5G 등록 시그널링을 캡처하면 동일한 N2 연결에서 다음과 같은 순서를 자주 볼 수 있습니다. 먼저 Initial UE Message가 나타나고, 이어서 Uplink NAS Transport와 Downlink NAS Transport가 나온 뒤 Initial Context Setup이 진행됩니다. UE가 실제로 데이터 연결을 설정하기 시작하면 PDU Session Resource Setup이 나타납니다. 각각의 메시지를 이해하는 것 자체는 그리 어렵지 않습니다. 더 어려운 부분은 왜 이런 순서로 발생하는지, 그리고 NGAP가 5G 제어 평면 전체에서 실제로 어떤 역할을 하는지를 이해하는 것입니다. N2는 gNB와 AMF 사이에 지속적으로 유지되는 제어 채널이라고 생각하면 이해하기 쉽습니다. 먼저 네트워크 노드 간의 관계가 설정되고, 그다음 UE 컨텍스트가 생성되며, 이후에야 PDU 세션을 위한 RAN 리소스가 준비됩니다. UE가 이동하거나 유휴 상태로 들어가거나 서비스 매개변수가 변경되면 추가 NGAP 절차가 트리거됩니다.

N2 인터페이스는 실제로 어떤 역할을 하는가?

N2는 gNB와 AMF 사이의 제어 평면 인터페이스이며 NGAP(NG Application Protocol, NG 응용 프로토콜)를 사용합니다. 기능적으로는 4G에서 사용되는 S1-MME 인터페이스와 일부 유사하지만 5G 시스템 아키텍처 안에서 동작합니다.

SCTP는 N2의 전송 계층으로 사용됩니다. NGAP는 SCTP 위에서 동작하며, UE와 5G 코어 사이에서 교환되는 NAS 메시지는 NGAP를 통해 gNB와 AMF 사이로 전달될 수 있습니다. 따라서 일반적인 N2 프로토콜 스택은 다음과 같이 볼 수 있습니다. IP는 gNB와 AMF 사이의 네트워크 도달성을 제공하고, SCTP는 N2 전송 연관을 제공하며, NGAP는 N2 제어 절차와 매개변수를 전달하고, 필요한 경우 5G NAS는 NAS-PDU 형태로 전달됩니다.

NGAP 자체는 UE의 일반적인 사용자 평면 트래픽을 운반하지 않습니다. 실제 사용자 데이터는 일반적으로 N3 사용자 평면을 통해 전송됩니다. N2는 리소스 설정, UE 컨텍스트 관리, NAS 시그널링 전송, 이동성 조정 등의 제어 기능을 담당합니다. 기능적으로 N2는 PDU 세션과 관련된 NG-RAN 리소스의 설정, 유지, 해제를 지원하며 UE 컨텍스트 관리, 이동성 관리, NAS 시그널링 전송, 사용자 평면 리소스 제어에도 참여합니다.

NGAP 절차는 왜 UE 연관 절차와 비UE 연관 절차로 나뉘는가?

NGAP를 처음 공부할 때 수십 개의 절차와 메시지 이름부터 바로 들어가면 금세 암기 공부가 되기 쉽습니다. 더 실용적인 방법은 먼저 해당 절차가 특정 UE와 관련되어 있는지 판단하는 것입니다.

UE 연관 절차는 특정 사용자의 컨텍스트, 세션 또는 이동성 상태를 중심으로 동작합니다. 예를 들면 PDU 세션 리소스 관리, UE 컨텍스트 관리, 핸드오버, 페이징, NAS 전송, 위치 보고, UE 무선 능력 절차가 있습니다. 반면 비UE 연관 절차는 주로 gNB와 AMF 사이의 노드 수준 관계를 유지합니다. 대표적인 예로 NG Setup, RAN Configuration Update, AMF Configuration Update, NG Reset, AMF Status Indication, Overload Start/Stop이 있습니다.

이 구분은 패킷 캡처 문제를 분석할 때 매우 유용합니다. 하나의 gNB 아래에 있는 사용자 전체가 영향을 받는다면 SCTP, NG Setup, Reset, AMF 상태 또는 과부하 처리와 같은 노드 수준 절차를 먼저 확인해야 합니다. 한 UE만 영향을 받는다면 그 UE의 NGAP ID, NAS 전송 메시지, 컨텍스트 절차, PDU 세션 리소스 시그널링을 따라가며 조사해야 합니다.

NGAP 절차는 응답 필요 여부에 따라 Class 1과 Class 2로도 나눌 수 있습니다. Class 1 절차에는 일반적으로 Request와 Response가 포함되며 Failure 결과가 포함될 수도 있습니다. Class 2 절차는 상대 노드의 절차 수준 응답이 필요하지 않습니다. 실제 문제 해결에서는 모든 NGAP 메시지의 클래스를 암기하는 것보다 해당 절차가 성공 또는 실패 결과를 기대하는지 확인하는 편이 더 유용합니다.

N2는 gNB 시작부터 UE 등록까지 상태를 어떻게 구축하는가?

UE가 나타나기 전에 gNB가 먼저 해결해야 할 문제는 가입자 등록이 아닙니다. 우선 AMF와 정상적으로 통신할 수 있는지를 확인해야 합니다.

첫 단계는 일반적으로 NG Setup입니다. gNB와 AMF 사이의 SCTP 연관이 설정되면 gNB는 NG Setup Request를 보냅니다. AMF가 연결을 수락하면 NG Setup Response를 반환합니다. AMF 풀 구성에서는 gNB가 여러 AMF와 N2 관계를 설정하고 이후 AMF 선택에 사용할 정보를 얻어야 할 수 있습니다. 이 시점에는 노드 수준의 관계만 설정되었으며 특정 UE 컨텍스트는 아직 존재하지 않습니다.

UE가 등록을 시작하면 시그널링은 다음 단계로 넘어갑니다. gNB는 UE의 최초 NAS 메시지를 수신한 뒤 Initial UE Message를 사용해 AMF로 전달할 수 있습니다. 이후 UE와 AMF 사이의 NAS 시그널링은 일반적으로 N2의 Uplink NAS Transport와 Downlink NAS Transport를 통해 전달됩니다. 중요한 점은 gNB가 모든 NAS 서비스 로직을 해석할 필요는 없다는 것입니다. 많은 NAS 시그널링에서 주요 역할은 올바른 UE 컨텍스트를 식별하고 NAS-PDU를 적절한 AMF에 전달하는 것입니다.

등록이 진행되면 AMF는 gNB가 RAN 측 UE 컨텍스트를 설정하도록 해야 합니다. 이때 Initial Context Setup Request와 Initial Context Setup Response가 나타납니다. Initial Context Setup Request에는 Allowed NSSAI, GUAMI, UE Security Capabilities, Mobility Restriction List, NAS-PDU 등 중요한 UE 관련 정보가 포함될 수 있습니다. 이 단계에서 gNB는 더 이상 NAS 시그널링만 단순히 전달하는 것이 아니라 해당 UE에 계속 서비스를 제공하는 데 필요한 상태를 구축하기 시작합니다.

UE가 데이터 사용을 시작할 때 NGAP는 PDU 세션 리소스를 어떻게 설정하는가?

등록에 성공했다고 해서 UE의 모든 사용자 평면 리소스가 이미 준비된 것은 아닙니다. UE가 데이터 네트워크에 접속하고 PDU 세션을 설정해야 할 때 N2도 해당 RAN 리소스를 준비하는 데 참여합니다.

핵심 절차 중 하나는 PDU Session Resource Setup입니다. AMF는 gNB로 PDU Session Resource Setup Request를 보냅니다. 이 메시지는 PDU 세션과 QoS Flow에 관련된 정보를 NG-RAN으로 전달하며, PDU Session ID, S-NSSAI, 사용자 평면 터널 정보, QoS Flow List 등이 포함됩니다. 이후 gNB는 현장 조건에 따라 필요한 무선 측 리소스를 할당합니다. 예를 들어 QoS Flow에 필요한 DRB를 구성하고 N3 사용자 평면 연결을 준비합니다.

리소스 할당이 완료되면 gNB는 AMF로 PDU Session Resource Setup Response를 보내 성공적으로 설정된 리소스를 알립니다. 응답에는 gNB 사용자 평면 정보와 성공적으로 수락된 QoS Flow가 포함될 수 있습니다.

여기서는 N1, N2, N3의 역할이 자주 혼동됩니다. N1은 NAS 계층의 PDU 세션 정보를 UE로 전달합니다. N2는 gNB가 설정해야 하는 RAN 및 사용자 평면 리소스를 조정합니다. N3는 해당 리소스가 준비된 이후 실제 사용자 평면 트래픽을 운반합니다.

따라서 PDU 세션 실패를 분석할 때 NAS 계층에서 Accept 메시지가 반환되었다고 해서 조사를 끝내면 안 됩니다. N2의 PDU Session Resource Setup 절차가 성공적으로 완료되지 않았다면 UE가 세션 매개변수를 받았더라도 사용자 평면은 아직 동작하지 않을 수 있습니다.

PDU 세션이 설정된 뒤에도 N2는 계속 동작한다

PDU 세션이 활성화된 뒤에도 NGAP는 멈추지 않습니다. UE가 네트워크에 남아 있는 동안 상태나 서비스 조건이 바뀌면 추가 N2 절차가 트리거될 수 있습니다.

UE가 다른 gNB로 이동하면 N2 기반 또는 Xn 기반 핸드오버가 트리거될 수 있습니다. N2 핸드오버에는 Handover Required, Handover Request, Handover Request Acknowledge, Handover Command, Handover Notify가 포함될 수 있습니다. 새 경로가 설정되면 Path Switch Request와 그 응답이 이어질 수 있으며, 동시에 소스 gNB의 기존 UE 컨텍스트가 해제됩니다.

UE가 유휴 상태이고 하향링크 트래픽이 도착하면 AMF는 NGAP를 통해 NG-RAN에 Paging 메시지를 보낼 수 있으며, 이후 RAN이 무선 측 페이징 절차를 수행합니다. Paging은 대표적인 단방향 NGAP 절차입니다. 네트워크가 QoS 또는 다른 RAN 리소스를 조정해야 한다면 PDU Session Resource Modify가 트리거될 수 있습니다. 세션이 더 이상 필요하지 않으면 PDU Session Resource Release가 사용됩니다. 따라서 PDU 세션의 N2 수명주기에는 Setup뿐 아니라 Modify, Release, Notify 및 관련 Indication 절차도 포함됩니다.

UE 관련 서비스 절차 외에도 엔지니어는 NG Reset, Error Indication, Overload Start, Overload Stop, AMF Status Indication, 구성 업데이트 같은 인터페이스 관리 메시지를 볼 수 있습니다. 이는 문제가 단일 UE에만 영향을 주는지, 아니면 N2 노드 관계의 더 광범위한 변화를 나타내는지 판단할 때 특히 유용합니다.

NGAP 패킷 캡처를 분석할 때 가장 좋은 순서는 무엇인가?

NGAP에는 많은 메시지가 있지만 실제 문제 해결에서 3GPP 메시지 목록을 위에서부터 끝까지 확인할 필요는 없습니다. 네트워크 상태가 설정되는 순서를 따라가는 방법이 더 효과적입니다.

첫 번째 단계는 SCTP를 확인하는 것입니다. gNB와 AMF 사이의 Transport Network Layer Association이 올바르게 설정되지 않았다면 이후에 이어져야 할 NGAP 서비스 절차를 분석하는 것은 큰 의미가 없습니다.

두 번째 단계는 NG Setup을 확인하여 노드 수준의 N2 관계가 정상인지 검증하는 것입니다. NG Setup이 실패했다면 바로 UE 등록 문제 해결로 넘어가는 것은 일반적으로 의미가 없습니다.

세 번째 단계는 특정 UE를 식별하는 것입니다. UE 연관 NGAP 메시지에는 일반적으로 관련 UE-NGAP-ID 값이 포함됩니다. 패킷 분석에서는 메시지 유형만 필터링하기보다 시간에 따라 동일한 UE 식별자를 추적해야 합니다.

네 번째 단계는 NAS 시그널링이 올바르게 전달되는지 확인하는 것입니다. Initial UE Message, Uplink NAS Transport, Downlink NAS Transport가 연속된 순서를 이루는지 확인합니다. NAS-PDU가 이미 AMF에 도달했는데 응답이 없는 경우와 gNB가 처음부터 NAS 메시지를 전달하지 못한 경우는 조사 방향이 매우 다릅니다.

다섯 번째 단계는 UE 컨텍스트 설정을 확인하는 것입니다. 등록이 Initial Context Setup까지 진행되었다면 Request의 매개변수를 검토하고 Response가 성공적으로 완료되는지 확인합니다.

여섯 번째 단계는 PDU 세션 리소스를 점검하는 것입니다. UE가 등록되어 있지만 데이터 네트워크에 접속할 수 없다면 PDU Session Resource Setup Request/Response와 반환된 PDU 세션 및 QoS Flow 리소스 결과에 집중합니다.

이동 중에 문제가 발생한다면 Handover, Path Switch, 기존 UE 컨텍스트 해제 쪽으로 조사를 전환합니다. 유휴 상태의 UE에 하향링크 트래픽이 도달하지 않는다면 Paging을 확인합니다.

SCTP → NG Setup → UE 식별 → NAS → UE 컨텍스트 → PDU 세션 → 이동성 순서로 추적하는 것이 실제 엔지니어링에서는 수십 개의 NGAP 메시지 이름을 외우는 것보다 훨씬 효과적입니다.

자주 묻는 질문

NGAP와 5G NAS의 관계는 무엇인가?

NGAP는 gNB와 AMF 사이의 N2 인터페이스에서 사용되는 응용 계층 프로토콜이며, NAS는 UE와 5G 코어 사이의 제어 시그널링을 운반합니다. 많은 NAS 메시지가 NGAP 메시지 안에 NAS-PDU 형태로 캡슐화되어 gNB를 통해 UE와 AMF 사이로 전달되므로 두 프로토콜은 서로 다른 계층에서 동작합니다.

N2 인터페이스가 UE의 인터넷 트래픽을 운반하는가?

아닙니다. N2는 UE 데이터의 일반적인 사용자 평면 경로가 아니며 제어 평면 시그널링을 운반합니다. 사용자 트래픽은 일반적으로 N3를 통해 gNB와 UPF 사이에서 전송되며, NGAP는 RAN에 어떤 관련 리소스를 설정, 수정 또는 해제해야 하는지 알려 줍니다.

NG Setup이 성공하면 UE도 정상적으로 등록할 수 있는가?

아닙니다. NG Setup은 gNB와 AMF 사이의 노드 수준 N2 관계만 설정합니다. 특정 UE가 접속한 이후에도 Initial UE Message, NAS 전송, UE 컨텍스트 설정, 이후 PDU 세션 리소스 절차가 모두 성공적으로 완료되어야 합니다.

NGAP 문제 해결에서 메시지 유형 필터에만 의존하면 안 되는 이유는?

하나의 gNB는 동시에 여러 UE를 처리할 수 있으며 같은 NGAP 메시지 유형이 서로 다른 사용자에 대해 반복해서 나타날 수 있습니다. 메시지 이름만으로 필터링하면 관련 없는 절차를 쉽게 섞어 볼 수 있습니다. 특정 UE를 분석할 때는 UE-NGAP-ID 값, 메시지 시점, 관련 NAS 또는 PDU 세션 컨텍스트를 함께 확인해야 합니다.