900
／
1800MHz TDMA
数字蜂窝移动通信网通用分组无线业务（
GPRS
）隧道协议技术规
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□信息产业部电信传输研究所
汪群山
在国际上由于对无线数据业务的需求，特别是Internet的迅猛发展，急需出台
技术行业标准已成为全球通信业的共识。
欧洲电信标准化协会ETSI为了提高GSM对
分组数据业务的网络支撑能力，
于1993年开始研究制定基于数字蜂窝GSM网提供分
组型移动数据业务GPRS（通用分组无线业务）标准，1998年基本完成GPRS标
准的制定工作。GSM
09．60《通过Gn和Gp接口的GPRS隧道协议GTP》
标准，属于已完成的GPRS系列标准之一。我国的《900／1800MHz
TDM
A数字蜂窝移动通信网通用分组无线业务（GPRS）隧道协议技术规范》
，是基于GS
M
09．60
标准协议、GSM
12．15
GPRS计费、GSM相关技术规范与我
国通信业的具体情况，在国际标准的基础上编写而成的。
一、GTP协议在GPRS传输协议栈中的位置
在GPRS
传输协议栈中，GPRS隧道协议GTP是位于GSN间的UDP（TC
P）／
IP（运输层／网络层）协议层之上。UDP（TCP）
、IP、L2链路层、
L1物理层以下四层协议，是典型的IP网络采用的协议。UDP／
IP是路径协
议，是用户分组数据和信令的寻径，UDP／
IP路径是指两个端点之间的无连接路径；
端点是用IP地址和UDP端口号定义的。传输网可以在ATM、以太网、DDN等中选
择。
GTP协议是由信令平台和传输平台组成的，
信令平台最主要的功能是在GPRS骨干
网中GSN节点之间为GPRS
MS用户建立传输隧道，由传输平台完成GSN之间用
户分组数据T－PDU隧道透明传输。每对GSN节点之间可以存在一条或多条路径，每
条路径又可能包含一条或多条GTP隧道，即在一条路径上可实现多条GTP隧道的复
用。GGSN通过Gi接口与外部数据网：IP网络和X．25网络连接。GTP协议功
能是为GPRS
MS接入外部数据网建立透明的数据传输隧道。GTP协议属于GPR
S网络内部协议，GGSN之间是采用外部网络协议。支持计费功能的GTP协议称为G
TP
'
协议，这是一个可选项。GTP
'
协议的功能是把CDR（计费数据记录即话单）从
生成CDR的GSN节点传送到CGF（计费网关功能单元）节点。CGF还将把CDR
送往运营者设置的计费系统BS。因此GPRS（骨干）网络是以GTP为基础的IP网
络。GTP协议体现了GPRS网络与IP网络不同的特点。
二、主要技术要求
GTP标准定义了两种接口：Gn接口，是指在同一个公共陆地移动网PLMN中，G
SN节点之间的接口；Gp接口，指在不同的PLMN中，GSN节点之间的接口。GT
P用于Gn和Gp接口协议，
GTP协议是由GTP信令和数据传送程序组成的，即由
信令平台和传输平台组成的。在信令平台，GTP信令规定了建立、修改和删除GSN之
间隧道的隧道管理、执行路径管理、位置管理、移动性管理和可选项计费数据传送管理的
控制和管理程序要求，通过该协议允许SGSN提供MS接入GPRS网。在传输平台，
利用GTP信令建立的GSN之间的隧道，通过封装T－PDU承载用户分组数据，利用
GTP字头中的TID，标识某个特定用户分组T－PDU是在哪一个隧道中传送的。由
GTP信令建立的SGSN和GGSN之间的隧道，
主要用于传送MS和外部分组数据网
之间的数据业务，为GPRS
MS访问外部分组数据网提供服务。GTP信令还用于M
S与GPRS连接和SGSN之间的路由更新，
即用于MS从原SGSN到新的SGSN
的数据隧道传送，提供移动性管理功能，GTP协议是由SGSN和GGSN来执行的。
一个SGSN可允许连接多个GGSN，一个GGSN也可以连接多个SGSN，组成G
PRS广域（骨干）网络，为一个很大的地理区域内的MS提供传输业务。
1．信令平台
GSN之间的信令平台（协议栈）是由GTP协议和下层的路径协议（UDP／IP）
组成的。在信令平台，规定了传送信令时的GTP字头和GTP
'
（
用于计费）字头的使用
按照功能划分规定了5种信令消息，即：路径管理、隧道管理、位置管理、移动性管理和
可选项计费数据传送管理。每种信令消息又是由多条消息类型组成的，GTP协议定义了
35条信令消息类型
保留219条信令消息类型供将来使用
，并规定了每条信令消息
类型、所包含的信息单元和每种信息单元包含的参数和功能要求。
一条信令消息类型是由GTP字头加上多个信息单元构成的。
传送信令消息时的GTP
字头用于指示、该信令消息的类型、信令消息字节长度。版本比特PT是l指示，是G
TP消息；PT是0指示，是GTP
'
消息。序列号，指示在一条路径或一条隧道中传送
有效信令消息号码，连续序列号的范围是从0到65535；在路径管理和位置管理消息
中，流标志没有使用置0。在隧道管理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；SNN置0（见传输平台）
。在信令平台隧道标识符TID仅用于隧道
管理信令消息，
TID是由国际移动用户识别
IMSI
和网络业务访问点标识符NSA
PI组成的。IMSI用于对GPRS
MS用户识别，NSAPI用于识别分组数据协
议PDP上下文。由接收GSN利用TID来查找移动性管理MM和PDP上下文（PD
P是网络协议，用于外部分组数据网与
GPRS网的接口协议。PDP上下文是为一个
PDP地址保存在MS和GSN中的信息集合。
PDP上下文信息单元包含了会话管理参
数，存在于MS、GSNs中，是为外部分组数据网地址定义的，在进入SGSN间路由
更新时必须传送的参数。主要定义了以下参数和编码值：NSAPI，收和发用户数据N
－PDU序号，
QoS，
允许MS访问归属或拜访PLMN权限，
是否重排序T－PDU，
PDP地址即MS接入外部网的IP地址或X．25地址，GGSN的IP地址，访问点
名APN指示GGSN连接到哪一个外部网络。MM上下文信息单元包含移动性管理、M
S的鉴权、业务能力和加密参数，在进入SGSN间路由更新时必须传送的参数）
。GT
P信令主要执行控制和管理功能。对于匿名接入，MSIN是用特定的
PLMN
分配的
号码来替代的，在PLMN中应是唯一的。
GTP协议定义了26种信息单元（其中两种是用于计费）
；GTP
'
协议又新增加6种
信息单元（用于计费）
，并规定了每种信息单元的格式、类型值、包含的参数和定义（参
数的编码值）
。26种信息单元包括工作状态、国际移动用户识别IMSI、路由区识别
RAI、临时逻辑链路识别TLLI、分组型临时移动用户识别P－TMSI、服务质量
QoS、请求重新排序、鉴权、MAP状态、分组型临时移动用户识别P－TMSI名、
MS生效、复原、选取方式、数据I流标志、信令流标志、数据II流标志、计费标识、
端用户地址、
MM上下文、PDP上下文、访问点名、协议配置选项、GSN地址、M
S的国际PSTN／ISDN号码、计费网关地址和专用扩展信息单元。
GTP
'
协议新增加的6种信息单元是指推荐的
计费网关
节点地址、计费记录CDR
分组传送命令、CDR数据记录分组、释放CDR分组序号、删除CDR分组序号和响应
请求信息单元。由于一条信令消息是由GTP字头加上多个信息单元构成的，所以GSN
节点根据一条信令消息中信息单元和GTP字头中定义的参数完成相应的控制和管理功
能。由于受篇幅限制，关于上述每种信息单元包含的参数及每种参数定义和功能要求请详
见技术规范。下面对规范中定义的全部信令消息的功能做简要描述：
⑴
路径管理信令消息
定义的消息类型，包括：回送请求及响应、版本不支持、节点复活请求及响应、重定向
请求及响应。其中后4种信令类型是用于计费新增加的信令消息，另3种信令类型也用于
计费数据记录CDR的传送。
功能：在一对GSN之间以及GSN和CGF之间传送路径管理消息。
⑵
隧道管理信令消息
定义的消息类型包括：建立（删除）PDP上下文请求及响应、更新PDP上下文请求
及响应、建立（删除）AA（匿名接入）PDP上下文请求及响应（用于匿名接入功能
同上）
、差错指示（为了接收G－PDU，如果PDP上下文或MM上下文不存在，SG
SN送差错指示到GGSN）
、PDU通知请求及响应（当由网络发起请求PDP上下文
激活时，GGSN送PDU通知请求消息到由HLR指示的MS当前所在位置的SGS
N。SGSN将负责请求MS激活所指定的PDP上下文）
、PDU通知拒绝请求及响应，
共15种。
功能：隧道管理消息包括隧道控制和管理消息，用于建立、修改和删除MS和外部分组
数据网之间经SGSN和GGSN传送T－PDU的隧道。
⑶
位置管理信令消息
定义的消息类型包括：
作为GPRS请求
（响应）
发送路由信息、
故障报告请求及响应、
提示MS在GPRS重新出现请求及响应等，共6种。
功能：当请求使用网络发起的（外部网络访问GPRS
MS时）PDP上下文激活程
序及GGSN没有与SS7
MAP（7号信令）接口即Gc（GGSN与HLR）接口
时，位置管理信令消息定义支持该工作情况。在GPRS骨干网中，GTP用于GGSN
和GTP－MAP协议转换GSN节点之间的信令消息传送。
GTP－MAP协议转换G
SN节点完成GTP（来自GGSN信令）和MAP之间的信令消息协议转换，从而完成
HLR和GGSN之间MS位置信息的交换。
⑷
移动性管理信令消息
定义的消息类型包括：识别请求及响应（已经连接GPRS的MS使用P－TMSI进
行识别，当断开GPRS时，工作的SGSN会发生改变，则新的SGSN将送该消息到
原SGSN请求IMSI）
、SGSN上下文请求及响应（新SGSN送该请求到原SG
SN为MS获取MM和PDP上下文，
使用MS原来的RAI和TLLI值来识别MS）
、
SGSN上下文证实。
功能：移动性管理消息属于信令消息，是在MS与GPRS连接及SGSN之间路由更
新程序启动时在SGSN之间传送的。
用于完成MS从原SGSN到新SGSN的数据隧
道传送。
⑸
计费数据记录传送管理信令消息
定义的消息类型包括：
（计费）数据记录传送请求和数据记录传送响应。
功能：
GTP
'
协议的功能是从网络单元
（SGSN，
GGSN）
或从产生CDR
（话单）
的功能实体中收集CDR并送到CGF（计费网关功能单元）
，完成CDR在SGSN和
CGF之间、GGSN和CGF之间及CGF和CGF之间的传输。CGF能将计费信息
从SGSN和GGSN送到网络运营者设置的计费系统BS。
在附录B中给出
"
序列号的检查方法
"
。这是利用接收T－PDU序列号来确定接收分组
（T－PDU）是否有效的方法。
2．传输平台
GSN之间的传输平台（协议栈）由路径协议UDP（TCP）／IP及上面的GTP
协议和高层的端用户协议组成。在传输平台，规定了GSN之间传送用户分组数据T－P
DU时的协议栈和GTP字头的使用。
在GTP协议的第一版本，
规定了GSN之间用UDP／IP路径协议传送GTP信令
消息。
并规定用UDP／IP无连接路径或TCP／IP面向连接路径上建立的隧道传送
用户分组数据。
在传输平台，
规定了GSN之间传送用户分组数据T－PDU时GTP字头中参数的定
义：消息类型值置255表示GTP字头后面跟随的是一个用户分组数据T－PDU、S
NN（子网相关收敛协议SNDCP
N－PDU序号）标志置1，则GTP字头中包括
SNN序号。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，SN
N序号应置为255、长度指示不包括GTP字头的T－PDU尺寸。序列号，用于决定
是否丢弃一个收到的T－PDU包，发送端GSN在一个隧道上发送第一个T－PDU
时，序列号应置0，以后每发送一个T－PDU时，序列号加1，超过65535后，重
新从0开始。当一个会话在一对GSN之间建立时，接收端GSN应将计数器置0，以后
每接收一个有效的T－PDU时，序列号加1，超过65535后，重新从0开始。它用
来定义
"
期望接收包的序号值
"
，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，TID，隧道标识符指示该T－PD
U所属的隧道。由接收GSN利用TID来查找MM和PDP上下文。
GTP利用GTP字头封装用户分组数据T－PDU的原理提供承载（隧道传送）用户
数据业务。由于在一对GSN节点之间可能有多条路径，一条路径又可能包含多条GTP
隧道，因此数据的传送处理过程是：用户数据T－PDU先用GTP字头封装，组成G－
PDU，利用GTP字头中的TID指示该T－PDU是在哪一个隧道中传送的。GTP
字头用于定义隧道。G－PDU再用IP字头封装，IP字头通过IP地址定义该G－P
DU是在哪一条路径中传送的。IP字头用于定义路径。因此T－PDU通过GTP实现
在GSN之间的一条路径上复用传输，由TID进行标识。
3．使用GTP的IP组网
在使用GTP的IP组网技术中，规定GSN节点要用GTP字头、UDP或TCP字
头和IP字头封装。在现阶段GPRS应采用网间协议IPv4，以GTP隧道为基础组
网。应避免使用IP分段，并规定MO方向（来自MS分组）
、MT方向（来自外部主机
分组）和从原SGSN到新SGSN分组的处理要求。
⑴
MO方向
SGSN：来自MS的分组应在SGSN处用GTP字头、UDP或TCP字头和IP
字头封装。如最终得到的IP分组比去往GGSN的第一链路（第一跳）的MTU大，则
应由SGSN执行IP分组分段。
如果IP分组比SGSN和GGSN之间的任何链路的
MTU大，则SGSN最好对它进行分段。
骨干路由器：根据IPv4，任何骨干路由器可在必要时对GTP分组如果丢失了任
何分段，整个分组必须丢弃。
⑵
MT方向
行分段。GGSN：根据IPv4，GGSN将对从SGSN接收到的任何IP分段进
行组装。如果
GGSN：来自外部主机的分组应在GGSN处用GTP字头、UDP或
TCP字头和IP字头封装。
如果最终得到的IP分组比去往SGSN的第一链路的MT
U大，则应由GGSN执行IP分组分段。如果IP分组比GGSN和SGSN之间的任
何链路的MTU大，则GGSN最好对它进行分段。骨干路由器：根据IPv4，任何骨
干路由器可在必要时对GTP分组进行分段。
SGSN：根据IPv4，SGSN将对从GGSN接收到的任何IP分段进行组装。
如果丢失了任何分段，整个分组必须丢弃。
⑶
从原SGSN到新SGSN
原SGSN：用户分组应用GTP字头、UDP或TCP字头和IP字头封装。如果最
终得到的IP分组比去往新SGSN的第一链路的MTU大，
则应由原SGSN执行IP
分组分段。如果IP分组比原SGSN和新SGSN之间的任何链路的MTU大，则原S
GSN最好对它进行分段。
骨干路由器：根据IPv4，任何骨干路由器可在必要时，对GTP分组进行分段。
新SGSN：根据IPv4，新SGSN将对从原SGSN接收到的任何IP分段进行
组装。如果丢失了任何分段，整个分组必须丢弃。
在GPRS骨干网中，当工作的GSN节点数多时要引入骨干路由器。
另外，行标还规定了差错处理要求，包括协议差错、不同的GTP版本、GTP信息太
短、
未知的GTP信令消息、
未预见的GTP信息、
丢失了必选的信息单元、
无效的长度、
无效的必选信息单元、无效的可选信息单元、未知的信息单元、顺序紊乱的信息单元、未
预见的信息单元、重复的信息单元和错误的可选信息单元的处理要求等等。
