S10 接口的 Forward Relocation 消息集。尽管 5GC 整体走 SBI，N26 作为与 EPC 的互操作接口仍保留传统协议，以降低 EPC 改动成本。 **Q2: 为什么 N26 切换要求 PGW-C+SMF 和 PGW-U+UPF 必须合设？** A: 合设才能让**同一会话与同一用户面锚点**同时被两套系统识别。若不合设，4G 的 PGW 和 5G 的 SMF/UPF 是两个独立会话，切换时无法继承 UE 的 IP 和会话状态，只能重建，IP 必然变化、业务中断。 **Q3: 安全上下文如何跨系统传递？要不要重新鉴权？** A: 不需要重新鉴权。AMF 通过 TS 33.501 Annex A.6 的密钥映射函数，从 5G 的 `K_AMF` 派生出 EPS 的 `K_ASME`，再推演出 eNB 密钥。反向同理。这把切换鉴权时延从数百 ms 压到接近零。 **Q4: 无 N26 方案下 UE 怎么知道切换到 4G 后该做什么？** A: AMF 在切换前为 UE 分配可映射为 GUTI 的 5G-GUTI，UE 切到 E-UTRA 后用映射后的 GUTI 发起 TAU。但用户面仍会中断，且若 PGW-C+SMF 不合设，IP 可能变化。 **Q5: 默认 QoS Flow 映射到默认承载，那专用承载怎么来？** A: 切换时 AMF 把所有 QoS Flow 一次性映射成多个 EPS Bearer Contexts 放进 Forward Relocation Request；MME 收到后在 Create Session / Handover Request 里一次性建立默认+专用承载。专用承载的 EBID 由 MME 分配，TFT 由映射表生成。 --- ## 参考来源 1. [3GPP TS 23.502 V19.x — Section 4.11.2/4.11.3 Handover procedures with N26](https://www.3gpp.org/dynareport?spec=23502.htm) — 5GS↔EPS 带 N26 切换主流程定义 2. [3GPP TS 23.501 — Section 5.17 Interworking & 5.7.4 QoS mapping](https://www.3gpp.org/dynareport?spec=23501.htm) — 合设架构与 5QI/QCI 映射 3. [3GPP TS 29.274 GTPv2-C](https://www.3gpp.org/dynareport?spec=29274.htm) — N26 复用的 Forward Relocation 消息集 4. [Cisco MME Administration Guide — N26 Interface Support](https://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/wireless/asr_5000/21-28/mme-admin/21-28-mme-admin/m_n26-interface-support-1.html) — EPS↔5GS 切换信令表（厂商实现参考） 5. [NetworkBuildz: 5G to 4G Interworking Call Flow](https://networkbuildz.com/5g-to-4g-interworking/) — N26 信令流程图与解读 6. [Devopedia: N26-Based Interworking](https://devopedia.org/n26-based-interworking) — Forward Relocation Request/Response 机制综述 --- > 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。