背景

Ubuntu上写程序, UDP发给MCU, 长度51字节, 10ms/帧, MCU如果100ms内收不到, 就报出UDP Lost错误.

同事甩给我这个录了40分钟的wireshark的pcapng格式的包, 大概3.6GB, 要分析下UDP丢帧问题, 用wireshark打开不得了, 整整500多万行. 好家伙…

环境配置

Win10, Python3.9.4, 64bit. 安装pcapng的一个包:

pip install python-pcapng

参考:

• rshk/python-pcapng: Pure-Python library to parse the pcap-ng format used by newer versions of dumpcap & similar tools. (github.com)

• Welcome to python-pcapng’s documentation! — python-pcapng 0.1a documentation

包处理

载入包, 打印出相比上一帧的时间差大于100ms(0.1s)的行号:

import pcapng
from datetime import datetime

cnt = -2
old_timestamp = 0
with open('2021672005_666.pcapng', 'rb') as fp:
    scanner = pcapng.FileScanner(fp)
    for block in scanner:
        cnt += 1
        if (cnt>0):
            if (cnt == 1):
                old_timestamp = block.timestamp
            if (block.packet_payload_info[0]==93):
                dt = block.timestamp - old_timestamp
                if (dt > 0.1):
                    print("line:", cnt, '%.4fs' % dt)
                old_timestamp = block.timestamp

其中:

• 包的第一个block为SectionHeader 信息(cpu, os, wireshark version等)

• 包的第二个block为InterfaceDescription, 主要是接口的信息, 如以太网网卡信息等

• 包的第三个block以及往后才开始是EnhancedPacket, 也是正常的包信息, 典型的格式如下:

  <EnhancedPacket interface_id=0 timestamp_high=377899 timestamp_low=1033621862 packet_payload_info=(93, 93, b'\x11"3DUfH\xb0-\x13G*\x08\x00E\x00\x00O^e@\x00@\x11NN\xc0\xa8\x06B\xc0\xa8\x06X\xe2\x15\x0f\xa1\x00;\xbc\xd3\xaa\x00\x00\x00\x19\x02\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00') options=Options({})>
  

• packet_payload 为93字节, 除去头部的42字节信息, 对应51字节的数据

• block里面的时间戳为timestamp_high和timestamp_low, 可以对比下不同格式的时间戳表示, 这里用block.timestamp求时间差, 单位s:

  print(block.timestamp_high, block.timestamp_low, block.timestamp)
  print(datetime.utcfromtimestamp(block.timestamp).strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S:%f"))
  
  377899 1033621862 1623064879.8129659
  2021-06-07 11:21:19:812966
  

运行结果如下:

> python3 .\2.py
line: 231442 0.2080s
line: 236810 0.1918s
line: 276706 0.6385s
line: 283443 1.3004s
line: 284352 1.3068s
line: 285149 0.8137s
line: 288395 0.4814s
line: 292113 0.6660s
line: 293014 0.3902s
line: 295419 0.9919s
line: 296189 1.0845s
line: 296845 1.3165s
line: 297662 1.2829s
line: 298549 1.3162s
line: 299379 1.5020s
...

wireshark转到最严重的299379行, 发现ssh图形界面占据了大量带宽, 导致UDP包阻塞, 之后一口气发出来100多帧, 如果MCU处理不好, 可能直接就卡死了:

SSH图形界面还是很占用带宽的, 慎用. 很多问题思路需要思考尝试, 如何彻底解决问题呢?

• 交换/路由的小包优先+带宽均分+简单队列限制?: ROS小包优先+带宽均分+简单队列限制
• TCP可以优化UDP的这个问题么?
• Ubuntu和MCU改用SPI/UART通信?
• 连发时MCU的接收如何处理?
• Linux的实时补丁是否可用?
• Linux监测带宽负载率, 做流量的整体规划?
• 点对点通信和经过交换机的风险评估
• …

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