第3章 NAS层开发环境搭建

第3章 NAS层开发环境搭建：Linux开发环境配置、开源5GC部署、gNB模拟器搭建、Wireshark抓包配置

说实话，做NAS层开发最怕什么？不是协议看不懂，而是环境搭不起来。我见过太多同事，代码写好了，结果连个5GC都没有，只能对着日志发呆。这一章，我就带你一步步把整个环境搭起来。

3.1 Linux开发环境配置

我个人习惯用Ubuntu 20.04 LTS。为什么？因为free5gc和open5gs对这个版本支持最好。你非要用CentOS或者Debian也行，但后面踩坑的概率会大不少。

3.1.1 基础依赖安装

先把基础工具链装上。别偷懒，缺一个后面编译都会报错。

sudo apt update
sudo apt install -y git gcc g++ cmake autoconf libtool pkg-config
sudo apt install -y libmnl-dev libyaml-dev libssl-dev
sudo apt install -y libnghttp2-dev libidn11-dev libcurl4-openssl-dev
sudo apt install -y python3 python3-pip python3-dev
sudo apt install -y mongodb mongodb-clients mongodb-server
sudo apt install -y wireshark tshark

嗯，这里要注意MongoDB的版本。free5gc要求MongoDB 4.4以上，open5gs要求4.0以上。我建议直接装5.0，省事。

3.1.2 Go语言环境

free5gc是用Go写的，所以Go环境必须配好。我记得第一次装free5gc时，Go版本不对，编译报了一堆错。

wget https://go.dev/dl/go1.18.3.linux-amd64.tar.gz
sudo tar -C /usr/local -xzf go1.18.3.linux-amd64.tar.gz
echo 'export PATH=$PATH:/usr/local/go/bin' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
go version

为什么要1.18.3？因为free5gc 3.2.0版本明确要求这个版本。你换个版本试试？大概率编译不过。

3.2 开源5GC部署

目前主流的两套开源5GC：free5gc和open5gs。我两个都用过，各有千秋。free5gc的NAS层实现更完整，open5gs的稳定性更好。你想想看，做NAS层开发，我建议用free5gc，因为它的N1/N2接口实现更贴近3GPP规范。

3.2.1 free5gc部署

直接上命令，别问为什么，先跑起来再说。

git clone --recursive -j `nproc` https://github.com/free5gc/free5gc.git
cd free5gc
make

编译大概需要10-15分钟。趁这个时间，我跟你聊聊free5gc的架构。它把5GC拆成了多个NF（Network Function），每个NF都是一个独立的Go进程。AMF、SMF、UPF、AUSF、UDM、NRF、PCF、NSSF，一共8个NF。

核心知识点：NAS层开发主要跟AMF打交道。AMF负责N1接口（UE到AMF）和N2接口（gNB到AMF）的NAS消息处理。说白了，你写的NAS层代码，最终都要跟AMF交互。

启动free5gc前，先启动MongoDB：

sudo systemctl start mongod
cd free5gc
./run.sh

看到所有NF都显示"Running"状态，说明部署成功了。

3.2.2 open5gs部署（备选）

如果你需要更稳定的测试环境，可以考虑open5gs。部署方式类似：

git clone https://github.com/open5gs/open5gs.git
cd open5gs
meson build
ninja -C build
sudo ninja -C build install

我的建议：两个都装。free5gc用来做NAS层功能测试，open5gs用来做压力测试和稳定性验证。我在项目中就是这么干的，效果不错。

3.3 gNB模拟器搭建

没有真实gNB怎么办？用模拟器。我推荐UERANSIM，它是目前最成熟的开源gNB/UE模拟器。

3.3.1 UERANSIM安装

git clone https://github.com/aligungr/UERANSIM.git
cd UERANSIM
make

编译完成后，你会得到两个可执行文件：nr-gnb和nr-ue。前者模拟gNB，后者模拟UE。

3.3.2 配置gNB

编辑config/gnb.yaml：

mcc: '001'          # 移动国家码
mnc: '01'           # 移动网络码

nci: '0x000000010'  # NR小区标识
idLength: 32        # gNB ID长度
tac: 1              # 跟踪区码

amfConfigs:
  - address: 127.0.0.1
    port: 38412      # N2接口端口

slices:
  - sst: 1           # 切片类型
    sd: 0x010203     # 切片区分符

这里有个坑：amfConfigs的端口号必须跟free5gc的AMF配置一致。我曾经因为端口写错，排查了整整一天。

3.3.3 启动gNB和UE

# 先启动free5gc
cd free5gc && ./run.sh

# 再启动gNB
cd UERANSIM
sudo ./nr-gnb -c config/gnb.yaml

# 最后启动UE
sudo ./nr-ue -c config/ue.yaml

看到UE成功注册到网络，说明环境搭建成功了。这时候你就可以开始抓包分析了。

3.4 Wireshark抓包配置

做NAS层开发，Wireshark是必备工具。但默认配置抓不到NAS消息，需要一些特殊设置。

3.4.1 配置SCTP协议解析

NAS消息走的是SCTP协议（N2接口）和HTTP/2协议（N1接口）。Wireshark默认支持SCTP，但需要开启NGAP解析：

打开Wireshark → 编辑 → 首选项
找到Protocols → SCTP
勾选"Try to decode SCTP payload as NGAP"
点击确定

3.4.2 配置HTTP/2解析

N1接口的NAS消息封装在HTTP/2的POST请求中。需要这样配置：

编辑 → 首选项 → Protocols → HTTP/2
勾选"Enable HTTP/2 decoding"
在"Subdissector list"中添加：application/vnd.3gpp.5gnas

注意：Wireshark版本不同，配置路径可能略有差异。我用的是3.6.8版本，如果你用4.0以上版本，配置方式可能不一样。

3.4.3 抓包过滤器

为了只抓5GC相关的包，建议用这个过滤器：

sctp.port == 38412 || http2

38412是N2接口的默认端口。如果你改了配置，记得改端口号。

3.4.4 实战抓包示例

启动抓包后，让UE发起一次注册流程。你会看到这样的NAS消息序列：

消息方向	NAS消息类型	说明
UE → AMF	Registration Request	UE发起注册
AMF → UE	Authentication Request	网络发起鉴权
UE → AMF	Authentication Response	UE响应鉴权
AMF → UE	Security Mode Command	安全模式建立
UE → AMF	Security Mode Complete	安全模式完成
AMF → UE	Registration Accept	注册成功

看到这个序列，说明你的环境完全跑通了。这时候你就可以开始分析NAS消息的每个字段，理解协议栈的交互逻辑。

避坑指南：我曾经在抓包时发现NAS消息全是乱码，后来发现是Wireshark的NAS解析器没装。去Wireshark官网下载对应的5G NAS解析器插件，解压到~/.local/lib/wireshark/plugins/目录下就好了。

3.5 本章知识体系

下面这张图展示了整个开发环境的架构关系，我建议你保存下来，后面调试时经常用得上。

这张图把整个环境分成了三层：底层是Linux开发环境，中间是UE和gNB模拟器，上层是5GC核心网。Wireshark挂在旁边，随时抓包分析。你想想看，这个架构是不是很清晰？

好了，环境搭好了，下一章我们就开始写真正的NAS层代码。到时候你会感谢今天花时间把环境配好的自己。

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