Protocolo de túnel GPRS

Protocolo de túnel GPRS (GTP) es un grupo de protocolos de comunicaciones basados en IP que se utilizan para transportar el servicio general de radio por paquetes (GPRS) dentro de GSM, UMTS, LTE y 5G. Redes de radio NR. En las arquitecturas 3GPP, las interfaces basadas en GTP y Proxy Mobile IPv6 se especifican en varios puntos de interfaz.

GTP se puede descomponer en protocolos separados, GTP-C, GTP-U y GTP'.

GTP-C se utiliza dentro de la red central GPRS para la señalización entre los nodos de soporte GPRS de puerta de enlace (GGSN) y los nodos de soporte GPRS de servicio (SGSN). Esto permite al SGSN activar una sesión en nombre de un usuario (activación de contexto PDP), desactivar la misma sesión, ajustar los parámetros de calidad del servicio o actualizar una sesión para un suscriptor que acaba de llegar de otro SGSN. .

GTP-U se utiliza para transportar datos de usuario dentro de la red central GPRS y entre la red de acceso de radio y la red central. Los datos del usuario transportados pueden ser paquetes en cualquiera de los formatos IPv4, IPv6 o PPP.

GTP' (GTP prime) utiliza la misma estructura de mensaje que GTP-C y GTP-U, pero tiene una función independiente. Se puede utilizar para transportar datos de carga desde la función de datos de carga (CDF) de la red GSM o UMTS a la función de pasarela de carga (CGF). En la mayoría de los casos, esto debería significar desde muchos elementos de red individuales, como los GGSN, hasta una computadora centralizada que entregue los datos de carga de manera más conveniente al centro de facturación del operador de red.

Los RNC, SGSN, GGSN y CGF implementan diferentes variantes de GTP dentro de las redes 3GPP. Las estaciones móviles (MS) GPRS están conectadas a un SGSN sin ser conscientes del GTP.

GTP se puede utilizar con UDP o TCP. UDP es recomendado u obligatorio, excepto para el túnel X.25 en la versión 0. La versión 1 de GTP se usa solo en UDP.

Características generales

Todas las variantes de GTP tienen ciertas características en común. La estructura de los mensajes es la misma, con un encabezado GTP después del encabezado UDP/TCP.

Encabezado

GTP versión 1

Los encabezados GTPv1 contienen los siguientes campos:

Versión

Es un campo de 3 bits. Para GTPv1, esto tiene un valor de 1.

Tipo de Protocolo (PT)

un valor de 1 bit que diferencia GTP (valor 1) de GTP' (valor 0).

Reservado

un campo reservado de 1 bit (debe ser 0).

Bandera de cabecera de extensión (E)

un valor de 1 bit que indica si hay un campo opcional de cabecera de extensión.

Bandera número de secuencia (S)

un valor de 1 bit que indica si hay un campo opcional número de secuencia.

N-PDU number flag (PN)

un valor de 1 bit que indica si hay un campo opcional número N-PDU.

Tipo de mensaje

un campo de 8 bits que indica el tipo de mensaje GTP. Diferentes tipos de mensajes se definen en 3GPP TS 29.060 sección 7.1

Duración del mensaje

un campo de 16 bits que indica la longitud de la carga útil en bytes (resto del paquete siguiendo el encabezado GTP obligatorio de 8 bytes). Incluye los campos opcionales.

identificador del punto final del túnel (TEID)

Un campo de 32-bit(4-octet) utilizado para múltiples conexiones diferentes en el mismo túnel GTP.

Número de secuencia

un campo (opcional) de 16 bits. Este campo existe si alguno de los bits E, S o PN están en. El campo debe ser interpretado sólo si el bit S está encendido.

N-PDU number

un campo (opcional) de 8 bits. Este campo existe si alguno de los bits E, S o PN están en. El campo debe ser interpretado sólo si el bit PN está encendido.

Next extension header type

un campo (opcional) de 8 bits. Este campo existe si alguno de los bits E, S o PN están en. El campo debe ser interpretado sólo si el bit E está encendido.

Los siguientes encabezados de extensión son los siguientes:

Longitud de la extensión

un campo de 8 bits. Este campo indica la longitud de este encabezado de extensión, incluyendo la longitud, el contenido, y el siguiente campo de cabecera de extensión, en unidades de 4-octetos, por lo que la longitud de la extensión debe ser siempre un múltiplo de 4.

Índice

contenido de cabecera de extensión.

Next extension header

un campo de 8 bits. Indica el tipo de la siguiente extensión, o 0 si no existe la siguiente extensión. Esto permite encadenar varios próximos encabezados de extensión.

GTP versión 2

También se le conoce como GTP evolucionado o eGTP. Los encabezados GTPv2-C contienen los siguientes campos:

No existe el protocolo GTPv2-U, GTP-U en LTE también usa GTPv1-U.

Versión

Es un campo de 3 bits. Para GTPv2, esto tiene un valor de 2.

Bandera de retroceso

Si este bit está fijado a 1 entonces otro mensaje GTP-C con su propio encabezado estará presente al final del mensaje actual. Hay restricciones en cuanto a qué tipo de mensaje puede ser desconcertado dependiendo de cuál es el mensaje GTP-C de nivel superior.

TEID flag

Si este bit se establece a 1 entonces el campo TEID estará presente entre la longitud del mensaje y el número de secuencia. Todos los mensajes excepto la respuesta Echo y Echo requieren que TEID esté presente.

Longitud del mensaje

Este campo indicará la longitud del mensaje en octets, excluyendo el obligatorio de la cabecera GTP-C (los primeros 4 octets). El TEID (si está presente) y el número de secuencia se incluirán en el recuento de longitud.

Mecanismos de conectividad

Aparte de la estructura de mensaje común, también existe un mecanismo común para verificar la conectividad de un GSN a otro GSN. Esto utiliza dos mensajes.

• Solicitud de eco
• Respuesta del eco

Cada 60 segundos, un GSN puede enviar una solicitud de eco a todos los demás GSN con los que tiene una conexión activa. Si el otro extremo no responde, se puede tratar como inactivo y se eliminarán las conexiones activas.

Aparte de los dos mensajes mencionados anteriormente, no hay otros mensajes comunes a todas las variantes de GTP, lo que significa que, en su mayor parte, forman efectivamente tres protocolos completamente separados.

GTP-C - Control GTP

El protocolo GTP-C es la sección de control del estándar GTP. Cuando un suscriptor solicita un contexto PDP, el SGSN enviará un mensaje GTP-C crear solicitud de contexto PDP al GGSN brindando detalles de la solicitud del suscriptor. Luego, el GGSN responderá con un mensaje GTP-C crear respuesta de contexto PDP que brindará detalles del contexto PDP realmente activado o indicará una falla y dará una razón para esa falla. Este es un mensaje UDP en el puerto 2123.

El protocolo eGTP-C (o GTPv2-C) es responsable de crear, mantener y eliminar túneles en múltiples interfaces Sx. Se utiliza para la gestión de rutas del plano de control, gestión de túneles y gestión de movilidad. También controla el reenvío de mensajes de reubicación; Contexto SRNS y creación de túneles directos durante los traspasos entre LTE.

GTP-U - Túnel de datos de usuario GTP

GTP-U es, en efecto, un protocolo de tunelización basado en IP relativamente simple que permite muchos túneles entre cada conjunto de puntos finales. Cuando se utiliza en UMTS, cada suscriptor tendrá uno o más túneles, uno para cada contexto PDP que tenga activo, además de posiblemente tener túneles separados para conexiones específicas con diferentes requisitos de calidad de servicio.

Los túneles separados se identifican mediante un TEID (Identificador de punto final de túnel) en los mensajes GTP-U, que debe ser un número aleatorio asignado dinámicamente. Si este número aleatorio tiene calidad criptográfica, proporcionará una medida de seguridad contra ciertos ataques. Aun así, el requisito del estándar 3GPP es que todo el tráfico GTP, incluidos los datos del usuario, debe enviarse dentro de redes privadas seguras, no conectadas directamente a Internet. Esto sucede en el puerto UDP 2152.

El protocolo GTPv1-U se utiliza para intercambiar datos de usuario a través de túneles GTP a través de las interfaces Sx. Un paquete IP para un UE (punto final de usuario) se encapsula en un paquete GTPv1-U y se tuneliza entre el P-GW y el eNodoB para su transmisión con respecto a un UE a través de las interfaces S1-U y S5/S8.

GTP' - transferencia de carga

El GTP' El protocolo se utiliza para transferir datos de carga a la función de puerta de enlace de carga. GTP' Utiliza el puerto TCP/UDP 3386.

Dentro de la red central GPRS

GTP es el protocolo principal utilizado en la red central GPRS. Es el protocolo que permite a los usuarios finales de una red GSM o UMTS moverse de un lugar a otro mientras continúan conectándose a Internet como si estuvieran desde una ubicación en el GGSN. Lo hace transportando los datos del suscriptor desde el SGSN actual del suscriptor al GGSN que maneja la sesión del suscriptor. La red central GPRS utiliza tres formas de GTP.

• GTP-U para la transferencia de datos de usuario en túneles separados para cada contexto PDP
• GTP-C por razones de control incluyendo:
  • configuración y eliminación de contextos PDP
  • verificación de la capacidad de alcance del GSN
  • actualizaciones; por ejemplo, a medida que los suscriptores se mueven de un SGSN a otro.
• GTP' para la transferencia de datos de carga de GSNs a la función de carga.

Los GGSN y SGSN (conocidos colectivamente como GSN) escuchan mensajes GTP-C en el puerto UDP 2123 y mensajes GTP-U en el puerto 2152. Esta comunicación se produce dentro de una única red o puede, en el caso de roaming internacional, ocurrir internacionalmente, probablemente a través de una central de itinerancia GPRS (GRX).

La función de puerta de enlace de carga (CGF) escucha las señales GTP' mensajes enviados desde los GSN en el puerto TCP/UDP 3386. La red central envía información de cobro al CGF, que normalmente incluye los tiempos de activación del contexto PDP y la cantidad de datos que el usuario final ha transferido. Sin embargo, esta comunicación que se produce dentro de una red está menos estandarizada y puede, según el proveedor y las opciones de configuración, utilizar codificación patentada o incluso un sistema completamente propietario.

Uso en la interfaz IuPS

GTP-U se utiliza en el IuPS entre la red central GPRS y la RAN, sin embargo, no se utiliza el protocolo GTP-C. En este caso, RANAP se utiliza como protocolo de control y establece túneles GTP-U entre el SGSN y el controlador de red de radio (RNC).

Pila de protocolos

GTP se puede utilizar con UDP o TCP. La versión 1 de GTP se utiliza sólo en UDP.

A partir de 2018 hay tres versiones definidas, las versiones 0, 1 y 2. La versión 0 y la versión 1 difieren considerablemente en estructura. En la versión 0, el protocolo de señalización (el protocolo que configura los túneles activando el contexto PDP) se combina con el protocolo de tunelización en un puerto. Las versiones 1 y 2 son cada una de ellas efectivamente dos protocolos, uno para control (llamado GTP-C) y otro para la tunelización de datos de usuario (llamado GTP-U). La versión 2 de GTP es diferente a la versión 1 solo en GTP-C. Esto se debe a que 3GPP definió mejoras a GTP-C para EPS en la versión 2 para mejorar el manejo del portador.

GTP-U también se utiliza para transportar datos de usuario desde el RNC al SGSN en redes UMTS. Sin embargo, en este caso la señalización se realiza mediante RANAP en lugar de GTP-C.

Versiones históricas de GTP

La versión original de GTP (versión 0) tenía diferencias considerables con las versiones actuales (versiones 1,2):

• la identificación del túnel no era el azar;
• Se proporcionaron opciones para el transporte X.25;
• el puerto fijo número 3386 fue utilizado para todas las funciones (no sólo la carga como en GTPv1);
• El TCP se permitió como opción de transporte en lugar de la UDP, pero el apoyo a esto era opcional;
• esferas relacionadas con la suscripción, como la calidad del servicio, eran más limitadas.

El TEID no aleatorio en la versión 0 representaba un problema de seguridad si un atacante tenía acceso a la red de cualquier socio de itinerancia o podía encontrar alguna otra forma de enviar paquetes de forma remota a la red troncal GPRS. La versión 0 está quedando en desuso y siendo reemplazada por la versión 1 en casi todas las redes. Afortunadamente, sin embargo, el uso de diferentes números de puerto permite bloquear fácilmente la versión 0 a través de listas de acceso IP simples.

Estandarización GTP

GTP se estandarizó originalmente dentro de ETSI (estándar GSM 09.60). Con la creación de los estándares UMTS este pasó al 3GPP que a partir de 2005 lo mantiene como estándar 3GPP 29.060. GTP' utiliza el mismo formato de mensaje, pero sus usos especiales están cubiertos en el estándar 32.295 junto con los formatos estandarizados para los datos de cobro que transfiere.

Las versiones posteriores de TS 29.060 desaprueban el interfuncionamiento GTPv1/v0, de modo que no hay respaldo en caso de que GSN no admita la versión superior.

GTPv2 (para servicios de paquetes evolucionados) entró en borrador a principios de 2008 y se lanzó en diciembre de ese año. GTPv2 ofrece respaldo a GTPv1 a través de la versión anterior "Versión no compatible" mecanismo pero explícitamente no ofrece soporte para el respaldo a GTPv0.