TCP/IP Stack (TcpIp)

TcpIp proporciona en la pila Classic Ethernet IPv4 e IPv6 con ARP, NDP, ICMP y DHCP, así como UDP y TCP, atendiendo con ello a socket owners como SoAd [SWS_TCPIP_00052]. EthSM controla para cada controlador EthIf los estados ONLINE, ONHOLD y OFFLINE. Un controlador pasa a ONLINE solo cuando tiene asignada una dirección local [SWS_TCPIP_00085]. Los sockets se solicitan, se vinculan y, en TCP, se conectan de forma activa o pasiva; los datos fluyen a través de servicios de transmisión y callbacks. Condición de contorno más importante: TcpIp solo acepta nuevas conexiones TCP en el estado ONLINE, y en ONHOLD rechaza nuevas solicitudes de transmisión.

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En la pila Classic Ethernet, TcpIp es responsable de la comunicación IP. Se compone de submódulos para IPv4 (con ARP, ICMP, DHCP y Auto-IP), para IPv6 (con NDP, ICMPv6 y DHCPv6), así como para UDP, TCP y TLS ([SWS_TCPIP_00052], [SWS_TCPIP_00150]). Hacia arriba atiende a socket owners, es decir, SoAd o CDD, con funciones TcpIp_<Up>GetSocket propias y callbacks ([SWS_TCPIP_00220], [SWS_TCPIP_00222]). Hacia abajo intercambia tramas con EthIf [SWS_TCPIP_00029].

Diagrama de contexto: TcpIp se ubica entre los socket owners y EthIf, es controlado por EthSM y notifica a DET e IdsM. Fuentes: [SWS_TCPIP_00220], [SWS_TCPIP_00070], [SWS_TCPIP_00361], SWS TcpIp p. 17

TcpIp gestiona el estado de comunicación de forma independiente para cada controlador EthIf [SWS_TCPIP_00083]. EthSM solicita mediante TcpIp_RequestComMode uno de los estados ONLINE, ONHOLD u OFFLINE [SWS_TCPIP_00070]. STARTUP y SHUTDOWN son estados transitorios y no pueden solicitarse [SWS_TCPIP_00089]. ONLINE inicia la asignación de direcciones. ONHOLD conserva los sockets y las direcciones, pero no acepta solicitudes de transmisión. OFFLINE cierra los sockets ([SWS_TCPIP_00075], [SWS_TCPIP_00074], [SWS_TCPIP_00072]).

Diagrama de estados: un controlador solo pasa a ONLINE cuando se le ha asignado una dirección. El camino hacia OFFLINE lo realiza a través de SHUTDOWN, en el cual se liberan los recursos. Fuentes: [SWS_TCPIP_00085], [SWS_TCPIP_00077], [SWS_TCPIP_00087], SWS TcpIp p. 60

Las direcciones proceden de una tabla configurada de direcciones locales. Se asignan de forma estática, por DHCP o como enlace local (Link-Local), se seleccionan por prioridad y, opcionalmente, se almacenan en NvM ([SWS_TCPIP_00099], [SWS_TCPIP_00065], [SWS_TCPIP_00127], [SWS_TCPIP_00219]). Sobre los cambios, <Up_LocalIpAddrAssignmentChg> informa a la capa superior [SWS_TCPIP_00229]. Los sockets se solicitan y se vinculan con TcpIp_Bind. Las conexiones TCP se originan mediante TcpIp_TcpConnect u TcpIp_TcpListen ([SWS_TCPIP_00111], [SWS_TCPIP_00112], [SWS_TCPIP_00113]).

La transmisión se realiza de forma asíncrona mediante TcpIp_TcpTransmit o de forma síncrona mediante TcpIp_UdpTransmit. En TCP, la capa superior entrega los datos directamente o los pone a disposición a través de <Up_CopyTxData> ([SWS_TCPIP_00124], [SWS_TCPIP_00120]). TcpIp asigna los datagramas recibidos a un socket mediante la dirección local y el puerto [SWS_TCPIP_00170]. Si falta la dirección MAC de destino, TcpIpArpPacketQueueEnabled determina si el paquete se pone en cola o se rechaza [SWS_TCPIP_00192]. TcpIp notifica a DET los errores en tiempo de ejecución, tales como timeouts, hosts inalcanzables o conflictos de direcciones. En R20-11 se han definido para ello los códigos 0x01 a 0x05 [SWS_TCPIP_00255]. Para la protección se añaden TLS a partir de la versión 1.2 e IPsec con IKEv2 ([SWS_TCPIP_00302], [SWS_TCPIP_00353]).

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Rol en la pila Ethernet: intermediario entre los socket owners y EthIf

TcpIp agrupa la comunicación basada en IP de una unidad de control Classic en submódulos [SWS_TCPIP_00052]. Para IPv4 se requieren IP, ARP, ICMP, DHCPv4 (cliente y servidor), Auto-IP, UDP y TCP ([SWS_TCPIP_00053], [SWS_TCPIP_00056], [SWS_TCPIP_00058], [SWS_TCPIP_00057], [SWS_TCPIP_00061]). Para IPv6 se añaden IPv6, NDP, ICMPv6 y un cliente DHCPv6 ([SWS_TCPIP_00160], [SWS_TCPIP_00164], [SWS_TCPIP_00166]). Tres clases de escalabilidad dimensionan el alcance: pila IPv4, pila IPv6 y doble pila (Dual Stack) SWS TcpIp p. 18. Para la clase 3, el alcance completo es obligatorio [SWS_TCPIP_00150].

Hacia arriba, TcpIp atiende a socket owners. Si TcpIpSocketOwnerUpperLayerType está configurado en SOAD, los callbacks se denominan SoAd_…. En CDD rigen los nombres de función configurados ([SWS_TCPIP_00220], [SWS_TCPIP_00221]). Cada owner recibe una función TcpIp_<Up>GetSocket propia, y los sockets solicitados de esta forma le pertenecen en exclusiva [SWS_TCPIP_00222].

Hacia abajo, TcpIp recibe tramas a través de TcpIp_RxIndication [SWS_TCPIP_00029]. Transmite a través de EthIf_Transmit, y siempre con TxConfirmation = FALSE [SWS_TCPIP_00131]. EthSM controla el estado mediante TcpIp_RequestComMode SWS EthSM p. 27. De forma opcional, TcpIp utiliza servicios de CSM [SWS_TCPIP_00028] y notifica eventos de seguridad a IdsM [SWS_TCPIP_00361]. SWS TcpIp p. 17 ofrece una visión general de la integración.

Diagrama de contexto: TcpIp se sitúa entre los socket owners (SoAd o CDD) y EthIf. Es controlado por EthSM, notifica errores a DET y eventos a IdsM, y utiliza opcionalmente CSM. Fuentes: [SWS_TCPIP_00220], [SWS_TCPIP_00222], [SWS_TCPIP_00029], [SWS_TCPIP_00070], [SWS_TCPIP_00028], [SWS_TCPIP_00361], [SWS_TCPIP_00255], [SWS_TCPIP_00219], SWS TcpIp p. 17

Estados del controlador: de TCPIP_STATE_OFFLINE a TCPIP_STATE_ONLINE

El módulo se inicializa con TcpIp_Init y una TcpIp_ConfigType específica de la implementación ([SWS_TCPIP_00002], [SWS_TCPIP_00067]). TcpIp_MainFunction es el punto de entrada para el scheduler [SWS_TCPIP_00026]. Interpretación: allí deberían ejecutarse procesos controlados por tiempo, como los timeouts. Pregunta Q-77b083e447651768 (abierta) La especificación solo dice al respecto «Schedules the TCP/IP stack».

TcpIp mantiene un estado propio para cada controlador EthIf: OFFLINE, STARTUP, ONLINE, ONHOLD o SHUTDOWN [SWS_TCPIP_00083]. Si la solicitud guardada difiere del estado activo, TcpIp inicia los pasos necesarios [SWS_TCPIP_00136].

• Una solicitud ONLINE desde OFFLINE activa las asignaciones de direcciones configuradas [SWS_TCPIP_00075]. Tan pronto como se asigna una dirección, el controlador pasa a ONLINE [SWS_TCPIP_00085].
• ONHOLD notifica TCPIP_IPADDR_STATE_ONHOLD para todas las direcciones. Los sockets y las direcciones se conservan, pero no se aceptan nuevas solicitudes de transmisión ([SWS_TCPIP_00076], [SWS_TCPIP_00074]). El retorno a ONLINE notifica de nuevo TCPIP_IPADDR_STATE_ASSIGNED [SWS_TCPIP_00086].
• Una solicitud OFFLINE o la liberación de todas las direcciones notifica TCPIP_IPADDR_STATE_UNASSIGNED y cierra los sockets ([SWS_TCPIP_00077], [SWS_TCPIP_00072]). Una vez liberados los recursos, sigue OFFLINE [SWS_TCPIP_00087].

Diagrama de estados: cada controlador EthIf tiene una máquina de estados propia. Solo pueden solicitarse ONLINE, ONHOLD y OFFLINE; STARTUP y SHUTDOWN son estados transitorios. Fuentes: [SWS_TCPIP_00075], [SWS_TCPIP_00085], [SWS_TCPIP_00076], [SWS_TCPIP_00086], [SWS_TCPIP_00077], [SWS_TCPIP_00087], [SWS_TCPIP_00088], SWS TcpIp p. 60 (diagrama de R25-11, transiciones respaldadas por los requirements de R20-11)

En STARTUP, una solicitud OFFLINE cancela las asignaciones en curso [SWS_TCPIP_00088]. Si se solicita STARTUP o SHUTDOWN, la solicitud se rechaza con E_NOT_OK [SWS_TCPIP_00089].

Un arranque típico transcurre así: EthSM solicita ONLINE a petición de ComM SWS EthSM p. 42. TcpIp notifica a continuación la dirección asignada. Acto seguido, SoAd solicita sockets y los vincula ([SWS_TCPIP_00229], SWS SoAd p. 20). El diagrama de R25-11 muestra además una respuesta mediante EthSM_TcpIpModeIndication SWS TcpIp p. 60. Es de esperar que esto también sea aplicable a R20-11. Pregunta Q-a5e26ad792c23d58 (abierta)

Diagrama de secuencias: solo la asignación asíncrona de direcciones sitúa al controlador en ONLINE. A continuación, SoAd puede solicitar y vincular sockets. Fuentes: [SWS_TCPIP_00070], [SWS_TCPIP_00075], [SWS_TCPIP_00085], [SWS_TCPIP_00229], [SWS_TCPIP_00018], [SWS_TCPIP_00015], SWS EthSM p. 42. La respuesta a EthSM está presumiblemente presente también en R20-11.

Direcciones locales y su asignación

La base es una tabla de direcciones locales de TcpIpLocalAddr, que se asignan en tiempo de ejecución a los controladores EthIf ([SWS_TCPIP_00099], SWS TcpIp p. 220). Una entrada se direcciona mediante TcpIp_LocalAddrIdType [SWS_TCPIP_00030]. Por cada entrada son posibles varios métodos, como estático, DHCP o Link-Local ([SWS_TCPIP_00065], SWS TcpIp p. 224). Si pasa a estar disponible una dirección con mayor prioridad, esta sustituye a la anterior [SWS_TCPIP_00127].

La forma en que se desencadenan la asignación y la liberación depende del trigger configurado:

• En caso de TCPIP_MANUAL, TcpIp_RequestIpAddrAssignment y TcpIp_ReleaseIpAddrAssignment controlan la disponibilidad ([SWS_TCPIP_00195], [SWS_TCPIP_00196]).
• En caso de TCPIP_AUTOMATIC, ambas llamadas se rechazan con E_NOT_OK ([SWS_TCPIP_00198], [SWS_TCPIP_00199]).
• En caso de TCPIP_STORE, TcpIp toma una dirección válida del bloque NvM [SWS_TCPIP_00219]. TcpIp_ResetIpAssignment invalida estas direcciones almacenadas [SWS_TCPIP_00216].

Cada cambio de una asignación lo notifica <Up_LocalIpAddrAssignmentChg> con un valor del tipo TcpIp_IpAddrStateType ([SWS_TCPIP_00229], [SWS_TCPIP_00082]). TcpIp anuncia nuevas direcciones IPv4 mediante Gratuitous ARP [SWS_TCPIP_00093]. Las direcciones IPv6 las comprueba mediante Duplicate Address Detection [SWS_TCPIP_00159]. Para la consulta sirven TcpIp_GetIpAddr, TcpIp_GetPhysAddr y TcpIp_GetCtrlIdx ([SWS_TCPIP_00032], [SWS_TCPIP_00033], [SWS_TCPIP_00141]). Si se consulta una opción DHCP que no está establecida, el servicio de lectura devuelve longitud 0 [SWS_TCPIP_00237].

Sockets: solicitar, vincular, conectar, cerrar

Un socket se solicita con la familia de direcciones y el protocolo ([SWS_TCPIP_00018], [SWS_TCPIP_00009], [SWS_TCPIP_00010]). TcpIp_Bind lo vincula a una dirección local y a un puerto [SWS_TCPIP_00111]. Esto falla si el puerto, el protocolo y la dirección ya están ocupados o la dirección no está asignada ([SWS_TCPIP_00146], [SWS_TCPIP_00254]). Con TCPIP_PORT_ANY, la propia pila selecciona un puerto entre 49152 y 65535 SWS TcpIp p. 85.

Para TCP existen dos vías hacia la conexión:

• Como cliente, TcpIp_TcpConnect establece la conexión de forma asíncrona. Una vez establecida, TcpIp llama a <Up_TcpConnected> ([SWS_TCPIP_00112], [SWS_TCPIP_00227]).
• Como servidor, TcpIp_TcpListen pone el socket en estado de escucha (Listen) [SWS_TCPIP_00113]. Para cada conexión entrante, TcpIp deriva un socket propio y lo notifica con <Up_TcpAccepted> [SWS_TCPIP_00226]. Si la capa superior devuelve E_NOT_OK, TcpIp cierra la conexión SWS SoAd p. 81.

TcpIp solo acepta nuevas conexiones TCP en el estado ONLINE [SWS_TCPIP_00094].

Diagrama de secuencias: el cliente recibe una confirmación mediante <Up_TcpConnected>. El servidor recibe por cada conexión un socket derivado, que la capa superior puede aceptar o rechazar. Fuentes: [SWS_TCPIP_00022], [SWS_TCPIP_00023], [SWS_TCPIP_00226], [SWS_TCPIP_00227], SWS TcpIp p. 129 (el diagrama posterior contiene adicionalmente LSduR, que aquí se omite), SWS TcpIp p. 107.

TcpIp_Close finaliza una conexión TCP de forma regular. Con Abort = TRUE la interrumpe inmediatamente mediante RST. En UDP, los recursos se liberan de inmediato ([SWS_TCPIP_00109], [SWS_TCPIP_00110]). Eventos como reinicio (Reset), FIN o cierre los notifica <Up_TcpIpEvent> [SWS_TCPIP_00144]. Con TcpIp_ChangeParameter pueden modificarse parámetros del socket, como la ventana de recepción, la prioridad de trama, Nagle, el filtro de opciones TCP o la suma de comprobación UDP ([SWS_TCPIP_00126], [SWS_TCPIP_00266], [SWS_TCPIP_00279]).

Rutas de datos: transmisión, recepción, resolución de direcciones

TcpIp_TcpTransmit opera de forma asíncrona. Si DataPtr está establecido, toma los datos de este búfer lineal. Si DataPtr es un NULL_PTR, obtiene los datos mediante <Up_CopyTxData>. Con ForceRetrieve = TRUE son exactamente AvailableLength bytes, con FALSE eventualmente menos ([SWS_TCPIP_00124], [SWS_TCPIP_00125], [SWS_TCPIP_00228]). En TCP, TcpIp solo llama a <Up_TxConfirmation> una vez que el interlocutor ha confirmado ([SWS_TCPIP_00225], SWS SoAd p. 86). TcpIp_UdpTransmit, en cambio, transmite de forma síncrona e inmediata ([SWS_TCPIP_00025], [SWS_TCPIP_00120]).

Diagrama de secuencias: los datos se transfieren directamente o se obtienen mediante un callback de copia. El envío a EthIf se ejecuta en el contexto de la MainFunction; la confirmación no llega hasta después del ACK del interlocutor. Fuentes: [SWS_TCPIP_00050], [SWS_TCPIP_00123], [SWS_TCPIP_00124], [SWS_TCPIP_00131], SWS TcpIp p. 109

Durante la recepción, la capa IP asigna cada datagrama a una entrada de la tabla de direcciones locales [SWS_TCPIP_00169]. UDP y TCP seleccionan a continuación el socket mediante el puerto de destino y la dirección local ([SWS_TCPIP_00170], [SWS_TCPIP_00172]). En conexiones TCP existentes, además deben coincidir la dirección de origen y el puerto de origen [SWS_TCPIP_00173]. Las difusiones (broadcasts) UDP se dirigen a todos los sockets coincidentes; los segmentos TCP dirigidos a direcciones de difusión se descartan ([SWS_TCPIP_00171], [SWS_TCPIP_00174]). TcpIp reensambla los datagramas fragmentados y, para ello, puede desacoplar la recepción ([SWS_TCPIP_00054], SWS TcpIp p. 131). Los datos llegan a la capa superior mediante <Up_RxIndication>. Una vez que esta ha procesado los datos TCP, TcpIp_TcpReceived vuelve a abrir la ventana de recepción ([SWS_TCPIP_00223], [SWS_TCPIP_00115]).

Diagrama de secuencias: una trama recibida se asigna a un socket a través de la dirección local y el puerto. En TCP, el acuse de recibo de la capa superior libera la ventana de recepción. Fuentes: [SWS_TCPIP_00029], [SWS_TCPIP_00169], [SWS_TCPIP_00170], [SWS_TCPIP_00223], [SWS_TCPIP_00115], SWS TcpIp p. 108

Para transmitir, TcpIp necesita la dirección MAC del destino y la mantiene en una tabla ARP:

• La tabla está limitada a TcpIpArpTableSizeMax entradas [SWS_TCPIP_00090]. Las entradas no utilizadas caducan tras TcpIpArpTableEntryTimeout [SWS_TCPIP_00091].
• TcpIp suprime las solicitudes repetidas al mismo destino durante un periodo de TcpIpArpRequestTimeout [SWS_TCPIP_00350].
• En R20-11, cada paquete IP recibido actualiza la tabla [SWS_TCPIP_00092]. Versiones posteriores vinculan esto a TcpIpArpDefensiveProcessing = FALSE SWS TcpIp p. 29.
• Si falta una entrada, TcpIpArpPacketQueueEnabled determina si el paquete se encola o se rechaza ([SWS_TCPIP_00191], [SWS_TCPIP_00192]). Para NDP rige lo correspondiente [SWS_TCPIP_00193].

TcpIp notifica cada cambio de la tabla ARP a través de <Up_PhysAddrTableChg> [SWS_TCPIP_00142]. Si la caché de vecinos (Neighbor Cache) está llena, se desaloja la entrada más antigua [SWS_TCPIP_00264]. Las consultas las permiten TcpIp_GetRemotePhysAddr y los servicios de lectura de caché ([SWS_TCPIP_00138], [SWS_TCPIP_91002], [SWS_TCPIP_91001]).

Diagrama de actividades: si al transmitir falta una entrada ARP, el paquete se encola o se rechaza según la configuración. Las nuevas solicitudes al mismo destino se limitan. Fuentes: [SWS_TCPIP_00191], [SWS_TCPIP_00192], [SWS_TCPIP_00350], [SWS_TCPIP_00142], SWS TcpIp p. 176. Interpretación: el paquete encolado se transmite tras una resolución exitosa.

Protección y filtrado: TLS, IPsec, IdsM

Para conexiones TCP, TcpIp admite TLS conforme a IETF RFC 5246. Las versiones inferiores a 1.2 se rechazan ([SWS_TCPIP_00300], [SWS_TCPIP_00302]). Las identidades PSK y la hora actual las proporcionan callouts configurables ([SWS_TCPIP_91014], [SWS_TCPIP_91012]). La criptografía se ejecuta a través de CSM ([SWS_TCPIP_00028], SWS TcpIp p. 251).

IPsec se admite con IKEv2, no con IKEv1 ([SWS_TCPIP_00352], [SWS_TCPIP_00353]). Cada datagrama se asigna a una política (policy) y, en función de esta, se protege, se deja pasar o se descarta ([SWS_TCPIP_00359], [SWS_TCPIP_00360]). Los encabezados de extensión IPv6 no permitidos provocan un descarte silencioso [SWS_TCPIP_00260]. Si TcpIpEnableSecurityEventReporting está configurado, TcpIp notifica eventos de seguridad a IdsM [SWS_TCPIP_00361].

Comportamiento en caso de error

Los errores de desarrollo, entre ellos TCPIP_E_UNINIT, TCPIP_E_PARAM_POINTER, TCPIP_E_INV_ARG y TCPIP_E_ADDRINUSE, están definidos en [SWS_TCPIP_00042]. Se comprueban, entre otros:

• una familia de direcciones no válida al solicitar un socket [SWS_TCPIP_00128],
• un LocalAddrId no válido en TcpIp_Bind [SWS_TCPIP_00147],
• familias de direcciones contradictorias en TcpIp_GetIpAddr [SWS_TCPIP_00206],
• parámetros no válidos de los servicios de opciones DHCP [SWS_TCPIP_00243],
• un NULL_PTR como dirección de destino en TcpIp_TcpConnect SWS TcpIp p. 86.

TcpIp devuelve algunos rechazos de forma independiente a la detección de errores como E_NOT_OK, por ejemplo un puerto ya ocupado o una familia de direcciones no adecuada ([SWS_TCPIP_00146], [SWS_TCPIP_00205]).

TcpIp notifica errores en tiempo de ejecución mediante Det_ReportRuntimeError:

• TCPIP_E_TIMEDOUT, si no llega respuesta a un SYN, expira la supervisión keep-alive o se agotan los reintentos [SWS_TCPIP_00256],
• TCPIP_E_CONNREFUSED, TCPIP_E_HOSTUNREACH y TCPIP_E_PACKETTOBIG tras los mensajes ICMP correspondientes ([SWS_TCPIP_00257], [SWS_TCPIP_00258], [SWS_TCPIP_00259]),
• TCPIP_E_DADCONFLICT en caso de una dirección asignada por duplicado [SWS_TCPIP_00282].

R20-11 solo define los códigos 0x01 a 0x05 [SWS_TCPIP_00255]. Los códigos TCPIP_E_TX_QUEUE_OVERRUN y TCPIP_E_TX_INTERNAL_PROCESSING_FAILED añadidos en versiones posteriores no son válidos aquí SWS TcpIp p. 65.

Muchos casos de error permanecen silenciosos, ya que los paquetes no coincidentes simplemente se descartan. TcpIp_GetAndResetMeasurementData cuenta dichos paquetes descartados y restablece los contadores ([SWS_TCPIP_91006], [SWS_TCPIP_00296]). Si una dirección MAC no puede resolverse, TcpIp notifica TCPIP_E_PHYS_ADDR_MISS [SWS_TCPIP_00066]. Para destinos fuera de la propia subred, TcpIp_GetRemotePhysAddr devuelve inmediatamente TCPIP_E_NOT_OK [SWS_TCPIP_00139].

Más evidencia detallada

• [SWS_TCPIP_00083], [SWS_TCPIP_00077]: máquina de estados por controlador, véase también SWS TcpIp p. 60.
• [SWS_TCPIP_00065], [SWS_TCPIP_00219]: métodos de asignación y direcciones guardadas.
• [SWS_TCPIP_00222]: socket owners, configuración en SWS TcpIp p. 232.
• [SWS_TCPIP_00125]: cuántos datos obtiene TCP durante la transmisión.
• [SWS_TCPIP_00172]: asignación de segmentos TCP recibidos a sockets.
• [SWS_TCPIP_00359]: procesamiento según la IPsec-Policy.
• [SWS_TCPIP_00255]: códigos de error en tiempo de ejecución para R20-11.