GPRS隧道协议

GPRS隧道协议（GPRS Tunnelling Protocol，简称：GTP）是一组基于IP的通信协议，用于在GSM、UMTS和LTE网络中承载GPRS（通用分组无线业务，General Packet Radio Service）。
GTP协议目前有3个版本：version 2使用于LTE核心网；version 1使用于GSM和UMTS网络，也应用于LTE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。

**GTP协议的用途**

**GSM和UMTS网络**

**GPRS核心网**
GTP是GPRS核心网中使用的主要协议。它使得GSM或UMTS网络的终端能够在网络中移动位置，同时能持续的通过同一个GGSN连接到因特网。为了实现这一功能，GTP协议总是将用户面数据从用户位置所属的SGSN传输到它开户信息所对应的GGSN。
GPRS核心网使用三种 GTP协议。- GTP-U用于为每个PDP上下文提供一个或多个隧道，用以传输用户数据- GTP-C用于控制目的，包括：
** PDP上下文的建立和删除
** GSN可及性验证
** 位置更新。例如，当签约用户从一个SGSN移动到另一个SGSN- GTP'用于从各个GSN传送计费数据到计费网关功能（CGF，Charging Gateway Function）。
GGSN和SGSN（合称为“GSN”）在UDP端口2123上监听GTP-C消息，在端口2152上监听GTP-U消息。GTP协议通信可以通过GPRS漫游交换（GPRS Roaming Exchange）发生在不同运营商之间。
计费网关功能（CGF，英文：Charging Gateway Function）在TCP/UDP端口3386上监听发送自GSN的GTP'消息。核心网发送计费信息到CGF，计费信息至少包含PDP上下文激活次数以及终端用户传送的数据量。与GTP-C和GTP-U不同，GTP'协议承载的报文通常只在单个运营商网络内部使用，因此并不那幺标准化。运营商可以做特殊的配置，使用特别的编码，甚至使用完全不同的系统来完成计费。

**UMTS的核心网和接入网之间（Iu-PS接口）**
GPRS核心网和UMTS接入网之间的Iu-PS接口上，用户面也使用GTP-U协议。然而在控制面上并不使用GTP-C，而是用RANAP协议。GTP-U的隧道在Iu-PS接口上也是以RANAP协议管理的。

**LTE网络**
LTE网络中的GTP协议功能与GSM/UMTS网络中基本相同。在控制面上LTE网络使用GTPv2-C，用户面上使用GTP-U，计费相关功能使用GTP'。
在S1接口（eNodeB和SGW之间）上，用户面使用GTP-U协议。在接入网X2接口（两个eNodeB之间）上，用户面也使用GTP-U协议，控制面使用X2AP。

**协议特性**
所有的GTP变种都有一些共有的特性。消息的结构都是相同的，GTP消息头在UDP/TCP头之后。

**消息头**

**GTP版本1**
GTPv1消息头包含如下的字段：
版本（Version）:长度为3位，对于GTPv1来说，这个值始终是“1”。
协议类型（PT，全称：Protocol Type）:长度为1位，取值为1表示GTP，0表示GTP'。
保留（Reserved）:长度为1位，保留字段（必须为0）。
扩展消息头标志位（E，全称：Extension header flag）:长度为1位，标记是否存在一个可选的扩展消息头字段。
序列号标志位（S，全称：Sequence number flag）:长度为1位，标记是否存在一个可选的序列号字段。
 N-PDU号标志位（PN，全称：N-PDU number flag）:长度为1位，标记是否存在一个可选的N-PDU号字段。
消息类型（Message Type）:长度为8位，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）:长度为16位，指示消息体长度，单位为字节，不包括GTP头前8字节的必选字段。
隧道端点标识（TEID，全称：Tunnel endpoint identifier）:长度为32位（4个八位元组），用于区分GTP隧道中的不同连接。
序列号（Sequence number）:可选字段，长度为16位。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。
 N-PDU号（N-PDU number）:可选字段，长度为8位。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PN位为1时，这个字段必须被解析。
下一扩展消息头类型（Next extension header type）:可选字段，长度为8位。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E位为1时，这个字段必须被解析。
下一扩展消息头如下：
长度（Length）:长度为8位。这个字段指出本扩展消息头的长度，包括长度（这个字段本身）、内容和下一扩展消息头字段，以4个八位元组为单位，因此扩展消息头的长度必须是4的倍数。
内容（Contents）:扩展消息头内容。
下一扩展消息头（Next extension header）:长度为8位。它指出下一扩展消息头的类型，取值为0表示不存在下一个扩展消息头。通过该字段可以实现多个扩展消息头的串联。

**GTP版本2**
它也被称为“进化版GTP”（evolved-GTP）或“eGTP”。GTPv2-C消息头包含如下的字段： 
注意：不存在GTPv2-U协议。在LTE中的GTP-U仍使用GTPv1-U。
版本号：长度为3位，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。只有Echo Request和Echo Response消息不携带TEID字段。
总长度（Total length）:包括消息头和消息体的消息总长度（除去必选字段所在的前4个八位元组）。

**连接机制**
除了共同的消息结构之外，GTP协议还有一个共同的机制来验证两个节点之间的连接。这种机制依靠以下两种消息实现：- Echo Request- Echo Response
每隔60秒，一个网元可以向每个有活跃连接的对端发送一个Echo Request，来确认连接有效。如果对端不回复Echo Response，则它可以被视为宕机，而该活跃连接将被删除。
各种 GTP协议除了上述2个消息之外，没有共通的消息类型。也就是说，GTP-C，GTP-U和GTP'基本上是3种独立的协议。

**GTP-C - GTP控制面**
GTP-C协议是GTP标准的“控制”部分。当一个签约用户请求一个PDP上下文，SGSN将发送一个“创建PDP上下文请求”（Create PDP Context Request）的消息给GGSN，给出该签约用户的请求的明细。该GGSN将发送一个“创建PDP上下文响应”（Create PDP Context Response）消息，这个消息会要幺给出被激活的PDP上下文内容，要幺指出一个失败，及该失败的原因。版本1和版本2的GTP-C消息使用UDP端口2123。
在LTE核心网中，GTPv2-C协议负责在S1、S5/S8等接口上创建、维持和删除隧道。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LTE的网间切换中创建转发隧道。

**GTP-U - GTP用户数据隧道**
GTP-U是一个比较简单的基于IP的隧道协议，它允许在各个端点集之间建立多个隧道。UMTS网络中，每个签约用户拥有至少一个隧道。每一个激活的PDP上下文拥有至少一个隧道，当隧道多于1个时，多出来的隧道为特定的服务提供特定的端到端QoS。
每个隧道由一个GTP-U消息中的TEID（隧道端点标识符，