UDP协议在GPRS私网和INTERNET公网的数据交换 Options

[猫猫草]

用一个简图简单解释一下这UDP协议数据交换的问题。

DTU(内网地址10.0.0.1)==（移动内网)====>NAT===(外网公网）===>服务器（公网地址:55.0.0.24)
其中NAT有两个地址，其一是内网地址(比如说是10.0.0.2），其二是外网地址(比如说是1.1.1.1)
(移动内网)====>(10.0.0.2)NAT(1.1.1.1)====>(外网公网）
包交换过程如下:
DTU发出的数据包是:
src:10.0.0.1 dst:55.0.0.24
这个包发给NAT。

以下假设服务器侦听在UDP 2400端口。
其中NAT有两个地址，其一是内网地址(比如说是10.0.0.2），其二是外网地址(比如说是1.1.1.1)
(移动内网)====>(10.0.0.2)NAT(1.1.1.1)====>(外网公网）
包交换过程如下:
DTU发出的数据包是:
src:10.0.0.1:1001 dst:55.0.0.24:2400
这个包发给NAT。
NAT对此包作了转换，进行源地址和端口的替换，发到公网，公网上传的这个包变成了
src:1.1.1.1:1111 dst:55.0.0.24:2400
通过公网到达了服务器55.0.0.24，所以，从服务器看，DTU的地址和端口就是1.1.1.1:1111.

当 服务器过了一段时间（比如说5分钟后）想要主动送数据给DTU时，服务器的UDP SOCKET连接回送的目标是1.1.1.1:1111，实际上是送给 NAT。但是问题此时出现了，NAT已经将这个UDP连接的对应关系给删除了（假设NAT存储UDP连接的超时时间是1分钟），此时NAT收到这个服务器 发来的数据包，将无从决定究竟将其转发给谁。这样导致刚才那台DTU根本收不到服务器端发来的数据！所以如果DTU的心跳包设定的时间太长，比这个NAT 网关的UDP连接超时长的话，服务器送来的数据也会发不到DTU。

[猫猫草]

　　先简单的说一下TCP与UDP的区别：
　　 1。基于连接与无连接；
　　 2。对系统资源的要求（TCP较多，UDP少）；
　　 3。UDP程序结构较简单；
　　 4。流模式与数据报模式 ；
　　 5。TCP保证数据正确性，UDP可能丢包，TCP保证数据顺序，UDP不保证。

　　另外结合GPRS网络的情况具体的谈一下他们的区别：
　　1。TCP传输存在一定的延时，大概是1600ms（移动提供），UDP响应速度稍微快一些。
　　2。TCP包头结构：
　　源端口16位
　　目标端口 16位
　　序列号 32位
　　回应序号 32位
　　TCP头长度 4位
　　reserved 6位
　　控制代码6位
　　窗口大小16位
　　偏移量16位
　　校验和16位
　　选项 32位(可选)
　　这样我们得出了TCP包头的最小长度，为20字节。
　　
　　UDP包头结构：
　　源端口16位
　　目的端口16位
　　长度 16位
　　校验和 16位

　　可见，UDP的包小很多。确实如此，因为UDP是非可靠连接。设计初衷就是尽可能快的将数据包发送出去，所以UDP协议显得非常精简。
　　
　　3。GPRS网络端口资源，UDP十分紧缺，变化很快；而TCP采用可靠链路传输，不存在端口变化的问题。

　　在工业场合的应用，一般都需具备以下特点：　　

　　1。要求时时传输，但也有一些场合是定时传输，总的来说在整个传输过程中要求服务器中心端和GPRS终端设备能相互的、时时的传输数据。
　　
　　TCP本身就是可靠链路传输，提供一个时时的双向的传输通道，能很好的满足工业现场传输的要求。但是GPRS网络对TCP链路也存在一个限制：此条链路在长时间（大概20分钟左右，视具体情况而定）没有数据流量，会自动降低此链路的优先级直至强制断开此链路。所以在实际使用中也会采用心跳包（一般是一个字节的数据）来维持此链路。

　　UDP由于自身特点，以及GPRS网络UDP端口资源的有限性，在一段时间没有数据流量后，端口容易改变，产生的影响就是从服务器中心端向GPRS终端发送数据，GPRS终端接收不到。具体的原因就是移动网关从中作了中转，需要隔一定时间给主机发UDP 包来维持这个IP和端口号,这样主机就能主动给GPRS发UDP包了并且我在测试中发现,这个间隔时间很短,我在1多分钟发一次UDP包才能够维持,但是再长可能移动网关那边就要丢失这个端口了,此时如果主机想主动发数据给GPRS,那肯定是不行的了,只有GPRS终端设备再发一个UDP包过去,移动重新给你分配一个中转IP和端口,才能够进行双向通讯。
　　
　　2。要求数据的丢包率较小。有些工业场合，例如电力、水务抄表，环保监测等等，不容许传输过程中的数据丢失或者最大限度的要求数据的可靠性。

　　从这一点来看，很显然在无线数据传输过程中，TCP比UDP更能保证数据的完整性、可靠性，存在更小的丢包率。在实际测试中也是如此。以厦门桑荣科技有限公司提供的GPRS终端设备为例：TCP的在千分之9，UDP的在千分之17左右。
　　
　　3。要求降低费用。目前有很大部分GPRS设备的应用都是取代前期无线数传电台，除了使用范围外，其考虑的主要问题就是费用。能降低费用当然都是大家最愿意接受的。和费用直接相关的就是流量了，流量低，费用就低了。

　　虽然TCP本身的包头要比UDP多，但是UDP在实际应用中往往需要维护双向通道，就必须要通过大量的心跳包数据来维护端口资源。总的比较起来，UDP 的实际流量要比TCP还要大。很多使用者在初期的时候并不了解UDP需要大量心跳包来维持端口资源这个问题，往往都认为UDP要比TCP更节省流量，实际上这里存在着一个误区。
　　
　　4。在某些特定的应用场合，例如一些银行的时时交互系统，对响应速度要求很高，此时数据传输频率较快，不需要大量心跳包维持UDP端口资源，采用UDP就比较有利了。
　　
　　5。在目前的1：N的传输模式中，既有多个GPRS终端设备往一个服务器中心传输数据，此时采用UDP会比TCP要好的多，因为UDP耗用更少的系统资源。但是在实际应用中却发现，很多用户还是采用TCP的传输方式，建立二级中心1：A（1：N），即每一个分中心对应N/A台设备，独立处理数据，再统一将数据传送到主中心。这样既能保证了传输过程中采用了TCP的传输协议，又能很好处理了中心服务器的多链路的系统耗用的问题。
　　
　　总的来说，TCP/IP协议更能满足目前各行业对远程数据传输的要求，它提供更稳定更便利的传输通道，很好的满足了远程数据传输的要求。