[科普中国]-GPRS隧道协议

简介

隧道技术是一种通过使用网络的基础设施在网络之间传递数据的方式。使用隧道传递的数据(或负载)可以是不同协议的数据帧或包。隧道协议将这些其它协议的数据帧或包重新封装在新的包头中发送。新的包头提供了路由信息 ,从而使封装的负载数据能够通过互联网络传递。为创建隧道,隧道的客户机和服务器双方必须使用相同的隧道协议。隧道技术可以分别以第 2层或第 3层隧道协议为基础(分层按照开放系统互联(OSI)的参考模型划分)。第 2层隧道协议对应 OSI 模型中的数据链路层,使用帧作为数据交换单位。PPTP,L2TP和 L2F(第 2层转发)都属于第 2层隧道协议 ,都是将数据封装在点对点协议(PPP)帧中通过互联网络发送。第 3层隧道协议对应 OSI模型中的网络层 ,使用包作为数据交换单位。IP over IP以及 IPSec 隧道模式都属于第3 层隧道协议,都是将IP 包封装在附加的 IP包头中通过 IP网络传送。

目前 ,隧道协议已经被应用到许多网络中 ,并逐步制定了相应的技术规范。GPRS隧道协议 GTP(GPRSTunnelling Protocol)是隧道协议在GPRS 网络中的应用实例。1

GPRS 隧道协议GTPGTP 协议是由GTP 信令和数据传输程序组成的。在信令平台,GTP信令规定了移动台 MS接入 GPRS网络的隧道控制和管理功能要求 ,信令主要执行建立、修改和删除GSN之间隧道功能以及执行移动性管理、位置管理、 路径管理功能。在传输平台 ,GTP利用 GSN 之间建立的隧道传送用户分组数据,并给出了以GTP 为基础的IP组网技术,SGSN、GGSN执行GTP 、UDP或 TCP和 IP 字头封装功能和包括骨干路由器在内对用户分组数据的分段处理功能。1

GTP 字头GTP 字头是由 20 个字节组成的固定格式, 适合全部的 GTP 消息 , GTP 字头组成和隧道标识符格式如图 2 、 图 3 所示。

其中 , 版本比特和 PT 比特合用表示协议类型及版本号 ;SNN 用于指示 SNDCP(子网相关的收敛协议)的N -PDU序号是否被包括 ;消息类型指示 GTP 消息的类型 :路径管理、 隧道管理、 位置管理、 移动性管理等信令消息类型 ;序列号用于信令消息的事务处理标识和隧道传送 T -PDU 的递增序号;TID(隧道标识符)用于指出MM(移动性管理)和 PDP 上下文 。其结构如图 3 所示。

图 3 中 MCC 是移动网国家代码 , MNC 是移动网代码 , MSIN 是移动台识别号 , 属于国际移动用户识别 IMSI 中的一部分。NSAPI 是网络业务访问点标识符 , 用于识别PDP 上下文。1

信令平台与 GPRS移动性管理功能有关的信令平台包括 GPRS连接,GPRS路由区更新和 PDP上下文激活等。GSN 节点之间的信令是由 GPRS 隧道协议 GTP 来执行的。信令平台(协议栈)如图 4 所示。

GTP 信令流与GTP 隧道仅是逻辑上的结合 , 实际上是分开的。一对 GSN -GSN 之间可存在一条或多条路径。每条路径又可能包含一条和多条隧道。GTP 是一种手段 ,通过 GTP 来建立、 使用、 管理和释放隧道。利用保持激活的回送消息来保持路径 , 保证 GSN之间连接中断时能及时检测到。GTP 定义了 2 个相关的 GSN 之间的一组信令消息。GSN 之间(SGSN 和GGSN 之间 ;SGSN 和 SGSN 之间)以及生成 CDR 的网络单元和 CGF 之间的信令消息类型值分配如表 1 所示:

|| || 表一 信令消息类型值分配

对于信令消息, GTP 字头的用法如下 :

(1)SNN 置 0 ;

(2)消息类型按上表取定为唯一值 ;

(3)长度是指不包括 GTP 字头在内信令消息长度(字节数);

(4)序列号是指一条路径或一条隧道的有效消息号码, 在路径或隧道中发送的每条 GTP 信令消息的序列号是唯一的, 连续序列号范围为 0 至 65535 ;

(5)在全部路径管理消息 、 位置管理消息和移动性管理消息中 TID 置 0。在隧道管理消息中 , TID 用于指出目的地 GSN 中的 MM 和 PDP 上下文 ;

(6)在全部路径管理消息 、 位置管理消息中 , 流标志没有使用置 0。 在隧道管理消息和移动性管理消息中 , 流标志置成所请求的值, 用于指示 GTP 流。信令消息是由用于信令的 GTP 字头加后面跟随着的一系列信息单元组成各种信令消息 , 主要取决于信令消息的类型 , 不同的信令消息类型 GTP 字头后面跟随不同的信令消息。信令消息格式如图 5 所示。1

传输平台隧道用于在一个给定的GSN 对之间为单独的一个MS 承载封装的 T -PDU。出现在 GTP 字头中的关键隧道标志应说明一个特定的 T -PDU 属于哪个隧道。以这样一种格式 , 分组通过 GTP 在一个给定的 GSN -GSN 对之间进行复用和解复用 。在关键字段使用的TID 值是由发生在信令平台上的创建 PDP 上下文建立规程来建立的。

GTP 协议承载 T -PDU 通过 GPRS 骨干网 。 T -PDU 封装在 G -PDU中 , 在一对 GSN 之间的一个隧道中承载。一个 G -PDU 是由一个 GTP 字头和一个 T -PDU 组成的分组。路径协议规定路径 , GTP 字头规定隧道。几个隧道可以复用到一条路径上。帧结构如图6 所示。

对于传输平台消息 , GTP 字头应如下进行使用:

(1)SNN 标志 :如果 SNN 标志置 1 , 则 GTP 字头包括可选的 SNDCP N-PDU 序号。

(2)消息类型置十进制 255 , 表明是一个 T -PDU。

(3)序列号 :用于决定是否丢弃一个收到的 T -PDU。

(4)SNDCP N -PDU序列号:如果 SNN 置 1 , 此序列号应该被包括。在 SGSN 间路由区更新时 , 此序列号被原 SGSN 用来告诉新 SGSN 指派给 T -PDU 包的N -PDU 序列号 。如果一个 T -PDU 包没有被 SNDCP指定序号, 或 T -PDU 包在 LLC层上使用非确认的方式传送 , 那么 SNN 标志应置 0, SNDCP N -PDU 序号应置 255 。

(5)流标志用于识别 T -PDU 属于哪个数据流。流标志是接收方在上下文建立、 更新或 SGSN改变时选择的。

(6)TID:隧道标识符指示该T-PDU所属的隧道。由接收 GSN利用 TID来查找 MM和 PDP的上下文。1

路径协议UDP/IP 是在GTP 的第一版本中唯一规定用来传送 GTP信令消息的路径协议。UDP/IP也作为在无连接路径上的隧道传送无连接 T-PDU的推荐选择。

TCP/IP 作为在一个可靠的面向连接路径上的隧道传送面向连接 T-PDU的推荐选择。1

作用通用分组无线电业务(GPRS)是在GSM基础上发展起来的移动分组数据接入因特网的技术,其实现方法被后来的3G所承袭,并且3G将IP多媒体业务也承载在GPRS上,因此,针对GPRS的技术研究和开发实现,成为移动核心网技术的重要发展方向。移动核心网分组域由GPRS服务支持节点(SGSN)和GPRS网关支持节点(GGSN)实体完成GPRS业务,而SGSN和GGSN之间的GPRS隧道协议(GTP)为多个移动台同时上网提供了多达232个连接,将移动台通过通用移动通信系统中陆地无线接入网(UTRAN)发起的分组数据协议(PDP)上下文连接,通过隧道技术导向因特网,屏蔽了移动台移动性对分组业务的影响,使所有的移动台都“透明”的连接到因特网上。因此,GTP隧道协议在2G和3G所提供分组业务的实现上都起着极其重要的作用。2