WCDMA+GTP协议v1

WCDMAR99版GTP协议导论技术中心WCDMA组杨海波一.概述GTP协议是GPRS隧道协议的简称。与大多数隧道技术一样，GTP是一个高层协议，它位于TCP/IP或UDP/IP等路径协议之上，所以它对于路由器是透明的，提供的是主机之间的端到端通信，在TCP/IP协议栈中它甚至可以被理解成应用层协议。与TCP或者UDP通过端口在IP上进行流复用类似，隧道通过隧道标志（TEID）在路径协议上进行复用。这种复用包括不同用户、不同分组协议、不同QoS等级的复用。GPRS网络中采用隧道协议的好处有二点：首先在SGSN和GGSN中可以省去不同的网络层协议转换的麻烦，使得SGSN和GGSN可以支持任何类型用户网络协议的传输；其次采用隧道协议有利于在公网中传输时采用网络安全技术(如数据完整性保护、数据加密等)。另外，GTP在RNC和GSN中使用，对于MS和外部PDN中的主机是透明的。GTP协议主要应用于如下场合：（1）用于骨干网的SGSN和GGSN之间的Gn接口，为MS和外部分组数据网传输用户数据包。（2）用于SGSN和RNC之间的Iu-PS接口，用于传输MS和外部PDN的用户数据包。（3）用于源SGSN和目的SGSN之间，用于inter-SGSN路由更新时，或者SRNS重定位时指向MS的未发送完的T-PDU的传输。（4）用于不同PLMN的SGSN和GGSN之间的Gp接口。图1给出了使用GTP协议的GPRS体系结构框图：GiGnGcGpSignallingandDataTransferInterfaceSignallingInterfaceTEPDNIuUTRANTEMTGrorGcHLROtherPLMNSGSNGGSNSGSNGTP-MAPprotocolconvertingGSNGnIuTEMTUTRANSGSNGnBSSGbTEMTGn图1.GPRS逻辑体系结构框图GTP协议主要用于封装用户分组数据协议（PDP，例如IP、X.25、FR等），在基于IP的GPRS骨干网或者Iu接口上传输数据。这种用于传输用户数据的隧道机制称为GTP-U，它与低层路径协议一起构成GTP的用户平面。为了管理隧道，必须采用一些控制信息完成隧道的创建、维护、修改、删除等操作，他们构成隧道的信令协议称为GTP-C，它们与低层路径协议一起构成了隧道的信令平面。需要强调的是在Iu接口上并不存在着专门的隧道管理协议GTP-C，而是把这部分功能同Iu接口上重定位SRNS请求、寻呼信息发送等管理信息合并成一个RANAP协议，负责Iu接口上所有的信令功能。GTP-C和GTP-U具有类似的封装形式，区别主要在于隧道头中的消息类型(Messagetype)。作为GTP的姐妹协议GTP',也具有与GTP类似的封装格式，此时区别在于GTP和GTP'具有不同的payloadType值。GTP'是一个可选协议，主要用于分离的GSN和CGF(ChargingGatewayFunction)之间的CDR(ChargingDetailsRecord)传输。图2给出了一个典型的GTP封装格式。图2.一个典型的GTP封装格式图2中的路径协议可以是TCP/IP或者UDP/IP，究竟采用哪种协议与被隧道封装的协议包可靠性要求有关，采用TCP时可提供可靠的隧道协议包传输。GTP只能在某个特定的端口上复用，该端口号对于TCP和UDP都是3386,是系统特别为GTP保留的。二.GTP业务接入点（SAP）和原语GTP-U协议实体提供了一对GTP-U隧道端点之间的分组传输业务，GTP-U资源分配、释放和隧道建立、删除的控制通过控制平面实体调用GTP-U-CONTROL原语组实现，该原语组触发GTP-C和RANAP信令建立、修改和删除隧道。用户平面可以通过GTP-U-UNIT-DATA原语组实现分组传输和接收。图3给出了GTP-U-CONTROL-SAP和GTP-U-DATASAP的示意图。GTP-UProtocolEntityControlplaneentityUserplaneentityGTP-U-CONTROLSAPGTP-U-UNIT-DATASAP图3.GTP-U-CONTROLSAP和GTP-U-DATASAP的示意图三.GTP信令消息DatalinkheaderIPheaderTCP/UDPheaderGTPheaderT-PDUGTP信令消息用于GTP隧道的创建、修改、删除、错误通知等等。它们构成了GTP-C。不同的GTP消息通过GTPheader中的消息类型域(MessageType)相区别。GTP信令消息分为以下几类：（一）路径管理消息主要用于测试路径的活动性。EchoRequest每隔一定时间向另一个GSN或者RNC发送EchoRequest询问路径的活动性。EchoResponse回声请求的响应。同时在EchoResponse中可以携带RestartCounter值，它可以和接收端保留的关于回声响应发送端的RestartCounter值进行比较，以确定回声响应发送端是否重启动。VersionNotSupported仅包含GTP头，指示给定的UDP/IP地址上的GTP实体能够支持的最新的GTP版本。（二）隧道管理消息主要用于PDP上下文以及与之相关的隧道的创建、更改、删除等操作。CreatePDPContextRequest由SGSN向GGSN发起作为GPRSPDP上下文激活过程的一部分，所生成的隧道与SGSN和GGSN上的PDP上下文关联。本信令消息应该完成如下工作：（1）告诉GGSN由SGSN所选择的用户隧道和信令隧道的标志（TEID）。（2）如果采用动态PDP地址，向GGSN请求动态分配的PDP地址。（3）传输MS和SGSN之间协商的QoS值。（4）传输RestartCounter值。（5）传输由MS提供的APN或者签约APN或者SGSN选择的APN，以便于GGSN接入到不同的外部PDN。（6）传输选择模式指示APN的种类。（7）对于二级PDP上下文，SGSN将传输主PDP上下文的NSAPI和TFT。CreatePDP上下文隐含地激活了指定的PDP上下文，并且通知GGSN该MS的存在性。所以如果GGSN中该MS的MNRG标志置位应该被清除。CreatePDPContextResponse由GGSN向SGSN发起作为CreatePDPContext请求的响应，当SGSN接收到肯定响应时，SGSN激活PDP上下文，可以在MS和外部PDN之间中继T-PDU。本信令消息应该完成如下工作：（1）给出对于CreatePDPContext请求的肯定或否定响应。（2）告诉SGSN由GGSN选择的用户隧道和信令隧道的标志（TEID）。（3）如果SGSN申请动态PDP地址，则送回该动态PDP地址。（4）由GGSN建议的QoS值。（5）发送ReorderingRequired指示SGSN和GGSN是否需要支持T-PDU的重排序。（6）传输RestartCounter值。（7）传输该PDP上下文的计费ID。（8）传输SGSN的CDR应该发往的CGFIP地址。UpdatePDPContextRequest由SGSN向GGSN发送，主要用于GPRSInter-SGSN路由更新过程或者PDP上下文修改过程或者由于负荷分担重分配上下文等等；该信令消息也可由GGSN发往SGSN。本信令消息应该完成如下工作：（1）告诉GGSN由SGSN选择的用户隧道和信令隧道的标志（TEID）。（2）传输MS和SGSN之间协商的QoS值或者在PDP上下文修改过程中协商的新的QoS值。（3）传输RestartCounter值。UpdatePDPContextResponse一般由GGSN发往SGSN作为对UpdatePDPContextRequest的响应，也可以由SGSN发往GGSN。该信令消息应该完成如下工作：（1）给出肯定或者否定响应。（2）告诉SGSN由GGSN选择的用户隧道和信令隧道的标志（TEID）。（3）由GGSN建议的QoS值。（4）传输RestartCounter值。（5）传输该PDP上下文的计费ID。（6）传输SGSN的CDR应该发往的CGFIP地址。DeletePDPContextRequest作为GPRS分离过程或者GPRSPDP上下文去激活过程的一部分。DeletePDPContextResponse删除PDP上下文请求的响应。CreateAAPDPContextRequest与CreatePDPContextRequest基本相同，主要是不提供IMSI和MSISDN即可以不对用户进行认证。CreateAAPDPContextResponse对于CreateAAPDPContextRequest的响应,与CreatePDPContextResponse基本相同。DeleteAAPDPContextRequest请求删除AAPDP上下文。DeleteAAPDPContextResponse对于删除AAPDP上下文请求的响应。ErrorIndication如果对应于给定的G-PDU不存在PDP上下文或者移动管理上下文，将向对等GSN发送错误指示。PDUNotificationRequest当GGSN从外部PDN接收到一个T-PDU并决定发往MS当前的SGSN时，由GGSN向SGSN发起本消息，以便由SGSN向MS请求激活指定的PDP上下文。PDUNotificationResponse该消息由SGSN发往GGSN作为PDU通知请求的肯定或否定响应。PDUNotificationRejectRequest对MS请求PDP上下文激活时得到否定回答，此时由SGSN向GGSN发起本信令。PDUNotificationRejectResponse由GGSN发往SGSN作为PDUNotificationRejectRequest的肯定或否定响应。（三）位置管理消息位置管理消息主要用来为网络请求的PDP上下文激活过程提供MS当前所在的SGSN，当GGSN有指向七号信令系统的接口时，该部分功能可由MAP进程提供，否则必须以GTP-MAP协议转换GSN为中介实现。SendRouteingInformationforGPRSRequest向GTP-MAP协议转换GSN请求给定MS的当前SGSN地址。SendRoutingInformationforGPRSResponse对于SendRouteingInformationforGPRSRequest的肯定或否定响应，在肯定响应时给出MS的当前SGSN地址。FailureReportRequest在GGSN投递数据失败时，由GGSN发往GTP-MAP协议转换器要求在HLR中设置IMSI的MNRG标志。FailureReportResponse对于失败报告的响应。NoteMSGPRSPresentRequestGTP-MAP协议转换GSN向GGSN发起关于MS的可达信息。NoteMSGPRSPresentResponse由GGSN发往GTP-MAP协议转换GSN，作为对NoteMSGPRSPresent的响应。（四）移动管理消息移动管理消息主要用于Inter-SGSN路由更新时，由新SGSN向旧SGSN请求与MS相关的用户数据。IdentificationRequest由新SGSN向旧SGSN询问给定MS的IMSI和认证矢量。IdentificationResponse对于身份请求的响应。在肯定回答时将给出对应MS的IMSI和认证矢量组。SGSNContextRequest新SGSN将向旧SGSN发送一个SGSN上下文请求以便获取MS的MM和PDP上下文。SGSNContextResponseSGSNContextRequest的响应消息，在肯定响应时将携带对应MS的MM和PDP上下文。SGSNContextAcKnowledge由新SGSN发往旧SGSN作为SGSNContextResponse的响应消息。只有在接收到该消息时，旧SGSN才往新SGSN发送用户数据包