LTE의 GTP 터널 소개 I

LTE GTP Tunnel I

December 08, 2011 | By 유창모 (cmyoo@netmanias.com)

코멘트 (16)

이번 시간에는 LTE망에서 사용되는 GTP Tunnel에 대해서 설명드리겠습니다.

맨 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 보낸 IP 패킷은 Destination IP 주소값에 상관없이 항상 eNB를 통해 P-GW까지 전송이 된다"는 의미입니다.

좀 더 세부적으로 살펴 보겠습니다.

1. 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 (무선 구간 전송을 위한 LTE header는 그림에서 제외):

2. 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:

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.

3. S-GW -> PGW

S-GW는 eNB로 부터 수신한 패킷의 GTP header와 IP 해더(Outer IP header)를 다음과 같이 수정합니다:

4. 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 패킷을 인터넷으로 전송합니다.

여기서 설명드리지 않은 부분이 있는데요. GTP 헤더에 포함되어 있는 TEID(Tunnel ID)입니다. 예를 들어, 100명의 UE가 하나의 동일 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 주소가 아닌 이 TEID를 통해 가입자를 구별할 수 있게 됩니다. (P-GW는 TEID와 UE의 IP 주소를 모두 보지만, eNB와 S-GW는 TEID로 가입자 구별)

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(signaling) 패킷 송수신을 위한 터널은 사용자 데이터와 구별하기 위해 GTP-C 터널이라고 부른답니다.

이상규 2012-05-05 23:06:10

제가 이해력이 많이 부족했는데.. 좋은 자료 너무 감사드립니다. ^^

넷매니아즈 2012-05-07 08:42:22

도움 되셨다니 저희도 뿌듯합니다. ^^

정민환 2012-05-29 13:39:04

안녕하세요. 요즘 넷매니아즈 블로그를 정말 많이 보고 있습니다.
제 소개를 잠깐하자면 특허관련 업계에 종사하고 있습니다.

너무 좋은 자료를 보는데 아무런 인사를 남기지 않기가 뭐해서 ㅎㅎ 감사하다는 말씀을 남겨요~!

넷매니아즈 2012-05-29 14:48:21

정민환님~

많이 이용해 주셔서 감사드려요!!!
나중에 특허 관련하여 도움 얻을 일이 생기면 연락 드릴께요. ^^*

mjkim944 2012-06-15 08:56:55

좋은 정보 감사합니다.
하나 질문이 있는데요.
eNB와 MME간 signalling과 GTP-C의 signalling의 차이점에 대해 알려주세요.

진혁수 2013-06-17 11:17:28

좋은 자료들 잘 보고 있습니다. 감사합니다.

박성민 2013-10-23 10:33:02

GTP 에 대한 내용은 너무 상세한데.. 제일 중요한 사용 목적이 없는 것 같습니다.
우리나라에서는 대부분 Why 에 대해 망각하는 경우가 많아서요.
좋은 의견 부탁드립니다.

넷매니아즈 2013-10-23 11:21:38

Why가 재일 어렵죠...
위에 Related Netmanias Conetnts 혹은 아래 링크를 참고하시기 바랍니다.
1. 이동 서비스를 위해 터널링이 필요한 이유: https://www.netmanias.com/bbs/view.php?id=blog&no=294
2. LTE, WiBro, Wi-Fi의 Tunneling 기술: https://www.netmanias.com/bbs/view.php?id=blog&no=295
3. IP 라우팅 관점에서의 LTE 핸드오버: https://www.netmanias.com/bbs/view.php?id=blog&no=297

박성민 2013-10-23 15:52:39

내용을 보니 결국 Mobility 와 함께 Seamless 한 서비스를 보장하기 위한 것이군요.. 답변 감사합니다.

궁금 2014-05-28 14:30:00

P-GW는 Outer IP header/UDP header/GTP header를 모두 제거하고 원래 UE가 보낸 IP 패킷을 인터넷으로 전송합니다.

라고 하셨는데, 이렇게 다시 제거하려면 왜 eNB에서 추가시킨 건가요?

Netmanias 2014-05-29 13:11:31

GTP 헤더는 [1] 단말 이동중에 통신이 끊기지 않도록 [2] 사업자가 이용자(단말) 과금을 하기 위해 필요합니다. 자세한 내용은 아래 블로그 글을 참고하세요.

https://www.netmanias.com/ko/?m=view&id=blog&no=5444

음.. 2014-05-29 12:35:33

우리가 인터넷을 이용할 때, 접속은 사업자 망으로 하는데 실제 목적지는 대부분 사업자 망 밖이잖아요.
eNB에서 P-GW까지 형성되는 S1/S5 GTP 터널들(outer IP를 이용하여 routing)은 사업자 망 밖으로 나가기위해 사업자 망 안에서 P-GW까지 가는 길로 생각하심 될것 같아요.

(간단히 하기위해 S-GW pooling이나 mobility 지원은 무시하기로 하고, 웹서핑하고 있는 사용자들을 생각해보아요)
eNB에는 여러 사용자가 접속해 있는데, 사용자 마다 최종 목적지(예를들어 구글, youtube, amazon 등으로 주소는 inner IP header에 있음)는 다르지만, 최종 목적지로 가기 위해 사업자 LTE 망 안에서 P-GW까지 가는 길(outer IP를 이용)은 같습니다. 그래서 P-GW까지는 같은 터널 (outer tunnel)을 공동으로 이용하기 위해 eNB와 S-GW에서는 원래의 사용자 패킷에 outer tunnel용 header들을 추가합니다.
사업자 망 안에서는 P-GW까지는 다같이 한길로 가고, P-GW에 이르면 이제 사업자 망 밖으로 나가는거니까 이때부터는 사용자마다 자기 목적지 (innner IP) 대로 routing 되어서 가요.

해양맨 2015-02-17 14:13:03

많은 도움이 되네요..

시고니 2015-05-14 17:18:36

쉬운 설명 감사드려요~

구경주 2015-10-06 11:46:37

질문이있는데요 TEID가 eNB와 S-GW사이와 S-GW와 P-GW 사이에서 두개가 다른데요... 여러개의 단말이 동일한 S-GW와 P-GW에 접속할경우 구분하기 위해서 TEID를 사용한다고 했는데 이 두개의 TEID가 다르면 어떻게 같은 단말인지 구분하죠? 따로 매핑테이블이있나요?

HS 2022-11-10 16:32:44

좋은 글 잘 보고 갑니다.

혹시 gtp tunneling을 진행할 때 ipsec처럼 보안조치가 이루어지는 부분이 있을까요?

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