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LTE의 GTP 터널 소개

by 로샤스 2014. 3. 11.

LTE망에서 사용되는 GTP Tunnel에 대해서 설명드리겠습니다.

아래 그림(a)와 같이 LTE 단말(UE)이 보낸 IP 패킷은 eNB(기지국)에서 P-GW까지 GTP tunnel을 통해 전송됩니다. GTP tunnel을 통해 전송된다는 말은 "단말이 IP 패킷의 Destination IP 주소에 어떤 값을 기록하던 상관없이 단말이 보낸 패킷은 항상 eNB를 통해 P-GW까지 전송이 된다"는 의미입니다.
좀 더 세부적으로 살펴 보겠습니다.
  • [UE -> eNB]: UE가 Destination IP =  74.125.71.104 (www.google.com의 IP 주소)로 하여 무선구간을 통해 패킷을 eNB로 전송합니다. UE가 보낸 패킷 구조는 다음과 같습니다: 
    • [UE가 보낸 IP header(SIP=UE, DIP=74.125.71.104)] [UE가 보낸 IP Payload]
  • [eNB -> S-GW]: UE로 부터 IP 패킷을 수신한 eNB는 "UE가 보낸 IP 패킷" 앞에 "GTP 헤더", "UDP 헤더"와 "GTP tunneling을 위한 IP 헤더"를 붙여 줍니다. 즉, eNB가 S-GW로 전송하는 패킷 구조는 다음과 같습니다: 
    • [Outer IP header(SIP=eNB, DIP=S-GW)] [UDP header] [GTP header(TEID=x)] [UE가 보낸 IP header(SIP=UE, DIP=74.125.71.104)] [UE가 보낸 IP Payload]
  • 따라서 eNB와 S-GW 사이에 IP 라우팅망이 존재하는 경우, 이 라우팅 망은 패킷의 Destination IP 주소(Outer IP header의 Destination IP 주소인 S-GW)를 기반으로 라우팅을 수행하므로 본 IP 패킷은 S-GW로 전달됩니다.
  • [S-GW -> P-GW]: S-GW는 eNB로 부터 수신한 패킷의 GTP header와 IP 해더(Outer IP header)를 다음과 같이 수정합니다: 
    • [Outer IP header(SIP=S-GW, DIP=P-GW)] [UDP header] [GTP header(TEID=y)] [UE가 보낸 IP header(SIP=UE, DIP=74.125.71.104)] [UE가 보낸 IP Payload]
  • [P-GW -> www.google.com]: 따라서 본 패킷은 P-GW로 전달됩니다. P-GW는 Outer IP header/UDP header/GTP header를 모두 제거하고 원래 UE가 보낸 IP 패킷인 [UE가 보낸 IP header(SIP=UE, DIP=74.125.71.104)] [UE가 보낸 IP Payload]를 인터넷으로 전송합니다.

여기서 설명드리지 않은 부분이 있는데요. GTP 헤더에 포함되어 있는 TEID(Tunnel ID)입니다. 예를 들어, 100명의 UE가 하나의 S-GW, P-GW에 접속이 되어 있다면 GTP tunnel은 UE별로 하나씩(UE별로 여러개 만들어 질 수도 있지만 이에 대한 설명은 여기서 생략) 생성되어 총 100개의 GTP tunnel이 만들어 집니다. 그렇다면 LTE 망에서는 각 UE별 GTP tunnel을 구분할 수 있어야 하는데 이를 위해 사용되는 인자가 바로 TEID입니다. 그래서 각 UE별로 서로 다른 TEID가 할당이 되고, 그 예가 아래 그림에서 eNB~S-GW 구간에서 TEID = UL S1-TEID(ex. 0x12345678)로, S-GW~P-GW 구간에서 TEID=UL S5-TEID(ex. 0xabcdef1234)로 표시한 것입니다.
UE별로 서로 구별되는 TEID를 사용하기 때문에 LTE 망은 가입자의 트래픽에 대해서 가입자(UE)의 IP 주소 뿐만 아니라 이 TEID를 통해 가입자를 구별할 수 있게 됩니다.
그리고 한가지 더 말씀드릴 것은 이 TEID는 unidirectional하다는 것입니다. 즉, 단방향이지요. 그래서 그림(b)와 같이 인터넷에서 UE로 향하는 트래픽에 대해서는 (a)와 다른 TEID 값이 할당되어, P-GW~S-GW 구간과 S-GW~eNB 구간에서 각각 사용하게 됩니다.



그림에서 eNB~S-GW 사이를 "S1 GTP 터널", S-GW~P-GW 사이를 "S5 GTP 터널"이라 표현하였는데요. 3GPP 스펙의 LTE Network Reference Model을 보면, eNB와 S-GW 사이의 Interface를 "S1", S-GW와 P-GW 사이의 Interface를 "S5"로 명명하였기 때문에 그림과 같이 표현한 것이지 이 2개의 GTP 터널에 대한 패킷 구조상의 차이는 없습니다.

그리고 그림에서 GTP-U 터널이라고 "U"를 붙인건 User Plane의 약자로 즉 사용자 데이터가 흐르는 것을 의미합니다. 사용자(UE) 데이터가 아닌 Control Data(signaling)을 위한 터널은 사용자 데이터와 구별하기 위해 GTP-C 터널이라고 부른답니다.


LTE GTP Tunnel에 대해서 좀 더 상세하게 알고 싶으시면  넷매니아즈 기술문서, "LTE 네트워크 구조 (LTE Network Architecture)", 7~8 page 참조

 

 

 

 

 

 

 

 

출처 : http://blog.naver.com/netmaniascom?Redirect=Log&logNo=80140055802

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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