博主未授權任何人或組織機構轉載博主任何原創文章，感謝各位對原創的支持！
博主鏈接

本人就職于國際知名終端廠商，負責modem芯片研發。
在5G早期負責終端數據業務層、核心網相關的開發工作，目前牽頭6G算力網絡技術標準研究。


博客內容主要圍繞：
???????5G/6G協議講解
???????算力網絡講解（云計算，邊緣計算，端計算）
???????高級C語言講解
???????Rust語言講解

GTP-U協議介紹

一、GTP-U協議棧介紹

1.1 數據傳輸協議棧

T-PDU（Transport PDU）：用戶數據包，如IP數據報，是指終端與外部包數據網絡中的網絡實體之間發送的用戶數據包。
G-PUD（GTP encapsulated user Plane Data Unit）：用戶數據包（T-PDU）加上GTP-U報頭，在GTP網絡節點之間發送的數據包。

用戶數據包（T-PDU）封裝上GTP-U包頭之后，通過UDP/IP發送出去。

1.2 信令傳輸協議棧

IE：Information Element

使用傳輸GTP-U路徑和隧道管理相關的消息，不同的消息類型具有不同的數據結構，將這些不同的數據結構統稱為IE。

NOTE：在實現的時候，需要注意GTP-U具有熟知目標端口號2152。

二、GTP-U Header介紹

GTP-U的頭由兩部分組成，第一部分是固定部分，長度為8 bytes；第二部分是擴展部分，根據第一部分相關flag的值，確實是否存在或者有效。下面先介紹固定部分的參數含義。

2.1 固定部分

固定部分的長度為8 bytes，如下圖所示部分：

其中，

• Version field：指示GTP-U協議版本，目前固定是1；

• Protocol Type（PT）：用于區分GTP和GTP’ 協議，對于GTP協議來說設置為1，GTP’ 協議設置為0；

• Extension Header flag（E）：指示Next Extension Header Type字段是否有效；

• Sequence number flag（S）：指示Sequence Number字段是否有效；

• N-PDU Number flag（PN）：指示N-PDU Number字段是否有效；

• Message Type：指示GTP-U消息的類型，支持的消息類型如下；
  

• Length：指示GTP-U消息的長度，單位是byte，長度不包括固定字段（即前8 bytes）。如果存在擴展字段，則應該計算到Length中；

• Tunnel Endpoint Identifier（TEID）：唯一標識一個GTP隧道的端點。此值由接收端分配，通過控制平面消息傳輸給發送端。發送端在發送消息時攜帶接收端的TEID，標識此消息是發送給那個接收端。通常情況下不應該為0，但是為了后向兼容，如果接收端通知TEID為0，發送端也要視為正常情況處理。對于Echo Request/Response、Supported Extension Headers notification、Error Indication消息，需要將TEID設置為0；

2.2 擴展字段

GTP-U有3個擴展字段，

其含義如下：

• Sequence Number：因為UDP不支持按序傳輸，為了支持按序傳輸，需要通過該字段為每個G-PDU消息增加序號；
• N-PDU Number：該字段用于SGSN間路由區域更新過程和一些系統間切換過程（例如，2G和3G無線接入網絡之間）。該字段用于協調MS和SGSN之間的公認通信模式的數據傳輸。該字段的確切含義取決于具體場景（例如，對于GSM/GPRS到GSM/GPRS，SNDCP N-PDU號在這個字段中）；
• Next Extension Header Type：指示此字段后面的擴展頭類型，支持的擴展類型值如下所示；
  

NOTE：如果E、S、PN中的任意一個字段有效（置為1），則上述擴展字段都會出現，但只有有效字段對應的擴展字段的值才有意義。例如E=1，S=0，PN=0，則Sequence Number、N-PDU Number和Next Extension Header Type都存在，但是只有Next Extension Header Type的值有意義。

三、擴展頭介紹

擴展頭的消息結構如下：

• Extension Header Length：指示特定擴展頭的長度，其長度是4的倍數，即以4字節為單位；
• Extension Header Content：由具體的擴展頭類型確定；
• Next Extension Header Type：指示此字段后面的擴展頭類型，如果沒有此值應該為0；

3.1 NR相關的擴展頭介紹

擴展頭	含義
UDP Port	在Error Indication消息中指示發送此錯誤消息的端口號
PDCP PDU Number	在NR中用于基于Xn和N3切換中的數據轉發
Long PDCP PDU Number	在NR中用于基于Xn和N3切換中的數據轉發，對應于PDCP SN長度為18bit
NR RAN Container	這個擴展頭可以在G-PDU中通過NG-RAN中的X2-U、Xn-U和F1-U用戶平面接口傳輸，對于EN-DC來說，可以在E-UTRAN中傳輸。帶有這個擴展頭的G-PDU消息可以在沒有T-PDU的情況下發送
PDU Session Container	這個擴展頭可以在N3和N9用戶平面接口，即NG-RAN和UPF之間或兩個UPF之間傳輸

四、控制相關的信令

GTP-U隧道用于在給定的一對GTP-U隧道端點之間攜帶封裝的T-PDU和信令消息。GTP頭中的TEID指示一個特定的T-PDU屬于哪個隧道。通過這種方式，可以在一對隧道端點之間通過GTP-U復用和解復用數據包。TEID的值會在GTP-C創建PDP上下文和RAB分配過程中進行協商。

GTP-U信令消息分為路徑管理消息和隧道管理消息。

4.1 路徑管理消息

• Echo Request/Echo Response：GTP-U端可能會在路徑上向另一端發送一個Echo請求，以確定另一端是否還活著(參見“路徑失敗”一節)。可以為使用中的每個路徑發送Echo請求消息。如果至少有一個PDP上下文、EPS Bearer上下文、PDU Session上下文、MBMS UE上下文或MBMS Bearer上下文使用了到另一端GTP-U的路徑，則認為該路徑已被使用。發送Echo請求消息的時間和頻率取決于具體的實現，但在每個路徑上發送Echo請求的頻率不應超過60秒；
• Supported Extension Headers Notification：此消息表示指定IP地址上的GTP實體可以支持的擴展頭列表。只有在GTP實體需要強制支持某個擴展頭，但GTP實體尚未升級以支持該擴展頭的情況下，才會發送此消息。發送此消息的GTP端點被標記為不支持某些擴展頭。對端GTP實體可能會重試使用該節點的所有擴展標頭，以嘗試驗證它已經升級；

4.2 隧道管理消息

• Error Indication：當接收端發生錯誤的時候，向發送端發送錯誤原因，并指示哪個接收端發送的錯誤；
• End Marker：表示給定隧道的有效載荷流結束，即在該隧道的End Marker消息之后到達的G-PDU可能會被靜默丟棄。如果接收到帶有TEID且沒有上下文的End Marker消息，則接收方將忽略此消息；
• Tunnel Status：隧道狀態信息是可選的。一個GTP-U實體如果支持該消息，可以向對端GTP-U實體發送一條或多條隧道狀態消息，提供發送方GTP-U實體中與對應GTP-U隧道相關的狀態信息；

---

參考

• TS 29.281

---