移动通信网络中的 GTP 协议

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GTP

GTP（GPRS Tunnelling Protocol，GPRS 隧道协议）是一组基于 IP 的通信协议，用于 GSM、UMTS 和 EPS 网络中承载 GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线业务）。

在 EPS UP 中使用 GTP 的一个优势是：GTP 固有的可鉴别隧道机制，以及 GTP 可以为 UE 提供的移动性能力。对于前者，一个 UE 的业务承载由 GTP TEID 和 IP 地址来进行鉴别；而对于后者，UE 通过 GTP 能持续的通过同一个 SGW 作为本地移动性的锚点，进而连接到 PDN。

GTP 包含了三种协议：

• GTP-C：在 CP 传输核心网的信令数据
• GTP-U：在 UP 传输 UE 的业务数据
• GTP’：传送计费数据

GTP 协议目前有 3 个版本：

• Version 2：使用于 EPC 核心网；
• Version 1：使用于 GSM 和 UMTS 网络，以及应用于 EPS 网络中以传输用户面数据；
• Version 0：是早期版本，被 1999 年标准化的 version 1 替代。

注意：不存在 GTPv2-U 协议。在 EPS 中的 GTP-U 仍使用 GTPv1-U。

GTP-C 协议（GTP 控制面）

GTP-C 协议是 GTP 的控制面部分，使用 UDP 端口 2123。在 EPS 中，GTPv2-C 协议负责在 S1、S5/S8 等接口上创建、维持和删除 GTP-U 隧道。它被用于控制面路径管理（Control Plane Path Management）、隧道管理（Tunnel Management）和移动性管理（Mobility Management）。它也控制转发位置变更消息、SRNS 上下文、并在 EPS 网间切换中创建转发隧道。

GTP-U 协议（GTP 用户面）

GTP-U 协议是 GTP 的用户面部分，使用 UDP 端口 2152。是一个的基于 IP 的隧道协议，它允许在各个 GTP-U Protocol Entity（协议实体）之间建立多个隧道。每个隧道由一个 GTP Header 中的 TEID（隧道端点标识符）标识，TEID 应当是一个动态分配的随机数。在 EPS 中，使用 GTPv1-U 协议在 S1、S5/S8 等接口上交换用户的业务数据。UE 所收发的 IP 数据包被打包在 GTPv1-U 的包中，并在 UP 的各个网元节点之间的隧道中传输。

GTP’ 协议（计费传输）

GTP’ 协议使用 TCP/UDP 端口 3386，被用于向 CGF（Charging Gateway Function，计费网关功能）传输计费数据。

GTPv2 Header

• 版本号： 标记 GTP 的版本，对于 GTPv2 来说，这个值始终是 “2”。
• 捎带消息标志位（Piggybacking flag）：如果被置为 1，则在这条消息后面会有另外一条带有完整消息头的 GTP 消息。协议里具体规定了每种消息可以携带的消息类型。
• TEID 标志位（TEID flag）：如果被置为 1，则 TEID 字段存在。其实只有 Echo Request 和 Echo Response 消息不携带 TEID 字段。
• 消息类型（Message Type）：指示 GTP 消息的类型。关于消息类型的定义，请参考 3GPP TS 29.060 第 7.1 节。
• 总长度（Total length）：指包括消息头和消息体的消息总长度，不包括消息头前 4 个字节的必选字段。
• TEID（Tunnel endpoint identifier，隧道端点标识）：用于区分 GTP 隧道中的不同连接。
• 序列号（Sequence number）：可选字段，当 E、S 或 PN 位中的任意一个取值为 1 时，这个字段存在。仅当 S 位为 1 时，这个字段必须被解析。