TCP/IP Stack (TcpIp)

Na stack Ethernet Classic, o TcpIp disponibiliza IPv4 e IPv6 com ARP, NDP, ICMP e DHCP, bem como UDP e TCP, atendendo assim socket owners como o SoAd [SWS_TCPIP_00052]. O EthSM controla os estados ONLINE, ONHOLD e OFFLINE para cada controlador EthIf. Um controlador só passa a ONLINE depois que um endereço local lhe for atribuído [SWS_TCPIP_00085]. Sockets são solicitados, vinculados e, no TCP, conectados de forma ativa ou passiva; os dados trafegam por serviços de transmissão e callbacks. Condição de contorno mais importante: o TcpIp só aceita novas conexões TCP no estado ONLINE e, em ONHOLD, rejeita novas ordens de transmissão.

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Na stack Ethernet Classic, o TcpIp é responsável pela comunicação IP. Ele é composto de submódulos para IPv4 (com ARP, ICMP, DHCP e Auto-IP), para IPv6 (com NDP, ICMPv6 e DHCPv6), bem como para UDP, TCP e TLS ([SWS_TCPIP_00052], [SWS_TCPIP_00150]). Para cima, atende socket owners, ou seja, o SoAd ou CDDs, com funções TcpIp_<Up>GetSocket próprias e callbacks ([SWS_TCPIP_00220], [SWS_TCPIP_00222]). Para baixo, troca frames com o EthIf [SWS_TCPIP_00029].

Diagrama de contexto: o TcpIp localiza-se entre os socket owners e o EthIf, é controlado pelo EthSM e relata ao DET e ao IdsM. Fontes: [SWS_TCPIP_00220], [SWS_TCPIP_00070], [SWS_TCPIP_00361], SWS TcpIp p. 17

O TcpIp mantém o estado de comunicação separadamente para cada controlador EthIf [SWS_TCPIP_00083]. O EthSM solicita via TcpIp_RequestComMode um dos estados ONLINE, ONHOLD ou OFFLINE [SWS_TCPIP_00070]. STARTUP e SHUTDOWN são estados transitórios e não podem ser solicitados [SWS_TCPIP_00089]. ONLINE inicia a atribuição de endereços. ONHOLD mantém sockets e endereços, mas não aceita ordens de transmissão. OFFLINE fecha os sockets ([SWS_TCPIP_00075], [SWS_TCPIP_00074], [SWS_TCPIP_00072]).

Diagrama de estados: um controlador só passa a ONLINE após ter um endereço atribuído. O caminho para OFFLINE ocorre via SHUTDOWN, no qual os recursos são liberados. Fontes: [SWS_TCPIP_00085], [SWS_TCPIP_00077], [SWS_TCPIP_00087], SWS TcpIp p. 60

Os endereços provêm de uma tabela configurada de endereços locais. Eles são atribuídos estaticamente, via DHCP ou como link-local, selecionados por prioridade e, opcionalmente, armazenados na NvM ([SWS_TCPIP_00099], [SWS_TCPIP_00065], [SWS_TCPIP_00127], [SWS_TCPIP_00219]). Sobre alterações, <Up_LocalIpAddrAssignmentChg> informa a camada superior [SWS_TCPIP_00229]. Sockets são solicitados e vinculados com TcpIp_Bind. Conexões TCP são estabelecidas via TcpIp_TcpConnect ou TcpIp_TcpListen ([SWS_TCPIP_00111], [SWS_TCPIP_00112], [SWS_TCPIP_00113]).

A transmissão é feita de forma assíncrona via TcpIp_TcpTransmit ou síncrona via TcpIp_UdpTransmit. No TCP, a camada superior transfere os dados diretamente ou os disponibiliza via <Up_CopyTxData> ([SWS_TCPIP_00124], [SWS_TCPIP_00120]). O TcpIp associa datagramas recebidos a um socket por meio do endereço local e da porta [SWS_TCPIP_00170]. Se o endereço MAC de destino estiver ausente, TcpIpArpPacketQueueEnabled define se o pacote é enfileirado ou rejeitado [SWS_TCPIP_00192]. Erros de tempo de execução como timeouts, hosts inacessíveis ou conflitos de endereço são relatados pelo TcpIp ao DET. No R20-11, os códigos 0x01 a 0x05 estão definidos para isso [SWS_TCPIP_00255]. Para proteção adicional, somam-se o TLS a partir da versão 1.2 e o IPsec com IKEv2 ([SWS_TCPIP_00302], [SWS_TCPIP_00353]).

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Papel na stack Ethernet: intermediário entre socket owners e EthIf

O TcpIp agrupa a comunicação baseada em IP de uma ECU Classic em submódulos [SWS_TCPIP_00052]. Para IPv4, são exigidos IP, ARP, ICMP, DHCPv4 (cliente e servidor), Auto-IP, UDP e TCP ([SWS_TCPIP_00053], [SWS_TCPIP_00056], [SWS_TCPIP_00058], [SWS_TCPIP_00057], [SWS_TCPIP_00061]). Para IPv6, somam-se IPv6, NDP, ICMPv6 e um cliente DHCPv6 ([SWS_TCPIP_00160], [SWS_TCPIP_00164], [SWS_TCPIP_00166]). Três classes de escalabilidade ajustam o escopo: stack IPv4, stack IPv6 e Dual Stack SWS TcpIp p. 18. Para a classe 3, o escopo completo é obrigatório [SWS_TCPIP_00150].

Para cima, o TcpIp atende socket owners. Se TcpIpSocketOwnerUpperLayerType estiver configurado como SOAD, os callbacks chamam-se SoAd_…. No caso de CDD, aplicam-se os nomes de função configurados ([SWS_TCPIP_00220], [SWS_TCPIP_00221]). Cada owner recebe uma função TcpIp_<Up>GetSocket própria, e os sockets solicitados dessa forma pertencem exclusivamente a ele [SWS_TCPIP_00222].

Para baixo, o TcpIp recebe frames via TcpIp_RxIndication [SWS_TCPIP_00029]. Ele transmite via EthIf_Transmit, e sempre com TxConfirmation = FALSE [SWS_TCPIP_00131]. O EthSM controla o estado via TcpIp_RequestComMode SWS EthSM p. 27. Opcionalmente, o TcpIp utiliza serviços do CSM [SWS_TCPIP_00028] e relata eventos de segurança ao IdsM [SWS_TCPIP_00361]. Uma visão geral da integração é fornecida em SWS TcpIp p. 17.

Diagrama de contexto: o TcpIp localiza-se entre os socket owners (SoAd ou CDD) e o EthIf. Ele é controlado pelo EthSM, relata erros ao DET e eventos ao IdsM e utiliza opcionalmente o CSM. Fontes: [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 do controlador: de TCPIP_STATE_OFFLINE para TCPIP_STATE_ONLINE

O módulo é inicializado com TcpIp_Init e uma TcpIp_ConfigType específica da implementação ([SWS_TCPIP_00002], [SWS_TCPIP_00067]). TcpIp_MainFunction é o ponto de entrada para o escalonador [SWS_TCPIP_00026]. Interpretação: é provável que processos temporizados, como timeouts, sejam executados ali. Pergunta Q-77b083e447651768 (aberta) A especificação afirma apenas "Schedules the TCP/IP stack".

O TcpIp mantém um estado próprio para cada controlador EthIf: OFFLINE, STARTUP, ONLINE, ONHOLD ou SHUTDOWN [SWS_TCPIP_00083]. Se a solicitação armazenada diferir do estado ativo, o TcpIp inicia os passos necessários [SWS_TCPIP_00136].

• Uma solicitação de ONLINE a partir de OFFLINE ativa as atribuições de endereços configuradas [SWS_TCPIP_00075]. Assim que um endereço for atribuído, o controlador muda para ONLINE [SWS_TCPIP_00085].
• ONHOLD relata TCPIP_IPADDR_STATE_ONHOLD para todos os endereços. Sockets e endereços são mantidos, mas novas ordens de transmissão não são aceitas ([SWS_TCPIP_00076], [SWS_TCPIP_00074]). O retorno para ONLINE relata novamente TCPIP_IPADDR_STATE_ASSIGNED [SWS_TCPIP_00086].
• Uma solicitação de OFFLINE ou a liberação de todos os endereços relata TCPIP_IPADDR_STATE_UNASSIGNED e fecha os sockets ([SWS_TCPIP_00077], [SWS_TCPIP_00072]). Uma vez liberados os recursos, segue-se OFFLINE [SWS_TCPIP_00087].

Diagrama de estados: cada controlador EthIf possui uma máquina de estados própria. Apenas ONLINE, ONHOLD e OFFLINE podem ser solicitados; STARTUP e SHUTDOWN são estados transitórios. Fontes: [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, transições cobertas pelos requisitos de R20-11)

Em STARTUP, uma solicitação de OFFLINE cancela atribuições em andamento [SWS_TCPIP_00088]. Se alguém solicitar STARTUP ou SHUTDOWN, isso é rejeitado com E_NOT_OK [SWS_TCPIP_00089].

Uma inicialização típica ocorre da seguinte forma: o EthSM solicita ONLINE a pedido do ComM SWS EthSM p. 42. Em seguida, o TcpIp relata o endereço atribuído. Depois disso, o SoAd solicita sockets e os vincula ([SWS_TCPIP_00229], SWS SoAd p. 20). O diagrama de R25-11 também mostra um retorno via EthSM_TcpIpModeIndication SWS TcpIp p. 60. É provável que isso também se aplique ao R20-11. Pergunta Q-a5e26ad792c23d58 (aberta)

Diagrama de sequência: somente a atribuição assíncrona de endereços torna o controlador ONLINE. Depois disso, o SoAd pode solicitar e vincular sockets. Fontes: [SWS_TCPIP_00070], [SWS_TCPIP_00075], [SWS_TCPIP_00085], [SWS_TCPIP_00229], [SWS_TCPIP_00018], [SWS_TCPIP_00015], SWS EthSM p. 42. O retorno ao EthSM provavelmente também existe no R20-11.

Endereços locais e sua atribuição

A base é uma tabela de endereços locais de TcpIpLocalAddr, que são associados em tempo de execução a controladores EthIf ([SWS_TCPIP_00099], SWS TcpIp p. 220). Uma entrada é acessada via TcpIp_LocalAddrIdType [SWS_TCPIP_00030]. Por entrada, múltiplos métodos são possíveis, como estático, DHCP ou link-local ([SWS_TCPIP_00065], SWS TcpIp p. 224). Se um endereço com prioridade mais alta ficar disponível, ele substitui o anterior [SWS_TCPIP_00127].

A forma como a atribuição e a liberação são disparadas depende do trigger configurado:

• Com TCPIP_MANUAL, TcpIp_RequestIpAddrAssignment e TcpIp_ReleaseIpAddrAssignment controlam a disponibilidade ([SWS_TCPIP_00195], [SWS_TCPIP_00196]).
• Com TCPIP_AUTOMATIC, ambas as chamadas são rejeitadas com E_NOT_OK ([SWS_TCPIP_00198], [SWS_TCPIP_00199]).
• Com TCPIP_STORE, o TcpIp assume um endereço válido do bloco NvM [SWS_TCPIP_00219]. TcpIp_ResetIpAssignment invalida esses endereços armazenados [SWS_TCPIP_00216].

Cada alteração de uma atribuição é relatada por <Up_LocalIpAddrAssignmentChg> com um valor do tipo TcpIp_IpAddrStateType ([SWS_TCPIP_00229], [SWS_TCPIP_00082]). Novos endereços IPv4 são anunciados pelo TcpIp via Gratuitous ARP [SWS_TCPIP_00093]. Endereços IPv6 são verificados por ele via Duplicate Address Detection [SWS_TCPIP_00159]. Para consulta, servem TcpIp_GetIpAddr, TcpIp_GetPhysAddr e TcpIp_GetCtrlIdx ([SWS_TCPIP_00032], [SWS_TCPIP_00033], [SWS_TCPIP_00141]). Se uma opção DHCP não configurada for consultada, o serviço de leitura retorna comprimento 0 [SWS_TCPIP_00237].

Sockets: solicitar, vincular, conectar, fechar

Um socket é solicitado com a família de endereços e o protocolo ([SWS_TCPIP_00018], [SWS_TCPIP_00009], [SWS_TCPIP_00010]). TcpIp_Bind vincula-o a um endereço local e a uma porta [SWS_TCPIP_00111]. Isso falha se a porta, o protocolo e o endereço já estiverem ocupados ou se o endereço não estiver atribuído ([SWS_TCPIP_00146], [SWS_TCPIP_00254]). Com TCPIP_PORT_ANY, a própria stack seleciona uma porta entre 49152 e 65535 SWS TcpIp p. 85.

Para o TCP, existem dois caminhos para a conexão:

• Como cliente, TcpIp_TcpConnect estabelece a conexão de forma assíncrona. Uma vez estabelecida, o TcpIp chama <Up_TcpConnected> ([SWS_TCPIP_00112], [SWS_TCPIP_00227]).
• Como servidor, TcpIp_TcpListen coloca o socket no estado listen [SWS_TCPIP_00113]. Para cada conexão de entrada, o TcpIp deriva um socket próprio e o relata com <Up_TcpAccepted> [SWS_TCPIP_00226]. Se a camada superior retornar E_NOT_OK, o TcpIp fecha a conexão SWS SoAd p. 81.

O TcpIp só aceita novas conexões TCP no estado ONLINE [SWS_TCPIP_00094].

Diagrama de sequência: o cliente recebe uma confirmação via <Up_TcpConnected>. O servidor recebe um socket derivado para cada conexão, que a camada superior pode aceitar ou rejeitar. Fontes: [SWS_TCPIP_00022], [SWS_TCPIP_00023], [SWS_TCPIP_00226], [SWS_TCPIP_00227], SWS TcpIp p. 129 (o diagrama posterior contém adicionalmente LSduR, que aqui é omitido), SWS TcpIp p. 107

TcpIp_Close encerra uma conexão TCP normalmente. Com Abort = TRUE, ele a cancela imediatamente via RST. No UDP, os recursos são liberados imediatamente ([SWS_TCPIP_00109], [SWS_TCPIP_00110]). Eventos como reset, FIN ou fechamento são relatados por <Up_TcpIpEvent> [SWS_TCPIP_00144]. Com TcpIp_ChangeParameter, é possível alterar parâmetros do socket, como janela de recepção, prioridade de frame, Nagle, filtro de opções TCP ou checksum UDP ([SWS_TCPIP_00126], [SWS_TCPIP_00266], [SWS_TCPIP_00279]).

Caminhos de dados: transmissão, recepção, resolução de endereços

TcpIp_TcpTransmit opera de forma assíncrona. Se DataPtr estiver definido, ele assume os dados a partir desse buffer linear. Se DataPtr for um NULL_PTR, ele obtém os dados via <Up_CopyTxData>. Com ForceRetrieve = TRUE, são exatamente AvailableLength bytes; com FALSE, eventualmente menos ([SWS_TCPIP_00124], [SWS_TCPIP_00125], [SWS_TCPIP_00228]). No TCP, o TcpIp chama <Up_TxConfirmation> apenas quando o nó remoto tiver confirmado ([SWS_TCPIP_00225], SWS SoAd p. 86). TcpIp_UdpTransmit, por outro lado, transmite de forma síncrona e imediata ([SWS_TCPIP_00025], [SWS_TCPIP_00120]).

Diagrama de sequência: os dados são transferidos diretamente ou obtidos via callback de cópia. O envio para o EthIf ocorre no contexto da MainFunction; a confirmação só chega após o ACK do nó remoto. Fontes: [SWS_TCPIP_00050], [SWS_TCPIP_00123], [SWS_TCPIP_00124], [SWS_TCPIP_00131], SWS TcpIp p. 109

Na recepção, a camada IP associa cada datagrama a uma entrada da tabela de endereços locais [SWS_TCPIP_00169]. O UDP e o TCP selecionam então o socket por meio da porta de destino e do endereço local ([SWS_TCPIP_00170], [SWS_TCPIP_00172]). Em conexões TCP existentes, o endereço de origem e a porta de origem também devem coincidir [SWS_TCPIP_00173]. Broadcasts UDP vão para todos os sockets correspondentes; segmentos TCP para endereços de broadcast são descartados ([SWS_TCPIP_00171], [SWS_TCPIP_00174]). O TcpIp remonta datagramas fragmentados e pode desacoplar a recepção para essa finalidade ([SWS_TCPIP_00054], SWS TcpIp p. 131). Os dados chegam à camada superior via <Up_RxIndication>. Uma vez que ela tenha processado os dados TCP, TcpIp_TcpReceived reabre a janela de recepção ([SWS_TCPIP_00223], [SWS_TCPIP_00115]).

Diagrama de sequência: um frame recebido é associado a um socket por meio do endereço local e da porta. No TCP, a confirmação da camada superior libera a janela de recepção. Fontes: [SWS_TCPIP_00029], [SWS_TCPIP_00169], [SWS_TCPIP_00170], [SWS_TCPIP_00223], [SWS_TCPIP_00115], SWS TcpIp p. 108

Para transmitir, o TcpIp necessita do endereço MAC de destino e o mantém em uma tabela ARP:

• A tabela é limitada a TcpIpArpTableSizeMax entradas [SWS_TCPIP_00090]. Entradas não utilizadas expiram após TcpIpArpTableEntryTimeout [SWS_TCPIP_00091].
• Requisições repetidas para o mesmo destino são suprimidas pelo TcpIp durante o período de TcpIpArpRequestTimeout [SWS_TCPIP_00350].
• No R20-11, cada pacote IP recebido atualiza a tabela [SWS_TCPIP_00092]. Releases posteriores vinculam isso a TcpIpArpDefensiveProcessing = FALSE SWS TcpIp p. 29.
• Se uma entrada estiver ausente, TcpIpArpPacketQueueEnabled decide se o pacote é enfileirado ou rejeitado ([SWS_TCPIP_00191], [SWS_TCPIP_00192]). O mesmo se aplica ao NDP [SWS_TCPIP_00193].

Cada alteração na tabela ARP é relatada pelo TcpIp via <Up_PhysAddrTableChg> [SWS_TCPIP_00142]. Se a Neighbor Cache estiver cheia, a entrada mais antiga é substituída [SWS_TCPIP_00264]. Consultas são permitidas por TcpIp_GetRemotePhysAddr e pelos serviços de leitura da cache ([SWS_TCPIP_00138], [SWS_TCPIP_91002], [SWS_TCPIP_91001]).

Diagrama de atividades: se faltar uma entrada ARP no envio, o pacote é enfileirado ou rejeitado, dependendo da configuração. Novas requisições para o mesmo destino são limitadas. Fontes: [SWS_TCPIP_00191], [SWS_TCPIP_00192], [SWS_TCPIP_00350], [SWS_TCPIP_00142], SWS TcpIp p. 176. Interpretação: o pacote enfileirado é enviado após a resolução bem-sucedida.

Proteção e filtragem: TLS, IPsec, IdsM

Para conexões TCP, o TcpIp suporta TLS de acordo com a RFC 5246 da IETF. Versões inferiores a 1.2 são rejeitadas ([SWS_TCPIP_00300], [SWS_TCPIP_00302]). Identidades PSK e a hora atual são fornecidas por callouts configuráveis ([SWS_TCPIP_91014], [SWS_TCPIP_91012]). A criptografia é executada via CSM ([SWS_TCPIP_00028], SWS TcpIp p. 251).

O IPsec é suportado com IKEv2; o IKEv1 não é suportado ([SWS_TCPIP_00352], [SWS_TCPIP_00353]). Cada datagrama é associado a uma política e, dependendo dela, protegido, permitido ou descartado ([SWS_TCPIP_00359], [SWS_TCPIP_00360]). Extension headers IPv6 inválidos resultam em descarte silencioso [SWS_TCPIP_00260]. Se TcpIpEnableSecurityEventReporting estiver definido, o TcpIp relata eventos de segurança ao IdsM [SWS_TCPIP_00361].

Comportamento em caso de erro

Os erros de desenvolvimento, entre eles TCPIP_E_UNINIT, TCPIP_E_PARAM_POINTER, TCPIP_E_INV_ARG e TCPIP_E_ADDRINUSE, são definidos em [SWS_TCPIP_00042]. São verificados, entre outros:

• uma família de endereços inválida ao solicitar um socket [SWS_TCPIP_00128],
• uma LocalAddrId inválida em TcpIp_Bind [SWS_TCPIP_00147],
• famílias de endereços conflitantes em TcpIp_GetIpAddr [SWS_TCPIP_00206],
• parâmetros inválidos dos serviços de opções DHCP [SWS_TCPIP_00243],
• um NULL_PTR como endereço de destino em TcpIp_TcpConnect SWS TcpIp p. 86.

TcpIp retorna algumas rejeições como E_NOT_OK independentemente da detecção de erros, por exemplo, uma porta já ocupada ou uma família de endereços incompatível ([SWS_TCPIP_00146], [SWS_TCPIP_00205]).

TcpIp reporta erros de tempo de execução via Det_ReportRuntimeError:

• TCPIP_E_TIMEDOUT, se nenhuma resposta for recebida para um SYN, o monitoramento keep-alive expirar ou as repetições se esgotarem [SWS_TCPIP_00256],
• TCPIP_E_CONNREFUSED, TCPIP_E_HOSTUNREACH e TCPIP_E_PACKETTOBIG após as mensagens ICMP correspondentes ([SWS_TCPIP_00257], [SWS_TCPIP_00258], [SWS_TCPIP_00259]),
• TCPIP_E_DADCONFLICT no caso de um endereço atribuído em duplicidade [SWS_TCPIP_00282].

O R20-11 define apenas os códigos 0x01 a 0x05 [SWS_TCPIP_00255]. Os códigos TCPIP_E_TX_QUEUE_OVERRUN e TCPIP_E_TX_INTERNAL_PROCESSING_FAILED adicionados em releases posteriores não se aplicam aqui SWS TcpIp p. 65.

Muitos casos de erro permanecem silenciosos porque pacotes incompatíveis são simplesmente descartados. TcpIp_GetAndResetMeasurementData conta esses pacotes descartados e reinicia os contadores ([SWS_TCPIP_91006], [SWS_TCPIP_00296]). Se um endereço MAC não puder ser resolvido, o TcpIp reporta TCPIP_E_PHYS_ADDR_MISS [SWS_TCPIP_00066]. Para destinos fora da própria sub-rede, TcpIp_GetRemotePhysAddr fornece imediatamente TCPIP_E_NOT_OK [SWS_TCPIP_00139].

Evidências mais detalhadas

• [SWS_TCPIP_00083], [SWS_TCPIP_00077]: máquina de estados por controlador, veja também SWS TcpIp p. 60.
• [SWS_TCPIP_00065], [SWS_TCPIP_00219]: método de atribuição e endereços armazenados.
• [SWS_TCPIP_00222]: proprietário do socket, configuração em SWS TcpIp p. 232.
• [SWS_TCPIP_00125]: quantos dados o TCP busca durante o envio.
• [SWS_TCPIP_00172]: mapeamento de segmentos TCP recebidos para sockets.
• [SWS_TCPIP_00359]: processamento de acordo com a política IPsec.
• [SWS_TCPIP_00255]: códigos de erro de tempo de execução para R20-11.