5GC基础自学系列 | 5GC协议系列之GTP-U

Posted 2022-04-01 COCOgsta

视频来源：51学通信《5G核心网基础、协议与信令流程》

一边学习一边整理老师的课程内容及试验笔记，并与大家分享，侵权即删，谢谢支持！

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主要内容

介绍5G网络和4G的GTP-U有什么不同？

介绍GTP-U协议的协议栈和主要功能

介绍GTP-U协议相关功能的主要参数

5G协议总览（23501）

5G中的GTP-U协议简介

5G的GTP-U协议在29281定义， 本视频以R15.6版本举例介绍。

5G的GTP-U协议栈和4G是一样的， 也使用UDP的端口2152。

站在核心网的角度（23501），主要用于N3和N9口，用于用户面数据传递。

• 关于N9口的GTP在38415介绍

站在RAN的角度看， 还用于gNB之间的Xn-U口。

GTP-U相关术语和概念

GTP-U消息：用来传送上层用户面数据或信令消息。

• -注意：GTP-U消息不光是用来传递用户面数据， 它也有自己的信令消息。
• 信令消息的参数部分叫IE， 采用TV或TLV编码。

GTP Path：两个GTP隧道端点之间建立的无连接路径。

GTP隧道：通过TEID+IP地址+UDP端口标识。

GTP隧道端点：GTP隧道的两端节点。通过节点IP地址+UDP端口标识。

T-PDU：用户的原始上层数据

G-PDU：T-PDU+GTP-U包头

• G-PDU：GTP encapsulated user Plane Data Unit
• T-PDU：Transport PDU
• TEID：Tunnel Endpoint IDentifier
• IE：Information Element

5G GTP-U包头 - （必选参数+可选参数+扩展包头）

• Version：版本号， v1版本。
• PT：Protocol Type， 1bit。取值为0：GTP'（用于4G的话单传递）值1为GTP
• E bit：Extension Header， 1bit。指示后续是否有扩展包头。
• S bit：Sequence number， 1bit。指示是否存在序列号字段。
• PNbit：1bit。指示是否存在N-PDU Number。
• Length：2字节。总长度。=上层Payload的长度+GTP-U头的总长度。
• TEID：4字节。标识一个GTP-U隧道
• Sequence Number：2字节。对T-PDU进行编号，可用于用户面排序、重传等目的
• N-PDU Number：仅用于GPRS。SN DCP层参数。
• Next Extension Header Type：如果有扩展包头的话， 那扩展包头的类型是什么。

回顾：4G vs 5G Qos架构 - 引入PDU Session Container扩展包头的背景

结论：

• 4G的GTP-U隧道（如S 1-U口）基于EPS Bearer的， 所以TEID就可以区分不同的用户。
• 5G的GTP-U隧道（如N3口）基于PDU会话的， 但上面有用户很多的Qos流， 无法用TEID来区分。
• 因此， 5G的GTP-U定义了一个扩展包头：PDU Session Container来解决这个问题。

5G GTP-U扩展包头 - PDU Session Container（5G独有）

为了支持5G的PDU会话参数传递， 在29281中定义了PDU Session Container扩展包头，具体的参数在38415中定义。

• PPP：Paging Policy Presence， 1bit。指示是否存在PPI参数
• PPI：Paging Policy Indicator， 3bit。寻呼策略指示， 用于PPD功能。
• RQI：ReflectiveQoSIndication。1bit， 反射型Qos指示
• QFI：QoSFlowIdentifier。6bit， Qos流的标识
• PDU Type：4bit。取值为0=DLP DU SESSION INFORMATION，1=ULP DU SESSION INFORMATION。2~15预留。

注：PPD即Paging Policy Differentiation， 在23501的5.4.3.2中定义， 指的是可根据运营商的配置， 由AMF针对同一PDU会话的不同流量或业务类型采取不同的寻呼策略。由PPI参数决定。PPI参数可以由SMF根据IP头的DSCP值映射过来， 然后提供给UPF。

GTP-U传递用户面数据举例（N3口）

5G GTP-U信令面消息 - 路径管理

GTP-U协议的路径管理消息主要有：

• Echo Request：用来探测GTP路径和对端节点是否正常。发送间隔由N3计数器控制，建议值为5次。T3为等待响应的时间，建议不低于60秒。若T3*N3超时，则认为GTP路径失效。
• Echo Response：对Echo Request的响应
• Supported Extension Headers Notification：声明自己所支持的GTP扩展包头

5G GTP-U信令面消息 - 隧道管理

GTP-U协议的隧道管理消息主要有：

• Error Indication：当收到一个G-PDU但找不到对应的EPS Bearer/PDU会话， 并且TEID不是全0， 则要给对端发Error Indication。主要用途防止DOS攻击。
• End Marker：用于表明该GTP-U隧道已收到最后一个G-PDU， 该隧道将不再接受后续的用户数据。如果来了，也被直接丢弃。【常见于切换流程完成阶段的用户面路径切换。（参考51学通信录制的“基于Xn接口的跨gNB基本切换流程”视频）】