【入門編】 5G SA(Standalone)アーキテクチャ(5GC)の完全仮想化とサービスベースアーキテクチャ – 家庭用ネットワーク・IoT・モバイル通信実践ガイド

こんにちは！いつも当ブログを読んでいただき、ありがとうございます。国内外の最新ガジェットやネットワーク技術を追いかけ続けている、主筆ライターの「ネットの住人」です。

最近、スマホのアンテナ表示に「5G」と出るのが当たり前になってきましたよね。でも、実は私たちが今使っている5Gの多くは、4G（LTE）の設備を「土台」にして動いている「NSA（ノン・スタンドアロン）」という方式なんです。

今回スポットを当てるのは、その先にある「5G SA（スタンドアロン）」。
4Gという親元を離れ、完全に自立した「真の5G」の世界です。その中身は、これまでの「通信機器の塊」だったネットワークとは一線を画す、まるで「巨大なクラウドアプリ」のような構造をしています。

「ネットワークエンジニアになりたてで、5GCとかSBIとか言われてもイメージが湧かない……」というあなたのために、難しい専門用語を日常の風景に置き換えて、一歩ずつ丁寧に紐解いていきましょう！

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1. 5G SAは「おんぶ」を卒業した自立したネットワーク

まず、5G SA（Standalone）がこれまでの5Gと何が違うのかを整理しましょう。

これまでの5G（NSA）は、制御信号（電話を繋ぐための命令など）を4Gの設備（EPC）に頼っていました。例えるなら、「最新のスポーツカー（5G）を買ったけれど、エンジンをかける鍵とハンドル操作は古い軽トラ（4G）から借りている」ような状態です。

これに対して「5G SA」は、エンジンもハンドルも、すべて5G専用の新しい仕組みで動かします。この「5G専用の心臓部」こそが、今回ご紹介する「5GC（5Gコアネットワーク）」なのです。

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2. 「専用の機械」から「ソフトウェア」へ：完全仮想化の正体

昔の通信設備は、冷蔵庫のような巨大な専用筐体がズラリと並んでいる世界でした。しかし、5G SAのコアネットワークは、その姿を大きく変えました。

それが「完全仮想化」です。

汎用サーバーの中で「アプリ」として動く

今の5GCは、特定のメーカーが作った専用の機械ではなく、一般的なデータセンターにあるような汎用サーバーの上で「ソフトウェア（コンテナ）」として動いています。

昔：ルーター機能が欲しければ、ルーターという「機械」を買ってくる。
今：サーバーの中で、ルーターの役割をする「アプリ」を立ち上げる。

これによって、通信量が増えたら一瞬でアプリを増やして対応する（スケーラビリティ）といった、柔軟な運用が可能になりました。

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3. サービスベースアーキテクチャ（SBA）を「郵便局」で例えてみる

さて、ここからが本題です。5G SAの設計思想である「SBA（Service Based Architecture）」について解説します。

これまでの4Gネットワークは、各機能（AさんとBさん）が「専用の電話線」で直接繋がっているような構造でした。「AさんからBさんにデータを送る時は、この専用線を使ってね」という決まりがあったのです。

5G SAでは、これを「御用聞き（サービスベース）」のスタイルに変えました。

SBI（Service Based Interface）とRESTful API

この「御用聞き」のルールとして採用されたのが、Webの世界でおなじみの「RESTful API」です。そして、その通り道のことを「SBI（Service Based Interface）」と呼びます。

これを郵便配達の流れに例えると、こんな感じです。

1. サービスの公開： 郵便局（各機能）が「私は手紙を預かるサービスを提供しています！」と共通の掲示板に登録します。
2. リクエスト： 誰かが手紙を出したい時、掲示板を見て「手紙サービスさん、お願いします」とネット経由（HTTP/2）で頼みます。
3. レスポンス： サービス側が「了解しました、預かりました」と返事をします。

4Gまでは「専用の複雑な信号」をやり取りしていましたが、5G SAでは「Webサイトを見るのと同じような仕組み（HTTP/2 + JSON）」でネットワーク内の機能同士が会話しているんです。エンジニアにとっては、ぐっと親しみやすくなりましたよね！

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4. 実際の通信はどう見える？（JSONデータのサンプル）

「RESTful APIで会話する」と言われてもピンとこないかもしれません。例えば、ユーザーがネットワークに接続しようとした時、5GCの中では以下のような「JSON（ジェイソン）」形式のデータが飛び交っています。

ここでは、端末の認証を行う機能（AMF）が、ユーザー情報を管理する機能（UDM）に対して、「この人、繋いでもいい？」と問い合わせるシーンをイメージした疑似コードを見てみましょう。

/* 
   AMF（接続管理機能）からUDM（ユーザーデータ管理機能）へ 
   HTTP POSTメソッドでユーザー認証をリクエストするイメージ
*/

POST /nudm-ueau/v1/imsi-001010123456789/registrations
Host: 5gc-udm.operator.local
Content-Type: application/json

{
  "ueIdentity": "imsi-001010123456789", // ユーザーを一意識別するID
  "accessType": "3GPP_ACCESS",          // 5Gの無線網からのアクセス
  "requestedService": "Authentication",  // 「認証してね」というお願い
  "plmnId": {
    "mcc": "440", // 日本の国番号
    "mnc": "10"   // キャリアの番号
  }
}

このように、中身はただのテキストデータです。これまでの複雑なバイナリ（0と1の羅列）に比べると、トラブルが起きた時も「何が起きているか」が人間にも分かりやすくなっているのが5G SAの素晴らしいところです。

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5. Pythonでイメージする「機能の呼び出し」

さらに実務に近いイメージを持つために、ある機能（Consumer）が別の機能（Producer）を呼び出す様子をPythonのコード風に書いてみます。5Gのエンジニアも、今はこうした「APIを叩く」感覚でネットワークを制御しています。

import requests # HTTP通信用のライブラリ

# 5GC内の機能（例：NRFというリポジトリ機能）のURL
NRF_URL = "http://nrf.5gc.mnc010.mcc440.3gppnetwork.org/nnrf-disc/v1/nf-instances"

def find_smf_service():
    """
    セッションを管理する機能（SMF）をネットワーク内で探す関数
    """
    params = {
        'target-nf-type': 'SMF',     # 探したい機能の種類
        'requester-nf-type': 'AMF'   # 探している自分の種類
    }
    
    # 共通の掲示板（NRF）に「SMFはどこ？」と問い合わせる
    response = requests.get(NRF_URL, params=params)
    
    if response.status_code == 200:
        services = response.json()
        print("利用可能なSMFが見つかりました！")
        return services
    else:
        print("サービスが見つかりません。設定を確認してください。")
        return None

# 実行イメージ
smf_info = find_smf_service()

このように、5G SAの内部は、まさに「マイクロサービスで構成されたモダンなWebシステム」そのものなのです。

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最後に：ネットワークは「触れる」時代へ

いかがでしたでしょうか？

5G SA（5GC）の世界は、一見すると「難解な通信規格」に見えますが、その本質は「通信の仕組みをソフトウェアの力で解き放ち、Webのように柔軟に扱うこと」にあります。

完全仮想化： ハードウェアの制約をなくす。
SBA： 機能同士をAPIでつなぎ、自由な組み合わせを可能にする。

この仕組みがあるからこそ、自動運転のための超低遅延なネットワークや、工場専用のプライベートなネットワークを「ソフトウェアの設定一つ」で切り出せる（ネットワークスライシング）ようになるのです。

インフラやネットワークに初めて触れる皆さんも、「パケットの向こう側にはAPIがある」と考えるだけで、少しワクワクしてきませんか？ 5G SAは、通信エンジニアとソフトウェアエンジニアの境界線をなくす、とても刺激的なフィールドです。

これからも、この新しいネットワークの鼓動を一緒に追いかけていきましょう！

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執筆者のつぶやき：
5G SAのパケットキャプチャを初めて見たとき、Wireshark（通信解析ソフト）に「HTTP/2」と「JSON」が並んでいるのを見て、「ああ、通信の歴史が塗り替わったんだな」と震えたのを覚えています。皆さんもぜひ、その変化を楽しんでくださいね。