TCP/IP Stack (TcpIp)

TcpIp обеспечивает в стеке Classic Ethernet протоколы IPv4 и IPv6 с ARP, NDP, ICMP и DHCP, а также UDP и TCP, обслуживая владельцев сокетов, таких как SoAd [SWS_TCPIP_00052]. Модуль EthSM управляет для каждого контроллера EthIf состояниями ONLINE, ONHOLD и OFFLINE. Контроллер переходит в ONLINE только тогда, когда ему назначен локальный адрес [SWS_TCPIP_00085]. Сокеты запрашиваются, связываются, а в случае TCP активно или пассивно соединяются; передача данных осуществляется через службы отправки и функции обратного вызова. Главное граничное условие: новые TCP-соединения TcpIp принимает только в состоянии ONLINE, а в состоянии ONHOLD отклоняет новые запросы на передачу.

больше ›

В стеке Classic Ethernet модуль TcpIp отвечает за IP-коммуникацию. Он состоит из подмодулей для IPv4 (с ARP, ICMP, DHCP и Auto-IP), для IPv6 (с NDP, ICMPv6 и DHCPv6), а также для UDP, TCP и TLS ([SWS_TCPIP_00052], [SWS_TCPIP_00150]). В сторону верхнего уровня он обслуживает владельцев сокетов, то есть SoAd или CDD, с помощью собственных функций TcpIp_<Up>GetSocket и функций обратного вызова ([SWS_TCPIP_00220], [SWS_TCPIP_00222]). В сторону нижнего уровня он обменивается кадрами с EthIf [SWS_TCPIP_00029].

Контекстная диаграмма: TcpIp находится между владельцами сокетов и EthIf, управляется EthSM и отправляет отчеты в DET и IdsM. Источники: [SWS_TCPIP_00220], [SWS_TCPIP_00070], [SWS_TCPIP_00361], SWS TcpIp с. 17

Состояние связи TcpIp ведет отдельно для каждого контроллера EthIf [SWS_TCPIP_00083]. EthSM запрашивает через TcpIp_RequestComMode одно из состояний: ONLINE, ONHOLD или OFFLINE [SWS_TCPIP_00070]. STARTUP и SHUTDOWN являются промежуточными состояниями и не могут быть запрошены [SWS_TCPIP_00089]. ONLINE запускает назначение адресов. ONHOLD сохраняет сокеты и адреса, но не принимает запросы на передачу. OFFLINE закрывает сокеты ([SWS_TCPIP_00075], [SWS_TCPIP_00074], [SWS_TCPIP_00072]).

Диаграмма состояний: контроллер переходит в ONLINE только после того, как ему назначен адрес. Переход в OFFLINE происходит через SHUTDOWN, в котором освобождаются ресурсы. Источники: [SWS_TCPIP_00085], [SWS_TCPIP_00077], [SWS_TCPIP_00087], SWS TcpIp с. 60

Адреса берутся из сконфигурированной таблицы локальных адресов. Они назначаются статически, через DHCP или как Link-Local, выбираются по приоритету и при необходимости сохраняются в NvM ([SWS_TCPIP_00099], [SWS_TCPIP_00065], [SWS_TCPIP_00127], [SWS_TCPIP_00219]). Об изменениях <Up_LocalIpAddrAssignmentChg> информирует верхний уровень [SWS_TCPIP_00229]. Сокеты запрашиваются и связываются с помощью TcpIp_Bind. TCP-соединения устанавливаются через TcpIp_TcpConnect или TcpIp_TcpListen ([SWS_TCPIP_00111], [SWS_TCPIP_00112], [SWS_TCPIP_00113]).

Передача выполняется асинхронно через TcpIp_TcpTransmit или синхронно через TcpIp_UdpTransmit. При использовании TCP верхний уровень передает данные напрямую или предоставляет их через <Up_CopyTxData> ([SWS_TCPIP_00124], [SWS_TCPIP_00120]). Принятые датаграммы TcpIp сопоставляет сокету на основе локального адреса и порта [SWS_TCPIP_00170]. Если MAC-адрес назначения отсутствует, TcpIpArpPacketQueueEnabled определяет, будет ли пакет помещен в очередь или отклонен [SWS_TCPIP_00192]. Ошибки времени выполнения, такие как таймауты, недоступные хосты или конфликты адресов, TcpIp передает в DET. В R20-11 для этого определены коды от 0x01 до 0x05 [SWS_TCPIP_00255]. Для защиты дополнительно используются TLS начиная с версии 1.2 и IPsec с IKEv2 ([SWS_TCPIP_00302], [SWS_TCPIP_00353]).

больше ›

Роль в стеке Ethernet: посредник между владельцами сокетов и EthIf

TcpIp объединяет IP-коммуникацию электронного блока управления Classic в подмодулях [SWS_TCPIP_00052]. Для IPv4 требуются IP, ARP, ICMP, DHCPv4 (клиент и сервер), Auto-IP, UDP и TCP ([SWS_TCPIP_00053], [SWS_TCPIP_00056], [SWS_TCPIP_00058], [SWS_TCPIP_00057], [SWS_TCPIP_00061]). Для IPv6 добавляются IPv6, NDP, ICMPv6 и клиент DHCPv6 ([SWS_TCPIP_00160], [SWS_TCPIP_00164], [SWS_TCPIP_00166]). Три класса масштабируемости определяют состав: стек IPv4, стек IPv6 и Dual Stack SWS TcpIp с. 18. Для класса 3 полный состав является обязательным [SWS_TCPIP_00150].

В сторону верхнего уровня TcpIp обслуживает владельцев сокетов. Если TcpIpSocketOwnerUpperLayerType установлен в SOAD, функции обратного вызова называются SoAd_…. В случае CDD действуют сконфигурированные имена функций ([SWS_TCPIP_00220], [SWS_TCPIP_00221]). Каждый владелец получает собственную функцию TcpIp_<Up>GetSocket, и запрошенные таким образом сокеты принадлежат ему монопольно [SWS_TCPIP_00222].

В сторону нижнего уровня TcpIp принимает кадры через TcpIp_RxIndication [SWS_TCPIP_00029]. Передача выполняется через EthIf_Transmit, причем всегда с TxConfirmation = FALSE [SWS_TCPIP_00131]. Состоянием управляет EthSM через TcpIp_RequestComMode SWS EthSM с. 27. Опционально TcpIp использует службы CSM [SWS_TCPIP_00028] и сообщает о событиях безопасности в IdsM [SWS_TCPIP_00361]. Обзор интеграции представлен в SWS TcpIp с. 17.

Контекстная диаграмма: TcpIp находится между владельцами сокетов (SoAd или CDD) и EthIf. Он управляется EthSM, сообщает об ошибках в DET, о событиях — в IdsM и опционально использует CSM. Источники: [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 с. 17

Состояния контроллера: от TCPIP_STATE_OFFLINE к TCPIP_STATE_ONLINE

Модуль инициализируется с помощью TcpIp_Init и зависимой от реализации TcpIp_ConfigType ([SWS_TCPIP_00002], [SWS_TCPIP_00067]). TcpIp_MainFunction является точкой входа для планировщика [SWS_TCPIP_00026]. Интерпретация: предположительно, там выполняются процессы, управляемые по времени, такие как таймауты. Вопрос Q-77b083e447651768 (открытый) Спецификация говорит об этом только «Schedules the TCP/IP stack».

TcpIp ведет для каждого контроллера EthIf собственное состояние: OFFLINE, STARTUP, ONLINE, ONHOLD или SHUTDOWN [SWS_TCPIP_00083]. Если сохраненный запрос отличается от активного состояния, TcpIp инициирует необходимые шаги [SWS_TCPIP_00136].

• Запрос ONLINE из состояния OFFLINE активирует сконфигурированные назначения адресов [SWS_TCPIP_00075]. Как только адрес назначен, контроллер переходит в ONLINE [SWS_TCPIP_00085].
• ONHOLD сообщает для всех адресов TCPIP_IPADDR_STATE_ONHOLD. Сокеты и адреса сохраняются, однако новые запросы на передачу не принимаются ([SWS_TCPIP_00076], [SWS_TCPIP_00074]). Возврат в ONLINE снова сообщает TCPIP_IPADDR_STATE_ASSIGNED [SWS_TCPIP_00086].
• Запрос OFFLINE или освобождение всех адресов сообщает TCPIP_IPADDR_STATE_UNASSIGNED и закрывает сокеты ([SWS_TCPIP_00077], [SWS_TCPIP_00072]). После освобождения ресурсов следует OFFLINE [SWS_TCPIP_00087].

Диаграмма состояний: каждый контроллер EthIf имеет собственный конечный автомат. Запросить можно только ONLINE, ONHOLD и OFFLINE; STARTUP и SHUTDOWN являются промежуточными состояниями. Источники: [SWS_TCPIP_00075], [SWS_TCPIP_00085], [SWS_TCPIP_00076], [SWS_TCPIP_00086], [SWS_TCPIP_00077], [SWS_TCPIP_00087], [SWS_TCPIP_00088], SWS TcpIp с. 60 (иллюстрация из R25-11, переходы покрываются требованиями R20-11)

В состоянии STARTUP запрос OFFLINE прерывает текущие назначения [SWS_TCPIP_00088]. Если запрашивается STARTUP или SHUTDOWN, запрос отклоняется с E_NOT_OK [SWS_TCPIP_00089].

Типичный запуск происходит следующим образом: EthSM по запросу ComM запрашивает ONLINE SWS EthSM с. 42. Затем TcpIp сообщает назначенный адрес. После этого SoAd запрашивает сокеты и связывает их ([SWS_TCPIP_00229], SWS SoAd с. 20). Иллюстрация из R25-11 показывает также обратную связь через EthSM_TcpIpModeIndication SWS TcpIp с. 60. Предположительно, это справедливо и для R20-11. Вопрос Q-a5e26ad792c23d58 (открытый)

Диаграмма последовательности: только асинхронное назначение адреса переводит контроллер в ONLINE. После этого SoAd может запрашивать и связывать сокеты. Источники: [SWS_TCPIP_00070], [SWS_TCPIP_00075], [SWS_TCPIP_00085], [SWS_TCPIP_00229], [SWS_TCPIP_00018], [SWS_TCPIP_00015], SWS EthSM с. 42. Обратная связь с EthSM, вероятно, присутствует и в R20-11.

Локальные адреса и их назначение

Основой является таблица локальных адресов из TcpIpLocalAddr, которые во время выполнения сопоставляются контроллерам EthIf ([SWS_TCPIP_00099], SWS TcpIp с. 220). Обращение к записи осуществляется через TcpIp_LocalAddrIdType [SWS_TCPIP_00030]. Для каждой записи возможны несколько методов, например статический, DHCP или Link-Local ([SWS_TCPIP_00065], SWS TcpIp с. 224). Если становится доступным адрес с более высоким приоритетом, он заменяет прежний [SWS_TCPIP_00127].

То, как запускаются назначение и освобождение, зависит от сконфигурированного триггера:

• При TCPIP_MANUAL доступностью управляют TcpIp_RequestIpAddrAssignment и TcpIp_ReleaseIpAddrAssignment ([SWS_TCPIP_00195], [SWS_TCPIP_00196]).
• При TCPIP_AUTOMATIC оба вызова отклоняются с E_NOT_OK ([SWS_TCPIP_00198], [SWS_TCPIP_00199]).
• При TCPIP_STORE модуль TcpIp принимает действительный адрес из блока NvM [SWS_TCPIP_00219]. TcpIp_ResetIpAssignment делает эти сохраненные адреса недействительными [SWS_TCPIP_00216].

О каждом изменении назначения сообщает <Up_LocalIpAddrAssignmentChg> со значением типа TcpIp_IpAddrStateType ([SWS_TCPIP_00229], [SWS_TCPIP_00082]). Новые адреса IPv4 модуль TcpIp объявляет через Gratuitous ARP [SWS_TCPIP_00093]. Адреса IPv6 он проверяет через Duplicate Address Detection [SWS_TCPIP_00159]. Для опроса служат TcpIp_GetIpAddr, TcpIp_GetPhysAddr и TcpIp_GetCtrlIdx ([SWS_TCPIP_00032], [SWS_TCPIP_00033], [SWS_TCPIP_00141]). При запросе опции DHCP, которая не установлена, служба чтения возвращает длину 0 [SWS_TCPIP_00237].

Сокеты: запрос, связывание, подключение, закрытие

Сокет запрашивается с указанием семейства адресов и протокола ([SWS_TCPIP_00018], [SWS_TCPIP_00009], [SWS_TCPIP_00010]). TcpIp_Bind связывает его с локальным адресом и портом [SWS_TCPIP_00111]. Это завершается ошибкой, если порт, протокол и адрес уже заняты или адрес не назначен ([SWS_TCPIP_00146], [SWS_TCPIP_00254]). При TCPIP_PORT_ANY стек сам выбирает порт в диапазоне от 49152 до 65535 SWS TcpIp с. 85.

Для TCP существует два пути к установлению соединения:

• В качестве клиента TcpIp_TcpConnect устанавливает соединение асинхронно. Когда оно установлено, TcpIp вызывает <Up_TcpConnected> ([SWS_TCPIP_00112], [SWS_TCPIP_00227]).
• В качестве сервера TcpIp_TcpListen переводит сокет в состояние ожидания (Listen) [SWS_TCPIP_00113]. Для каждого входящего соединения TcpIp создает отдельный сокет и сообщает о нем с помощью <Up_TcpAccepted> [SWS_TCPIP_00226]. Если верхний уровень возвращает E_NOT_OK, TcpIp закрывает соединение SWS SoAd с. 81.

Новые TCP-соединения TcpIp принимает только в состоянии ONLINE [SWS_TCPIP_00094].

Диаграмма последовательности: клиент получает подтверждение через <Up_TcpConnected>. Сервер получает для каждого соединения производный сокет, который верхний уровень может принять или отклонить. Источники: [SWS_TCPIP_00022], [SWS_TCPIP_00023], [SWS_TCPIP_00226], [SWS_TCPIP_00227], SWS TcpIp с. 129 (более поздняя иллюстрация дополнительно содержит LSduR, который здесь опущен), SWS TcpIp с. 107

TcpIp_Close завершает TCP-соединение штатным образом. С Abort = TRUE она немедленно прерывает его с помощью RST. Для UDP ресурсы освобождаются немедленно ([SWS_TCPIP_00109], [SWS_TCPIP_00110]). О таких событиях, как сброс, FIN или закрытие, сообщает <Up_TcpIpEvent> [SWS_TCPIP_00144]. С помощью TcpIp_ChangeParameter можно изменять параметры сокета, например окно приема, приоритет кадра, алгоритм Нагла, фильтр опций TCP или контрольную сумму UDP ([SWS_TCPIP_00126], [SWS_TCPIP_00266], [SWS_TCPIP_00279]).

Пути данных: отправка, прием, разрешение адресов

TcpIp_TcpTransmit работает асинхронно. Если DataPtr задан, она принимает данные из этого линейного буфера. Если DataPtr равен NULL_PTR, она запрашивает данные через <Up_CopyTxData>. При ForceRetrieve = TRUE это ровно AvailableLength байт, при FALSE — возможно, меньше ([SWS_TCPIP_00124], [SWS_TCPIP_00125], [SWS_TCPIP_00228]). Для TCP модуль TcpIp вызывает <Up_TxConfirmation> только после того, как противоположная сторона подтвердила прием ([SWS_TCPIP_00225], SWS SoAd с. 86). TcpIp_UdpTransmit, напротив, отправляет синхронно и немедленно ([SWS_TCPIP_00025], [SWS_TCPIP_00120]).

Диаграмма последовательности: данные передаются напрямую или запрашиваются через функцию обратного вызова для копирования. Отправка в EthIf выполняется в контексте MainFunction, подтверждение поступает только после ACK от противоположной стороны. Источники: [SWS_TCPIP_00050], [SWS_TCPIP_00123], [SWS_TCPIP_00124], [SWS_TCPIP_00131], SWS TcpIp с. 109

При приеме IP-уровень сопоставляет каждую датаграмму записи в таблице локальных адресов [SWS_TCPIP_00169]. Затем UDP и TCP выбирают сокет на основе порта назначения и локального адреса ([SWS_TCPIP_00170], [SWS_TCPIP_00172]). Для существующих TCP-соединений дополнительно должны совпадать адрес источника и порт источника [SWS_TCPIP_00173]. Широковещательные рассылки UDP направляются во все подходящие сокеты, а сегменты TCP, направленные на широковещательные адреса, отбрасываются ([SWS_TCPIP_00171], [SWS_TCPIP_00174]). Фрагментированные датаграммы TcpIp собирает заново и может развязывать прием для этой цели ([SWS_TCPIP_00054], SWS TcpIp с. 131). Данные поступают на верхний уровень через <Up_RxIndication>. Когда он обработал данные TCP, TcpIp_TcpReceived снова открывает окно приема ([SWS_TCPIP_00223], [SWS_TCPIP_00115]).

Диаграмма последовательности: принятый кадр сопоставляется сокету по локальному адресу и порту. В случае TCP квитирование от верхнего уровня освобождает окно приема. Источники: [SWS_TCPIP_00029], [SWS_TCPIP_00169], [SWS_TCPIP_00170], [SWS_TCPIP_00223], [SWS_TCPIP_00115], SWS TcpIp с. 108

Для отправки модулю TcpIp требуется MAC-адрес назначения, и он хранит его в таблице ARP:

• Таблица ограничена TcpIpArpTableSizeMax записями [SWS_TCPIP_00090]. Неиспользуемые записи аннулируются через TcpIpArpTableEntryTimeout [SWS_TCPIP_00091].
• Повторные запросы к одному и тому же назначению TcpIp подавляет в течение TcpIpArpRequestTimeout [SWS_TCPIP_00350].
• В R20-11 каждый принятый IP-пакет обновляет таблицу [SWS_TCPIP_00092]. В более поздних релизах это привязано к условию TcpIpArpDefensiveProcessing = FALSE SWS TcpIp с. 29.
• Если запись отсутствует, TcpIpArpPacketQueueEnabled определяет, будет ли пакет помещен в очередь или отклонен ([SWS_TCPIP_00191], [SWS_TCPIP_00192]). Для NDP действует аналогичный порядок [SWS_TCPIP_00193].

О каждом изменении таблицы ARP модуль TcpIp сообщает через <Up_PhysAddrTableChg> [SWS_TCPIP_00142]. Если кэш соседей (Neighbor Cache) полон, самая старая запись вытесняется [SWS_TCPIP_00264]. Опросы позволяют выполнять TcpIp_GetRemotePhysAddr и службы чтения кэша ([SWS_TCPIP_00138], [SWS_TCPIP_91002], [SWS_TCPIP_91001]).

Диаграмма деятельности: если при отправке отсутствует ARP-запись, пакет в зависимости от конфигурации ставится в очередь или отклоняется. Новые запросы к той же цели регулируются (дросселируются). Источники: [SWS_TCPIP_00191], [SWS_TCPIP_00192], [SWS_TCPIP_00350], [SWS_TCPIP_00142], SWS TcpIp с. 176. Интерпретация: поставленный в очередь пакет отправляется после успешного разрешения адреса.

Защита и фильтрация: TLS, IPsec, IdsM

Для TCP-соединений TcpIp поддерживает TLS согласно IETF RFC 5246. Версии ниже 1.2 отклоняются ([SWS_TCPIP_00300], [SWS_TCPIP_00302]). Идентификаторы PSK и текущее время предоставляются конфигурируемыми колбэками ([SWS_TCPIP_91014], [SWS_TCPIP_91012]). Криптографические операции выполняются через CSM ([SWS_TCPIP_00028], SWS TcpIp с. 251).

IPsec поддерживается с IKEv2, IKEv1 не поддерживается ([SWS_TCPIP_00352], [SWS_TCPIP_00353]). Каждая датаграмма сопоставляется с политикой и в зависимости от нее защищается, пропускается или отбрасывается ([SWS_TCPIP_00359], [SWS_TCPIP_00360]). Недопустимые заголовки расширения IPv6 приводят к скрытому отбрасыванию [SWS_TCPIP_00260]. Если установлен TcpIpEnableSecurityEventReporting, TcpIp сообщает о событиях безопасности в IdsM [SWS_TCPIP_00361].

Поведение при ошибке

Ошибки разработки, включая TCPIP_E_UNINIT, TCPIP_E_PARAM_POINTER, TCPIP_E_INV_ARG и TCPIP_E_ADDRINUSE, определены в [SWS_TCPIP_00042]. В числе прочего проверяются:

• недопустимое семейство адресов при запросе сокета [SWS_TCPIP_00128],
• недопустимый LocalAddrId при TcpIp_Bind [SWS_TCPIP_00147],
• конфликтующие семейства адресов при TcpIp_GetIpAddr [SWS_TCPIP_00206],
• недопустимые параметры служб опций DHCP [SWS_TCPIP_00243],
• NULL_PTR в качестве адреса назначения при TcpIp_TcpConnect SWS TcpIp с. 86.

Некоторые отказы TcpIp возвращает как E_NOT_OK независимо от обнаружения ошибок, например, уже занятый порт или неподходящее семейство адресов ([SWS_TCPIP_00146], [SWS_TCPIP_00205]).

Об ошибках времени выполнения TcpIp сообщает через Det_ReportRuntimeError:

• TCPIP_E_TIMEDOUT, если на SYN нет ответа, истекает таймаут keep-alive или исчерпаны попытки повтора [SWS_TCPIP_00256],
• TCPIP_E_CONNREFUSED, TCPIP_E_HOSTUNREACH и TCPIP_E_PACKETTOBIG после соответствующих сообщений ICMP ([SWS_TCPIP_00257], [SWS_TCPIP_00258], [SWS_TCPIP_00259]),
• TCPIP_E_DADCONFLICT при дублировании назначенного адреса [SWS_TCPIP_00282].

R20-11 определяет только коды от 0x01 до 0x05 [SWS_TCPIP_00255]. Коды TCPIP_E_TX_QUEUE_OVERRUN и TCPIP_E_TX_INTERNAL_PROCESSING_FAILED, добавленные в более поздних релизах, здесь не применяются SWS TcpIp с. 65.

Многие ошибочные ситуации обрабатываются скрыто, поскольку неподходящие пакеты просто отбрасываются. TcpIp_GetAndResetMeasurementData подсчитывает такие отброшенные пакеты и сбрасывает счетчики ([SWS_TCPIP_91006], [SWS_TCPIP_00296]). Если MAC-адрес не может быть разрешен, TcpIp сообщает TCPIP_E_PHYS_ADDR_MISS [SWS_TCPIP_00066]. Для целей за пределами собственной подсети TcpIp_GetRemotePhysAddr сразу возвращает TCPIP_E_NOT_OK [SWS_TCPIP_00139].

Дальнейшие подробные доказательства

• [SWS_TCPIP_00083], [SWS_TCPIP_00077]: конечный автомат для каждого контроллера, см. также SWS TcpIp с. 60.
• [SWS_TCPIP_00065], [SWS_TCPIP_00219]: процедуры назначения и сохраненные адреса.
• [SWS_TCPIP_00222]: владелец сокета, конфигурация в SWS TcpIp с. 232.
• [SWS_TCPIP_00125]: объем данных, забираемый TCP при отправке.
• [SWS_TCPIP_00172]: сопоставление принятых сегментов TCP с сокетами.
• [SWS_TCPIP_00359]: обработка согласно политике IPsec.
• [SWS_TCPIP_00255]: коды ошибок времени выполнения для R20-11.