【5G核心网】 GTP协议

article/2025/11/7 16:59:39

GTP 可以提供移动性的功能。使用 GTP，网络的终端能够在网络中移动位置，各个端点集之间可以建立多个隧道，从而根据业务不同可以提供不同的 Qos，可以隐藏 IP，安全性更高。

1. 定义概念

GTP-U Message: GTP-U（用户平面）消息是用户平面消息或信令消息。用户平面消息用于在 GTP-U 体之间承载用户数据分组。在网络节点之间的信令消息用于路径管理（path management）和隧道管理（tunnel management）。

GTP-U peer: 实现任何基于 GTP 用户平面协议的至少一侧的节点。 RNC，SGSN，GGSN，eNodeB，SGW，ePDG，gNB，N3IWF，UPF，PGW或TWAN或MME。

GTP-U Tunnel: 每个节点以 TEID， IP 地址和 UDP 端口号标识一个 GTP-U 隧道。必须在 GTP-U 实体之间开启转发数据包。

GTP-U Tunnel Endpoint: GTP-U 隧道端点标识所接收的 GTP-U 分组所针对的用户平面上下文（例如，EPS承载，PDU会话或RAB）。给定的 GTP-U 隧道端点可以从多个源 GTP-U peer 接收 GTP-U分组。（例如一个 UPF 上的 GTP-U 端点可从多个UPF 接收 GTP-U 分组）

GTP-PDU：GTP 协议数据单元，可以是 G-PDU 或信令消息

G-PDU：在GTP 网络节点间发送的用户数据包（T-PDU）加 GTP-U 报头

Signalling Message: 在 GTP 网络节点间发送的 GTP-U 消息，用于路径管理消息或隧道管理消息

T-PDU：T-PDU 是在 GTP-U 隧道中隧道传输的有效载荷

1.1 GTP-U Tunnel

GTP-U Tunnel 用来在给定的 GTP-U 端点承载包裹的 T-PDU 和信令消息。TEID 在 GTP 包头指示了 T-PDU 属于哪一个隧道。分组被 GTP-U 复用和解复用在隧道中

2. GTP-PDU Stacks

Figure: 4.4-1 G-PDU Protocol Stack

Figure: 4.4-2 Signalling Message Protocol Stack

5GC对GTPv1-U协议的Extension Header进行了扩展，增加了两个Extension Header

2.1 UDP/IP

UDP/IP 是在 GTPv1 版本中定义为传输 GTP 消息的唯一路径协议

GTP-U 消息 UDP 目的端口号是 2152，它是 GTP-U 的注册端口

3. GTP-U header

必要的字段

- Version，用来决定 GTP 协议的版本，该版本应该设置为 1

- Protocol Type（PT），这一位用作为协议标识符在 GTP（PT为1）还是 GTP'(PT为0)。GTP' 在 3GPP TS 32.295 中定义，并且它的头部的含义和 GTP 一样的

-  Extension Header flag (E)，这一位指示 Next Extension Header 域是否有意义。当设置为 0 时，Next Extension Header 不存在，如果存在也不被解释。当设置为 1 时，Next Extension Header 域要被解释

-  Sequence number flag (S)，这一位指示 Sequence number 域是否有意义。当设置为 0 时，Sequence number 要么不存在，如果村在也不被解释。当这设置为 1 时，Sequence number 域要被解释

- N-PDU Number flag (PN)，指示 N-PDU Number 是否有意义。当设置为 0，N-PDU Number 不存在，或者存在不被解释，当设置 1，N-PDU Number 将被解释

-  Message Type，定义了 GTP 的消息类型，包括 GTP-C 和 GTP-U

-  Length，指示了 payload 的长度，以字节为单位

-  Tunnel Endpoint Identifier (TEID)，该字段明确标识接收 GTP-U 协议实体中的隧道终结点，GTP 隧道的接收端在本地分配发送方必须使用的 TEID 值

Figure 5.1-1: Outline of the GTP-U Header

可选的字段

- Sequence Number，

- N-PDU Number，

- Next Extension Header Type

发送请求 GTP 消息

reply GTP 消息

4. GTP-U Extension Header 扩展头

Figure 5.2.1-1: Outline of the Extension Header Format

- Extension Header Length，定义了 Extension Header 长度，单位是 4 字节倍数

- Extension Header types，定义一堆 TS 29.281 章节5

5. 信令消息

路径管理消息
隧道管理消息
位置管理消息
移动管理消息
信令消息的可靠传递
信息元素

5.1 路径管理消息（主要用于测试路径的活动性）

Echo Request

每隔一定时间向另一个 GSN 或者 RNC 发送 Echo Request 询问路径的活动性

Echo Response

请求的响应。同时在 Echo Response 中可以携带 Restart Counter 值

Version Not Supported

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