TCP/IP Stack (TcpIp)

Dans la pile Classic Ethernet, TcpIp fournit IPv4 et IPv6 avec ARP, NDP, ICMP et DHCP ainsi que UDP et TCP, desservant ainsi des détenteurs de sockets tels que SoAd [SWS_TCPIP_00052]. Pour chaque contrôleur EthIf, EthSM gère les états ONLINE, ONHOLD et OFFLINE. Un contrôleur ne passe à l'état ONLINE que lorsqu'une adresse locale lui est assignée [SWS_TCPIP_00085]. Les sockets sont demandés, liés et, dans le cas de TCP, connectés de manière active ou passive, les données transitant par des services d'émission et des callbacks. Contrainte majeure : TcpIp n'accepte de nouvelles connexions TCP qu'à l'état ONLINE, et rejette les nouvelles requêtes d'émission en ONHOLD.

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Dans la pile Classic Ethernet, TcpIp est responsable de la communication IP. Il se compose de sous-modules pour IPv4 (avec ARP, ICMP, DHCP et Auto-IP), pour IPv6 (avec NDP, ICMPv6 et DHCPv6) ainsi que pour UDP, TCP et TLS ([SWS_TCPIP_00052], [SWS_TCPIP_00150]). Vers le haut, il dessert les détenteurs de sockets, c'est-à-dire le SoAd ou les CDD, avec ses propres fonctions TcpIp_<Up>GetSocket et callbacks ([SWS_TCPIP_00220], [SWS_TCPIP_00222]). Vers le bas, il échange des trames avec EthIf [SWS_TCPIP_00029].

Diagramme de contexte : TcpIp se situe entre les détenteurs de sockets et EthIf, est commandé par EthSM et signale à DET et IdsM. Sources : [SWS_TCPIP_00220], [SWS_TCPIP_00070], [SWS_TCPIP_00361], SWS TcpIp p. 17

TcpIp gère l'état de communication séparément pour chaque contrôleur EthIf [SWS_TCPIP_00083]. EthSM demande via TcpIp_RequestComMode l'un des états ONLINE, ONHOLD ou OFFLINE [SWS_TCPIP_00070]. STARTUP et SHUTDOWN sont des états transitoires et ne peuvent pas être demandés [SWS_TCPIP_00089]. ONLINE démarre l'assignation d'adresses. ONHOLD conserve les sockets et les adresses, mais n'accepte aucune requête d'émission. OFFLINE ferme les sockets ([SWS_TCPIP_00075], [SWS_TCPIP_00074], [SWS_TCPIP_00072]).

Diagramme d'état : un contrôleur ne passe ONLINE que lorsqu'une adresse lui est assignée. Il rejoint OFFLINE en passant par SHUTDOWN, état au cours duquel les ressources sont libérées. Sources : [SWS_TCPIP_00085], [SWS_TCPIP_00077], [SWS_TCPIP_00087], SWS TcpIp p. 60

Les adresses proviennent d'une table configurée d'adresses locales. Elles sont assignées de manière statique, par DHCP ou en Link-Local, sélectionnées par priorité et, sur demande, enregistrées dans NvM ([SWS_TCPIP_00099], [SWS_TCPIP_00065], [SWS_TCPIP_00127], [SWS_TCPIP_00219]). <Up_LocalIpAddrAssignmentChg> informe la couche supérieure des modifications [SWS_TCPIP_00229]. Les sockets sont demandés et liés avec TcpIp_Bind. Les connexions TCP s'établissent via TcpIp_TcpConnect ou TcpIp_TcpListen ([SWS_TCPIP_00111], [SWS_TCPIP_00112], [SWS_TCPIP_00113]).

L'émission s'effectue de manière asynchrone via TcpIp_TcpTransmit ou de manière synchrone via TcpIp_UdpTransmit. Avec TCP, la couche supérieure transmet les données directement ou les met à disposition via <Up_CopyTxData> ([SWS_TCPIP_00124], [SWS_TCPIP_00120]). TcpIp associe les datagrammes reçus à un socket au moyen de l'adresse locale et du port [SWS_TCPIP_00170]. Si l'adresse MAC de destination est manquante, TcpIpArpPacketQueueEnabled détermine si le paquet est mis en file d'attente ou rejeté [SWS_TCPIP_00192]. TcpIp signale au DET les erreurs d'exécution telles que les timeouts, les hôtes inaccessibles ou les conflits d'adresses. Dans R20-11, les codes 0x01 à 0x05 sont définis à cet effet [SWS_TCPIP_00255]. Pour la sécurisation s'ajoutent TLS à partir de la version 1.2 et IPsec avec IKEv2 ([SWS_TCPIP_00302], [SWS_TCPIP_00353]).

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Rôle dans la pile Ethernet : intermédiaire entre les détenteurs de sockets et EthIf

TcpIp regroupe la communication basée sur IP d'un calculateur Classic au sein de sous-modules [SWS_TCPIP_00052]. Pour IPv4, IP, ARP, ICMP, DHCPv4 (client et serveur), Auto-IP, UDP et TCP sont requis ([SWS_TCPIP_00053], [SWS_TCPIP_00056], [SWS_TCPIP_00058], [SWS_TCPIP_00057], [SWS_TCPIP_00061]). Pour IPv6 s'y ajoutent IPv6, NDP, ICMPv6 et un client DHCPv6 ([SWS_TCPIP_00160], [SWS_TCPIP_00164], [SWS_TCPIP_00166]). Trois classes de scalabilité délimitent le périmètre : pile IPv4, pile IPv6 et Dual Stack SWS TcpIp p. 18. Pour la classe 3, l'intégralité du périmètre est obligatoire [SWS_TCPIP_00150].

Vers le haut, TcpIp dessert les détenteurs de sockets. Si TcpIpSocketOwnerUpperLayerType est défini sur SOAD, les callbacks se nomment SoAd_…. Pour un CDD, les noms de fonctions configurés s'appliquent ([SWS_TCPIP_00220], [SWS_TCPIP_00221]). Chaque détenteur reçoit une fonction TcpIp_<Up>GetSocket propre, et les sockets ainsi demandés lui appartiennent exclusivement [SWS_TCPIP_00222].

Vers le bas, TcpIp reçoit des trames via TcpIp_RxIndication [SWS_TCPIP_00029]. Il émet via EthIf_Transmit, et ce toujours avec TxConfirmation = FALSE [SWS_TCPIP_00131]. EthSM commande l'état via TcpIp_RequestComMode SWS EthSM p. 27. De manière optionnelle, TcpIp utilise les services de CSM [SWS_TCPIP_00028] et signale les événements de sécurité à IdsM [SWS_TCPIP_00361]. SWS TcpIp p. 17 donne un aperçu de l'intégration.

Diagramme de contexte : TcpIp se situe entre les détenteurs de sockets (SoAd ou CDD) et EthIf. Il est commandé par EthSM, signale les erreurs à DET et les événements à IdsM, et utilise facultativement le CSM. Sources : [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

États du contrôleur : de TCPIP_STATE_OFFLINE à TCPIP_STATE_ONLINE

Le module est initialisé avec TcpIp_Init et une TcpIp_ConfigType spécifique à l'implémentation ([SWS_TCPIP_00002], [SWS_TCPIP_00067]). TcpIp_MainFunction est le point d'entrée pour le planificateur [SWS_TCPIP_00026]. Interprétation : c'est là que devraient s'exécuter des processus temporisés tels que les timeouts. Question Q-77b083e447651768 (ouverte) La spécification indique seulement à ce sujet « Schedules the TCP/IP stack ».

TcpIp maintient un état propre pour chaque contrôleur EthIf : OFFLINE, STARTUP, ONLINE, ONHOLD ou SHUTDOWN [SWS_TCPIP_00083]. Si la demande enregistrée diffère de l'état actif, TcpIp engage les démarches nécessaires [SWS_TCPIP_00136].

• Une demande d'état ONLINE émise depuis OFFLINE active les assignations d'adresses configurées [SWS_TCPIP_00075]. Dès qu'une adresse est assignée, le contrôleur passe à l'état ONLINE [SWS_TCPIP_00085].
• ONHOLD signale TCPIP_IPADDR_STATE_ONHOLD pour toutes les adresses. Les sockets et les adresses sont conservés, mais les nouvelles requêtes d'émission ne sont pas acceptées ([SWS_TCPIP_00076], [SWS_TCPIP_00074]). Le retour à l'état ONLINE signale de nouveau TCPIP_IPADDR_STATE_ASSIGNED [SWS_TCPIP_00086].
• Une demande d'état OFFLINE ou la libération de toutes les adresses signale TCPIP_IPADDR_STATE_UNASSIGNED et ferme les sockets ([SWS_TCPIP_00077], [SWS_TCPIP_00072]). Une fois les ressources libérées, OFFLINE s'ensuit [SWS_TCPIP_00087].

Diagramme d'état : chaque contrôleur EthIf possède son propre automate d'état. Seuls ONLINE, ONHOLD et OFFLINE peuvent être demandés, STARTUP et SHUTDOWN étant des états transitoires. Sources : [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 (schéma issu de R25-11, transitions couvertes par les exigences de R20-11)

Dans STARTUP, une demande d'état OFFLINE interrompt les assignations en cours [SWS_TCPIP_00088]. Si quelqu'un demande STARTUP ou SHUTDOWN, la requête est rejetée avec E_NOT_OK [SWS_TCPIP_00089].

Un démarrage type se déroule ainsi : EthSM demande ONLINE à la requête de ComM SWS EthSM p. 42. TcpIp signale ensuite l'adresse assignée. SoAd demande alors des sockets et les lie ([SWS_TCPIP_00229], SWS SoAd p. 20). Le schéma issu de R25-11 montre en outre une notification en retour via EthSM_TcpIpModeIndication SWS TcpIp p. 60. Cela devrait également s'appliquer pour R20-11. Question Q-a5e26ad792c23d58 (ouverte)

Diagramme de séquence : seule l'assignation asynchrone d'adresse fait passer le contrôleur à l'état ONLINE. Ensuite, SoAd peut demander des sockets et les lier. Sources : [SWS_TCPIP_00070], [SWS_TCPIP_00075], [SWS_TCPIP_00085], [SWS_TCPIP_00229], [SWS_TCPIP_00018], [SWS_TCPIP_00015], SWS EthSM p. 42. La notification en retour à EthSM existe vraisemblablement aussi dans R20-11.

Adresses locales et leur assignation

La base est une table d'adresses locales issue de TcpIpLocalAddr, qui sont affectées au moment de l'exécution à des contrôleurs EthIf ([SWS_TCPIP_00099], SWS TcpIp p. 220). Une entrée est référencée via TcpIp_LocalAddrIdType [SWS_TCPIP_00030]. Plusieurs procédés sont envisageables par entrée, comme statique, DHCP ou Link-Local ([SWS_TCPIP_00065], SWS TcpIp p. 224). Si une adresse de priorité plus élevée devient disponible, elle remplace la précédente [SWS_TCPIP_00127].

La manière dont l'assignation et la libération sont déclenchées dépend du déclencheur configuré :

• Avec TCPIP_MANUAL, TcpIp_RequestIpAddrAssignment et TcpIp_ReleaseIpAddrAssignment contrôlent la disponibilité ([SWS_TCPIP_00195], [SWS_TCPIP_00196]).
• Avec TCPIP_AUTOMATIC, les deux appels sont rejetés avec E_NOT_OK ([SWS_TCPIP_00198], [SWS_TCPIP_00199]).
• Avec TCPIP_STORE, TcpIp reprend une adresse valide issue du bloc NvM [SWS_TCPIP_00219]. TcpIp_ResetIpAssignment invalide ces adresses enregistrées [SWS_TCPIP_00216].

Toute modification d'une assignation est signalée par <Up_LocalIpAddrAssignmentChg> avec une valeur de type TcpIp_IpAddrStateType ([SWS_TCPIP_00229], [SWS_TCPIP_00082]). TcpIp annonce les nouvelles adresses IPv4 par Gratuitous ARP [SWS_TCPIP_00093]. Il vérifie les adresses IPv6 par Duplicate Address Detection [SWS_TCPIP_00159]. L'interrogation s'effectue via TcpIp_GetIpAddr, TcpIp_GetPhysAddr et TcpIp_GetCtrlIdx ([SWS_TCPIP_00032], [SWS_TCPIP_00033], [SWS_TCPIP_00141]). Si l'on interroge une option DHCP qui n'est pas définie, le service de lecture renvoie une longueur de 0 [SWS_TCPIP_00237].

Sockets : demander, lier, connecter, fermer

Un socket est demandé en spécifiant la famille d'adresses et le protocole ([SWS_TCPIP_00018], [SWS_TCPIP_00009], [SWS_TCPIP_00010]). TcpIp_Bind le lie à une adresse locale et à un port [SWS_TCPIP_00111]. Cela échoue si le port, le protocole et l'adresse sont déjà occupés ou si l'adresse n'est pas assignée ([SWS_TCPIP_00146], [SWS_TCPIP_00254]). Avec TCPIP_PORT_ANY, la pile choisit elle-même un port compris entre 49152 et 65535 SWS TcpIp p. 85.

Pour TCP, il existe deux manières d'établir la connexion :

• En tant que client, TcpIp_TcpConnect établit la connexion de manière asynchrone. Une fois celle-ci établie, TcpIp appelle <Up_TcpConnected> ([SWS_TCPIP_00112], [SWS_TCPIP_00227]).
• En tant que serveur, TcpIp_TcpListen place le socket dans l'état Listen [SWS_TCPIP_00113]. Pour chaque connexion entrante, TcpIp dérive un socket dédié et le signale avec <Up_TcpAccepted> [SWS_TCPIP_00226]. Si la couche supérieure renvoie E_NOT_OK, TcpIp ferme la connexion SWS SoAd p. 81.

TcpIp n'accepte de nouvelles connexions TCP que dans l'état ONLINE [SWS_TCPIP_00094].

Diagramme de séquence : le client reçoit une confirmation via <Up_TcpConnected>. Le serveur reçoit pour chaque connexion un socket dérivé que la couche supérieure peut accepter ou refuser. Sources : [SWS_TCPIP_00022], [SWS_TCPIP_00023], [SWS_TCPIP_00226], [SWS_TCPIP_00227], SWS TcpIp p. 129 (le schéma ultérieur contient en plus LSduR, qui est omis ici), SWS TcpIp p. 107

TcpIp_Close met fin à une connexion TCP de manière normale. Avec Abort = TRUE, il l'interrompt immédiatement par un RST. Dans le cas d'UDP, les ressources sont libérées immédiatement ([SWS_TCPIP_00109], [SWS_TCPIP_00110]). Les événements tels que Reset, FIN ou la fermeture sont signalés par <Up_TcpIpEvent> [SWS_TCPIP_00144]. Avec TcpIp_ChangeParameter, il est possible de modifier les paramètres du socket, tels que la fenêtre de réception, la priorité de trame, Nagle, le filtre d'options TCP ou la somme de contrôle UDP ([SWS_TCPIP_00126], [SWS_TCPIP_00266], [SWS_TCPIP_00279]).

Chemins de données : émission, réception, résolution d'adresses

TcpIp_TcpTransmit fonctionne de manière asynchrone. Si DataPtr est défini, il prend en charge les données issues de ce tampon linéaire. Si DataPtr est un NULL_PTR, il récupère les données via <Up_CopyTxData>. Avec ForceRetrieve = TRUE, il s'agit exactement de AvailableLength octets, avec FALSE éventuellement de moins ([SWS_TCPIP_00124], [SWS_TCPIP_00125], [SWS_TCPIP_00228]). Dans le cas de TCP, TcpIp n'appelle <Up_TxConfirmation> que lorsque l'entité distante a acquitté ([SWS_TCPIP_00225], SWS SoAd p. 86). En revanche, TcpIp_UdpTransmit émet de manière synchrone et immédiate ([SWS_TCPIP_00025], [SWS_TCPIP_00120]).

Diagramme de séquence : les données sont transmises directement ou récupérées par un callback de copie. L'envoi vers EthIf s'exécute dans le contexte de la MainFunction, la confirmation n'intervenant qu'après l'ACK de l'entité distante. Sources : [SWS_TCPIP_00050], [SWS_TCPIP_00123], [SWS_TCPIP_00124], [SWS_TCPIP_00131], SWS TcpIp p. 109

Lors de la réception, la couche IP associe chaque datagramme à une entrée de la table d'adresses locales [SWS_TCPIP_00169]. UDP et TCP sélectionnent ensuite le socket via le port de destination et l'adresse locale ([SWS_TCPIP_00170], [SWS_TCPIP_00172]). Pour les connexions TCP existantes, l'adresse source et le port source doivent également correspondre [SWS_TCPIP_00173]. Les broadcasts UDP sont transmis à tous les sockets correspondants, les segments TCP destinés à des adresses de broadcast sont rejetés ([SWS_TCPIP_00171], [SWS_TCPIP_00174]). TcpIp réassemble les datagrammes fragmentés et est autorisé à découpler la réception à cette fin ([SWS_TCPIP_00054], SWS TcpIp p. 131). Les données parviennent à la couche supérieure via <Up_RxIndication>. Une fois que celle-ci a traité les données TCP, TcpIp_TcpReceived rouvre la fenêtre de réception ([SWS_TCPIP_00223], [SWS_TCPIP_00115]).

Diagramme de séquence : une trame reçue est associée à un socket via l'adresse locale et le port. Dans le cas de TCP, l'acquittement de la couche supérieure libère la fenêtre de réception. Sources : [SWS_TCPIP_00029], [SWS_TCPIP_00169], [SWS_TCPIP_00170], [SWS_TCPIP_00223], [SWS_TCPIP_00115], SWS TcpIp p. 108

Pour émettre, TcpIp a besoin de l'adresse MAC de la destination et la conserve dans une table ARP :

• La table est limitée à TcpIpArpTableSizeMax entrées [SWS_TCPIP_00090]. Les entrées non utilisées expirent après TcpIpArpTableEntryTimeout [SWS_TCPIP_00091].
• TcpIp supprime les requêtes répétées vers la même destination pendant la durée de TcpIpArpRequestTimeout [SWS_TCPIP_00350].
• Dans R20-11, chaque paquet IP reçu met à jour la table [SWS_TCPIP_00092]. Les versions ultérieures conditionnent cela à TcpIpArpDefensiveProcessing = FALSE SWS TcpIp p. 29.
• Si une entrée est manquante, TcpIpArpPacketQueueEnabled détermine si le paquet est mis en file d'attente ou rejeté ([SWS_TCPIP_00191], [SWS_TCPIP_00192]). Il en va de même pour NDP [SWS_TCPIP_00193].

TcpIp signale toute modification de la table ARP via <Up_PhysAddrTableChg> [SWS_TCPIP_00142]. Si le Neighbor Cache est plein, l'entrée la plus ancienne est évincée [SWS_TCPIP_00264]. Les requêtes sont permises par TcpIp_GetRemotePhysAddr et par les services de lecture du cache ([SWS_TCPIP_00138], [SWS_TCPIP_91002], [SWS_TCPIP_91001]).

Diagramme d'activité : si une entrée ARP est manquante lors de l'émission, le paquet est mis en file d'attente ou rejeté selon la configuration. Les nouvelles requêtes vers la même destination sont régulées. Sources : [SWS_TCPIP_00191], [SWS_TCPIP_00192], [SWS_TCPIP_00350], [SWS_TCPIP_00142], SWS TcpIp p. 176. Interprétation : le paquet mis en file d'attente est émis après une résolution réussie.

Sécurisation et filtrage : TLS, IPsec, IdsM

Pour les connexions TCP, TcpIp prend en charge TLS selon l'IETF RFC 5246. Les versions inférieures à 1.2 sont rejetées ([SWS_TCPIP_00300], [SWS_TCPIP_00302]). Les identités PSK et l'heure actuelle sont fournies par des callouts configurables ([SWS_TCPIP_91014], [SWS_TCPIP_91012]). La cryptographie s'exécute via le CSM ([SWS_TCPIP_00028], SWS TcpIp p. 251).

IPsec est pris en charge avec IKEv2, mais pas avec IKEv1 ([SWS_TCPIP_00352], [SWS_TCPIP_00353]). Chaque datagramme est associé à une politique et, selon celle-ci, protégé, laissé passer ou rejeté ([SWS_TCPIP_00359], [SWS_TCPIP_00360]). Des en-têtes d'extension IPv6 non autorisés entraînent un rejet silencieux [SWS_TCPIP_00260]. Si TcpIpEnableSecurityEventReporting est défini, TcpIp signale les événements de sécurité à l'IdsM [SWS_TCPIP_00361].

Comportement en cas d'erreur

Les erreurs de développement, parmi lesquelles TCPIP_E_UNINIT, TCPIP_E_PARAM_POINTER, TCPIP_E_INV_ARG et TCPIP_E_ADDRINUSE, sont définies dans [SWS_TCPIP_00042]. Sont notamment vérifiés :

• une famille d'adresses invalide lors de la demande d'un socket [SWS_TCPIP_00128],
• un LocalAddrId invalide lors de TcpIp_Bind [SWS_TCPIP_00147],
• des familles d'adresses contradictoires lors de TcpIp_GetIpAddr [SWS_TCPIP_00206],
• des paramètres invalides des services d'options DHCP [SWS_TCPIP_00243],
• un NULL_PTR comme adresse de destination lors de TcpIp_TcpConnect SWS TcpIp p. 86.

Indépendamment de la détection d'erreurs, TcpIp renvoie certains refus sous la forme de E_NOT_OK, par exemple un port déjà occupé ou une famille d'adresses inadaptée ([SWS_TCPIP_00146], [SWS_TCPIP_00205]).

TcpIp signale les erreurs d'exécution via Det_ReportRuntimeError :

• TCPIP_E_TIMEDOUT lorsqu'aucune réponse ne parvient à un SYN, que la surveillance Keep-Alive expire ou que les répétitions sont épuisées [SWS_TCPIP_00256],
• TCPIP_E_CONNREFUSED, TCPIP_E_HOSTUNREACH et TCPIP_E_PACKETTOBIG après les messages ICMP correspondants ([SWS_TCPIP_00257], [SWS_TCPIP_00258], [SWS_TCPIP_00259]),
• TCPIP_E_DADCONFLICT en cas d'adresse attribuée en double [SWS_TCPIP_00282].

R20-11 ne définit que les codes 0x01 à 0x05 [SWS_TCPIP_00255]. Les codes TCPIP_E_TX_QUEUE_OVERRUN et TCPIP_E_TX_INTERNAL_PROCESSING_FAILED, ajoutés dans des versions ultérieures, ne s'appliquent pas ici SWS TcpIp p. 65.

De nombreux cas d'erreur restent silencieux, car les paquets inadaptés sont simplement rejetés. TcpIp_GetAndResetMeasurementData compte ces paquets rejetés et réinitialise les compteurs ([SWS_TCPIP_91006], [SWS_TCPIP_00296]). Si une adresse MAC ne peut pas être résolue, TcpIp signale TCPIP_E_PHYS_ADDR_MISS [SWS_TCPIP_00066]. Pour les destinations situées hors de son propre sous-réseau, TcpIp_GetRemotePhysAddr renvoie immédiatement TCPIP_E_NOT_OK [SWS_TCPIP_00139].

Preuves détaillées supplémentaires

• [SWS_TCPIP_00083], [SWS_TCPIP_00077] : automate d'états par contrôleur, voir aussi SWS TcpIp p. 60.
• [SWS_TCPIP_00065], [SWS_TCPIP_00219] : méthodes d'attribution et adresses enregistrées.
• [SWS_TCPIP_00222] : propriétaire du socket, configuration dans SWS TcpIp p. 232.
• [SWS_TCPIP_00125] : quantité de données que TCP récupère lors de l'émission.
• [SWS_TCPIP_00172] : association des segments TCP reçus aux sockets.
• [SWS_TCPIP_00359] : traitement selon la politique IPsec.
• [SWS_TCPIP_00255] : codes d'erreur d'exécution pour R20-11.