Figure 9.1: TcpIp TCP connection Setup Client

1. Diagrammtyp & Architektur-Kontext

• Diagrammtyp: UML 2.x Sequenzdiagramm (Interaktionsdiagramm) mit kombinierten Fragmenten (loop, opt).
• Architektur-Kontext: AUTOSAR Classic Platform (CP), Communication Stack (Ethernet / TCP/IP), Release R24-11.
• Technischer Zweck: Spezifikation des sequenziellen Verbindungsaufbaus eines TCP-Clients (Active Open, 3-Way-Handshake gem. RFC 793 / RFC 9293) initiiert durch den Socket Adaptor (SoAd) über den TCP/IP-Stack (TcpIp) und den Large SDU Router (LSduR) bis zum Ethernet Interface (EthIf) inklusive asynchroner Benachrichtigung der Oberschicht.

2. Komponenten, Entitäten & Schnittstellen

Module («module»)

• :SoAd (Socket Adaptor): BSW Upper Layer. Verwaltet Socket-Verbindungen, mappt PDUs auf IP-Sockets und initiiert Client-Verbindungen anhand der Konfiguration.
• :TcpIp (TCP/IP Stack): BSW Transport- und Netzwerkschicht. Verwaltet Socket-Ressourcen (TCBs), steuert TCP-Zustandsübergänge, generiert Protokoll-Header und wickelt den 3-Way-Handshake ab.
• LSduR (Large SDU Router): BSW Vermittlungs- und Routing-Modul für große SDUs zwischen Transportprotokollen (TcpIp) und Ethernet-Interface (EthIf). Leitet Sendeaufrufe weiter, verteilt Empfangsdaten und bestätigt Übertragungen.
• :EthIf (Ethernet Interface): BSW Hardware Abstraction Layer. Kapselt Ethernet-Controller und -Transceiver, übernimmt Rahmenübertragung (EthIf_Transmit), zyklische Sendeabwicklung (EthIf_MainFunctionTx) und zyklischen Empfang (EthIf_MainFunctionRx).

Schnittstellen

• TcpIp_SoAdGetSocket(): Allokiert Socket-Ressourcen im TcpIp-Modul für den Client-Socket.
• TcpIp_Bind(): Bindet den Socket optional an eine spezifische lokale IP-Adresse und einen Quellport.
• TcpIp_TcpConnect(): Asynchroner Aufruf zum Starten des TCP-Verbindungsaufbaus zum Remote-Endpunkt.
• TcpIp_MainFunction(): Zyklischer Task-Entry des TCP/IP-Stacks zur Abarbeitung interner Timer, Generierung von Kontrollsegmenten (SYN, ACK) und Steuerung des Verbindungszustandsautomaten.
• LSduR_TcpIpTransmit(): Übergabe ausgehender Protokoll-SDUs (SYN, ACK) vom TcpIp-Stack an den LSduR zum Weiterleiten an die untere Schicht.
• EthIf_Transmit(): Übergibt den Rahmen von LSduR an das Ethernet Interface zum Versand.
• EthIf_MainFunctionTx(): Zyklische Hauptfunktion des Ethernet Interfaces zur Abwicklung ausgehender Sendeprozesse und Triggern von Tx-Bestätigungen.
• LSduR_EthIfTxConfirmation(): Bestätigung des erfolgreichen Rahmenversands von EthIf an den LSduR.
• TcpIp_TxConfirmation(): Weiterleitung der Sende-Bestätigung von LSduR an das TcpIp-Modul.
• EthIf_MainFunctionRx(): Zyklisches Polling zur Abholung empfangener Frames aus dem MAC-Treiber.
• LSduR_EthIfRxIndication(): Übergabe empfangener Netzwerkdaten von EthIf an den LSduR.
• TcpIp_RxIndication(): Weiterleitung der empfangenen Netzwerkdaten von LSduR an das TcpIp-Modul zur Protokollverarbeitung.
• SoAd_TcpConnected(SoHandle): Asynchroner Callback von TcpIp an SoAd zur Signalisierung, dass der 3-Way-Handshake erfolgreich abgeschlossen wurde und die Verbindung besteht.

3. Dynamisches Verhalten & Sequenzablauf

Initialisierung & Socket-Reservierung (loop each socket connection configured as 'client' connection)

1. Socket-Allokation: SoAd ruft synchron TcpIp_SoAdGetSocket() auf. TcpIp allokiert und initialisiert intern die Socket-Ressource (Allocate/Initialize socket resource).
2. Lokale Bindung (Fragment opt): Falls konfiguriert oder erforderlich, bindet SoAd den Socket via TcpIp_Bind() synchron an lokale Adress- und Port-Ressourcen.

Verbindungsaufbau & 3-Way-Handshake (opt TCP socket)

1. Verbindungsanforderung: SoAd initiiert den Verbindungsaufbau asynchron über TcpIp_TcpConnect().
2. SYN-Übertragung:
   • Im Kontext von TcpIp_MainFunction() generiert TcpIp das SYN-Segment (Send SYN frame) und ruft LSduR_TcpIpTransmit() auf.
   • LSduR leitet den Rahmen via EthIf_Transmit() an EthIf weiter.
   • Die Sendeabwicklung erfolgt über die zyklische Task EthIf_MainFunctionTx().
   • EthIf meldet den erfolgreichen Versand über LSduR_EthIfTxConfirmation() an LSduR, welcher die Bestätigung über TcpIp_TxConfirmation() an TcpIp übergibt.
3. SYN-ACK-Empfang:
   • EthIf empfängt das Antwortpaket im Rahmen von EthIf_MainFunctionRx().
   • EthIf reicht die Daten über LSduR_EthIfRxIndication() an LSduR weiter.
   • LSduR leitet die Daten via TcpIp_RxIndication() an TcpIp weiter (Receive SYN ACK frame).
4. ACK-Übertragung (Abschluss des Handshakes):
   • In der nachfolgenden Ausführung von TcpIp_MainFunction() erzeugt TcpIp das finale Bestätigungssegment (Send ACK frame to finish 3-way handshake) und übergibt es via LSduR_TcpIpTransmit() an LSduR.
   • LSduR ruft EthIf_Transmit() auf EthIf auf.
   • EthIf wickelt die Übertragung in EthIf_MainFunctionTx() ab und bestätigt dies über LSduR_EthIfTxConfirmation() an LSduR.
   • LSduR leitet die Tx-Bestätigung via TcpIp_TxConfirmation() an TcpIp weiter.
5. Verbindungsbestätigung:
   • Nach erfolgreichem Abschluss des 3-Way-Handshakes informiert TcpIp die Oberschicht SoAd über SoAd_TcpConnected(SoHandle).

4. Normative Relevanz & Entwickler-Hinweise

• Entkopplung über Routing-Schicht: Die Kommunikation zwischen TcpIp und EthIf erfolgt vollständig über das Zwischenmodul LSduR. Sende- und Empfangsdatenflüsse werden über standardisierte Schnittstellen (LSduR_TcpIpTransmit, EthIf_Transmit, LSduR_EthIfRxIndication, TcpIp_RxIndication) vermittelt.
• Asynchrones Tx-Confirmation-Modell: Das Senden von Segmenten erfordert eine Bestätigungskette über EthIf_MainFunctionTx(), LSduR_EthIfTxConfirmation() und TcpIp_TxConfirmation(), wodurch die Bestätigung des Rahmenversands an den TCP/IP-Stack transportiert wird.
• Zyklische Task-Abarbeitung: Das Protokollverhalten stützt sich auf zyklische Hauptfunktionen: TcpIp_MainFunction() für TCP-Zustandswechsel und Segmenterzeugung, EthIf_MainFunctionTx() für den Rahmenversand und Bestätigungstrigger sowie EthIf_MainFunctionRx() für die Paketannahme aus dem Controller.
• Socket-Referenzierung: Der erfolgreiche Verbindungsaufbau wird der Oberschicht unter Referenzierung des Socket-Handles (SoHandle) gemeldet.