GPRS隧道協議

隧道技術是一種通過使用網絡的基礎設施在網絡之間傳遞數據的方式。使用隧道傳遞的數據(或負載)可以是不同協議的數據幀或包。隧道協議將這些其它協議的數據幀或包重新封裝在新的包頭中發送。新的包頭提供了路由信息 ,從而使封裝的負載數據能夠通過互聯網絡傳遞。為創建隧道,隧道的客户機和服務器雙方必須使用相同的隧道協議。隧道技術可以分別以第 2層或第 3層隧道協議為基礎(分層按照開放系統互聯(OSI)的參考模型劃分)。第 2層隧道協議對應 OSI 模型中的數據鏈路層,使用幀作為數據交換單位。PPTP,L2TP和 L2F(第 2層轉發)都屬於第 2層隧道協議 ,都是將數據封裝在點對點協議(PPP)幀中通過互聯網絡發送。第 3層隧道協議對應 OSI模型中的網絡層 ,使用包作為數據交換單位。IP over IP以及 IPSec 隧道模式都屬於第3 層隧道協議,都是將IP 包封裝在附加的 IP包頭中通過 IP網絡傳送。

目前 ,隧道協議已經被應用到許多網絡中 ,並逐步制定了相應的技術規範。GPRS隧道協議 GTP(GPRSTunnelling Protocol)是隧道協議在GPRS 網絡中的應用實例。 ^[1] 

GTP 協議是由GTP 信令和數據傳輸程序組成的。在信令平台,GTP信令規定了移動台 MS接入 GPRS網絡的隧道控制和管理功能要求 ,信令主要執行建立、修改和刪除GSN之間隧道功能以及執行移動性管理、位置管理、 路徑管理功能。在傳輸平台 ,GTP利用 GSN 之間建立的隧道傳送用户分組數據,並給出了以GTP 為基礎的IP組網技術,SGSN、GGSN執行GTP 、UDP或 TCP和 IP 字頭封裝功能和包括骨幹路由器在內對用户分組數據的分段處理功能。 ^[1] 

GTP 字頭是由 20 個字節組成的固定格式, 適合全部的 GTP 消息 , GTP 字頭組成和隧道標識符格式如圖 2 、 圖 3 所示。

其中 , 版本比特和 PT 比特合用表示協議類型及版本號 ;SNN 用於指示 SNDCP(子網相關的收斂協議)的N -PDU序號是否被包括 ;消息類型指示 GTP 消息的類型 :路徑管理、 隧道管理、 位置管理、 移動性管理等信令消息類型 ;序列號用於信令消息的事務處理標識和隧道傳送 T -PDU 的遞增序號;TID(隧道標識符)用於指出MM(移動性管理)和 PDP 上下文 。其結構如圖 3 所示。

圖 3 中 MCC 是移動網國家代碼 , MNC 是移動網代碼 , MSIN 是移動台識別號 , 屬於國際移動用户識別 IMSI 中的一部分。NSAPI 是網絡業務訪問點標識符 , 用於識別PDP 上下文。 ^[1] 

與 GPRS移動性管理功能有關的信令平台包括 GPRS連接,GPRS路由區更新和 PDP上下文激活等。GSN 節點之間的信令是由 GPRS 隧道協議 GTP 來執行的。信令平台(協議棧)如圖 4 所示。

GTP 信令流與GTP 隧道僅是邏輯上的結合 , 實際上是分開的。一對 GSN -GSN 之間可存在一條或多條路徑。每條路徑又可能包含一條和多條隧道。GTP 是一種手段 ,通過 GTP 來建立、 使用、 管理和釋放隧道。利用保持激活的回送消息來保持路徑 , 保證 GSN之間連接中斷時能及時檢測到。GTP 定義了 2 個相關的 GSN 之間的一組信令消息。GSN 之間(SGSN 和GGSN 之間 ;SGSN 和 SGSN 之間)以及生成 CDR 的網絡單元和 CGF 之間的信令消息類型值分配如表 1 所示:

對於信令消息, GTP 字頭的用法如下 :

(1)SNN 置 0 ;

(2)消息類型按上表取定為唯一值 ;

(3)長度是指不包括 GTP 字頭在內信令消息長度(字節數);

(4)序列號是指一條路徑或一條隧道的有效消息號碼, 在路徑或隧道中發送的每條 GTP 信令消息的序列號是唯一的, 連續序列號範圍為 0 至 65535 ;

(5)在全部路徑管理消息 、 位置管理消息和移動性管理消息中 TID 置 0。在隧道管理消息中 , TID 用於指出目的地 GSN 中的 MM 和 PDP 上下文 ;

(6)在全部路徑管理消息 、 位置管理消息中 , 流標誌沒有使用置 0。 在隧道管理消息和移動性管理消息中 , 流標誌置成所請求的值, 用於指示 GTP 流。信令消息是由用於信令的 GTP 字頭加後面跟隨着的一系列信息單元組成各種信令消息 , 主要取決於信令消息的類型 , 不同的信令消息類型 GTP 字頭後面跟隨不同的信令消息。信令消息格式如圖 5 所示。 ^[1] 

隧道用於在一個給定的GSN 對之間為單獨的一個MS 承載封裝的 T -PDU。出現在 GTP 字頭中的關鍵隧道標誌應説明一個特定的 T -PDU 屬於哪個隧道。以這樣一種格式 , 分組通過 GTP 在一個給定的 GSN -GSN 對之間進行複用和解複用 。在關鍵字段使用的TID 值是由發生在信令平台上的創建 PDP 上下文建立規程來建立的。

GTP 協議承載 T -PDU 通過 GPRS 骨幹網 。 T -PDU 封裝在 G -PDU中 , 在一對 GSN 之間的一個隧道中承載。一個 G -PDU 是由一個 GTP 字頭和一個 T -PDU 組成的分組。路徑協議規定路徑 , GTP 字頭規定隧道。幾個隧道可以複用到一條路徑上。幀結構如圖6 所示。

對於傳輸平台消息 , GTP 字頭應如下進行使用:

(1)SNN 標誌 :如果 SNN 標誌置 1 , 則 GTP 字頭包括可選的 SNDCP N-PDU 序號。

(2)消息類型置十進制 255 , 表明是一個 T -PDU。

(3)序列號 :用於決定是否丟棄一個收到的 T -PDU。

(4)SNDCP N -PDU序列號:如果 SNN 置 1 , 此序列號應該被包括。在 SGSN 間路由區更新時 , 此序列號被原 SGSN 用來告訴新 SGSN 指派給 T -PDU 包的N -PDU 序列號 。如果一個 T -PDU 包沒有被 SNDCP指定序號, 或 T -PDU 包在 LLC層上使用非確認的方式傳送 , 那麼 SNN 標誌應置 0, SNDCP N -PDU 序號應置 255 。

(5)流標誌用於識別 T -PDU 屬於哪個數據流。流標誌是接收方在上下文建立、 更新或 SGSN改變時選擇的。

(6)TID:隧道標識符指示該T-PDU所屬的隧道。由接收 GSN利用 TID來查找 MM和 PDP的上下文。 ^[1] 

UDP/IP 是在GTP 的第一版本中唯一規定用來傳送 GTP信令消息的路徑協議。UDP/IP也作為在無連接路徑上的隧道傳送無連接 T-PDU的推薦選擇。

TCP/IP 作為在一個可靠的面向連接路徑上的隧道傳送面向連接 T-PDU的推薦選擇。 ^[1] 

通用分組無線電業務(GPRS)是在GSM基礎上發展起來的移動分組數據接入因特網的技術,其實現方法被後來的3G所承襲,並且3G將IP多媒體業務也承載在GPRS上,因此,針對GPRS的技術研究和開發實現,成為移動核心網技術的重要發展方向。移動核心網分組域由GPRS服務支持節點(SGSN)和GPRS網關支持節點(GGSN)實體完成GPRS業務,而SGSN和GGSN之間的GPRS隧道協議(GTP)為多個移動台同時上網提供了多達232個連接,將移動台通過通用移動通信系統中陸地無線接入網(UTRAN)發起的分組數據協議(PDP)上下文連接,通過隧道技術導向因特網,屏蔽了移動台移動性對分組業務的影響,使所有的移動台都“透明”的連接到因特網上。因此,GTP隧道協議在2G和3G所提供分組業務的實現上都起着極其重要的作用。 ^[2]