GTP（GPRS Tunnelling Protocol）协议

GTP（GPRS Tunnelling Protocol） 协议在 GPRS 骨干网中在GSNs 之间（如 SGSN 和 GGSN）提供协议信道，所有的 PTP 分组数据协议的PDUs 应由GTP 协议进行封装。

GTP概述

 

　　GTP 协议应用在SGSN 和GGSN 之间，为各个移动台( MS) 建立GTP 通道，GTP 通道是 GPRS服务节点( GSN) 之间的安全通道，两个 主机可通过该通道交换数据。

　　SGSN 从 MS 接收 数据包，并在 GTP 包头中对其进行封装，然后才通过GTP 通道将其转发到 GGSN。GGSN 接收这些数据包时，先将它们解封，然后转发到外部 主机。

　　GTP 数据包包头含有Sequence Number字段，Sequence Number向GGSN(接收 GTP 数据包的GGSN) 指示数据包的顺序。

　　在 PDP 环境激活阶段，发送端GGSN 向接收端GGSN 发送的第一个G-PDU 的序列号值是零 (0) ，发送端 GGSN 为其随后发送的每个 G-PDU 增加序列号值，G-PDU序列号值达到 65535 时，重置为零。

　　一般情况下，接收端 GGSN 会校验所接收的数据包中的序列号，接受端GGSN拿自身的 计数器序列号和所接收的数据包中的序列号进行比较，如果这两个序号匹配上了，则 GGSN 转发该数据包，如果它们不匹配，则GGSN 丢弃该数据包。

　　GTP 标准，可以参考 3GPP的技术规范:

　　3GPP TS 09.60 v6.9.0 (2000-09)

　　3GPP TS 29.060 v3.8.0 (2001-03)

　　3GPP TS 32.015 v3.9.0 (2002-03)

协议内容

 

　　GTP 协议分为GT-C，GTP-U和GTP’协议。其中，GTP-C是 信令控制协议，GTP-U是封装用户数据协议，GTP’是计费相关的协议。

　　GTP协议头部格式如下：


　　说明如下：version：版本号，目前基本都是1，即gtp v1版本；

　　protocol type：1为GTP’，0为GTP-C或GTP-U。

　　next extension header：seq：n-pdu number：

　　根据文档，这三个标示位分别指示gtp 头部是否含有next extension header项，sequence number项和n-pdu number项。但根据我对现网的数据分析，事实好像并非如此。

　　此三个bit位，只要有一个置位，这三项都同时存在。

　　Teid据说是很重要的字段，目前对该字段的认识不足，需进一步研读 3gpp协议。受高人指点，具体是3GPP TS 23.060和3GPP TS 29.060。

　　Total length：gtp封装数据的长度，不包括gtp头部的基本长度，但包括gtp选项的长度，即：上面的next extension header，sequence number项和n-pdu number项的长度是包括在这个Total length之中的。 如果next extension header不为0，则下面还有extension header，直到extension header的nextextension header项为0。Next extension header格式如下：


　　Extension header的长度必须为4的倍数。

　　Gtp-C协议的根据不同的类型（type），其编码格式都不相同。常见的比较重要的三个type为：imsi，msisdn和apn。

　　Imsi和msisdn的 编码格式有些类似。

　　Apn的全称是Access Point Name，通常分为两部分，一部分为网络标示(ni)，一部分为运营商标示(oi)。有些apn只有一部分。

　　APN的格式如下：




　　其中，type占一个字节，为0x83；

　　apn length占用两个字节，为网络字序，包括该字段后的apn项的长度；

　　ni长度，一个字节，ni的长度；

　　oi长度，一个字节，标示OI长度。

工作原理

 

　　当我们使用手机上 wap网站，或者上 internet时，在sgsn和ggsn之间发生什么样的信令？我们的数据是通过怎么的手段传输到 互联网上的呢？

　　Wap网和internet不同，wap网是一个半封闭半开放的 网络，而internet是一个开放的网络。

　　从拨号方式上，对于 中国移动来说，wap用户的 apn为cmwap，internet用户的apn为cmnet。

　　从网络连接方式上，手机上wap网站时，其实是通过运营商的wap 网关代理请求访问wap网站，而手机上internet时，访问的方式是通过运营商的 防火强的 NAT转换请求网站。

　　从七层协议上来说，wap网站早期使用专用的 wml协议，wap 1.2协议之前，目前的wap 2.0支持 xhtml协议，可以说，wap和internet之间的差距在减小，甚至有逐渐融合的趋势。Xhtml与html差距不大，只是语法更加严格而已。

　　下面解释一下用户拨号时，sgsn与ggsn之间的信令过程：

　　首先，sgsn发送一个create pdp content request向ggsn；

　　然后，ggsn返回create pdp content response给sgsn，说明该用户是否成功接入 gprs网络，如果成功接入，分配地址给该用户，否则，说明原因；

　　最后，用户获得 ip地址，接入网络。

　　在create pdp content request报文中，有以下三个重要的内容项：

　　imsi：用户全球唯一标示msisdn：

　　用户全球电话号码标示apn：标示用户接入的网络

　　在create pdp content response报文，如果成功，则包含分配给用户的 ip地址。

相关术语

 

　　 APN

　　Access Point Name，接入点名称，在GGSN中用于标识一个指定的外部 网络和一种服务的ISP，在SGSN中可根据APN通过 DNS域名解析得到与此APN对应的GGSN地址。APN可以分为APN以及wild card APN, wild card APN是指运营商允许用户使用给定的PDP类型的上下文接入任何网络,用“*”表示;常规APN包括两部分：网络标识(NI, Network Identifier)和运营商标识(OI, Operator Identifier)。NI最长63字节，OI最长37字节，不区分大小写。

　　 TEID

　　Tunnel Endpoint Identifier，GTPv1的概念，用于表示一条隧道(PDP)，分为数据面TEID(TEID(U))和控制面TEID(TEID(C))，由SGSN和GGSN自己分配。

　　 NSAPI

　　Network Service Access Point Identifier，和TEID(C)或IMSI一起用于标示同一用户激活的不同上下文，范围[0,15]，其中0~4系统保留，因此对于一个用户（UE）而言，最多可以建立11条隧道。

　　 TIDGTPv0的概念，由IMSI+NSAPI构成，和TEID作用相同。

　　 TFT

　　TFT（Traffic Flow Template）是 GSN在接收或转发用户数据时，用于区分二次激活的 PDP上下文，TFT唯一的标识了同一TEID或同一PDP Address下的不同的PDP上下文。

　　当同一个TEID或PDP Address下只有一个活跃的PDP上下文时，不需要为该PDP上下文指定一个TFT，因为所有下行的数据都直接通过该上下文对应的隧道传输。

　　当同一个TEID或PDP Address下有多个活跃的PDP上下文时，那么就需要为每一个PDP上下文指定一个TFT，GGSN接收到发送给MS的G-PDU时，将使用该TFT来对应G-PDU传输时应该使用的PDP上下文。

　　如果在二次激活时，所有该PDP地址下的PDP上下文都已经被分配了一个TFT，那么这一次的二次激活就可以无需再指定一个TFT。即，对应同一个TEID或PDP地址下的不同的PDP上下文，要么全都有各自的TFT，要么，只能有一个PDP上下文没有TFT。