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 R23-11.
• 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) bis zum Ethernet Interface (EthIf) inklusive asynchroner Benachrichtigung der Oberschicht.

2. Komponenten, Entitäten & Schnittstellen

Module («module»)

• :SoAd (Socket Adaptor): Obere Schicht (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 verwaltet Re-Transmission-Timer.
• :EthIf (Ethernet Interface): BSW Hardware Abstraction Layer. Kapselt Ethernet-Controller und -Transceiver, übernimmt Pufferallokation (EthIf_ProvideTxBuffer), Rahmenübertragung (EthIf_Transmit) und Weiterleitung empfangener Ethernet-Frames.

Schnittstellen & Datentypen

• TcpIp_SoAdGetSocket(Std_ReturnType, TcpIp_DomainType, TcpIp_ProtocolType, TcpIp_SoHandleType**): Allokiert Socket-Handle im TcpIp-Modul für eine vorgegebene Adressfamilie (z. B. IPv4/IPv6) und Protokolltyp (TCPIP_IPPROTO_TCP).
• TcpIp_Bind(Std_ReturnType, TcpIp_SocketIdType, TcpIp_LocalAddrIdType, uint16**): Bindet den Socket optional an eine spezifische lokale IP-Adresse und einen lokalen Quellport.
• TcpIp_TcpConnect(Std_ReturnType, TcpIp_SocketIdType, const TcpIp_SockAddrType*): Asynchroner Aufruf zum Starten des TCP-Verbindungsaufbaus zur Remote-IP und zum Zielport.
• TcpIp_MainFunction(): Zyklischer Task-Entry des TCP/IP-Stacks zur Abarbeitung interner Timer, Generierung von Kontrollsegmenten (SYN, ACK) und Zustandsautomaten.
• EthIf_ProvideTxBuffer(BufReq_ReturnType, uint8, Eth_FrameType, uint8, Eth_BufIdxType**, uint8***, uint16**): Fordert Hardware-/Treiber-Sendepuffer für ausgehende Ethernet-Frames an.
• EthIf_Transmit(Std_ReturnType, uint8, Eth_BufIdxType, Eth_FrameType, boolean, uint16, const uint8*): Übergibt den fertig serialisierten Frame an den Ethernet-Treiber zum Versand.
• EthIf_MainFunctionRx(): Zyklisches Polling zur Abholung empfangener Frames aus dem MAC-Treiber.
• TcpIp_RxIndication(uint8, Eth_FrameType, boolean, const uint8*, const uint8*, uint16): Callback von EthIf an TcpIp zur Übergabe empfangener Netzwerkpakete.
• SoAd_TcpConnected(TcpIp_SocketIdType): Asynchroner Callback von TcpIp an SoAd zur Signalisierung, dass der 3-Way-Handshake abgeschlossen ist und die Verbindung im Zustand ESTABLISHED steht.

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 die interne Socket-Datenstruktur (Transmission Control Block / TCB).
2. Lokale Bindung (Fragment opt): Falls konfiguriert oder erforderlich, bindet SoAd den Socket via TcpIp_Bind(...) synchron an lokale IP-Ressourcen (TcpIp_LocalAddrIdType) und Port.
3. Verbindungsanforderung (Fragment opt TCP socket): SoAd stößt via TcpIp_TcpConnect(...) den Verbindungsaufbau an. Der Funktionsaufruf kehrt synchron mit E_OK zurück; die Verbindung befindet sich intern im Zustand SYN_SENT.

3-Way-Handshake

1. SYN-Frame senden:
   • Im zyklischen Kontext von TcpIp_MainFunction() wird das ausstehende Verbindungsersuchen verarbeitet.
   • TcpIp reserviert via EthIf_ProvideTxBuffer(...) Sendespeicher im Ethernet-Treiber.
   • TcpIp serialisiert den TCP-Header mit gesetztem SYN-Flag und initiiert die Übertragung über EthIf_Transmit(...).
2. SYN-ACK-Frame empfangen:
   • Im Kontext von EthIf_MainFunctionRx() (oder alternativ per ISR-Trigger) meldet EthIf den Empfang des Server-Antwortpakets via TcpIp_RxIndication(...).
   • TcpIp parst das Frame, validiert SYN+ACK gegen die gesendete Sequenznummer und aktualisiert den internen TCP-Zustand.
3. ACK-Frame senden & Abschluss:
   • In der darauffolgenden Ausführung von TcpIp_MainFunction() generiert TcpIp das finale ACK-Segment.
   • Anforderung des Puffers (EthIf_ProvideTxBuffer(...)) und Versand via EthIf_Transmit(...).
   • Unmittelbar nach Abschluss des Handshakes wechselt der TCP-Zustand auf ESTABLISHED.
   • TcpIp benachrichtigt die Oberschicht asynchron über den Callback SoAd_TcpConnected(SocketId).

4. Normative Relevanz & Entwickler-Hinweise

• Asynchroner API-Vertrag: Der Rückgabewert von TcpIp_TcpConnect() bestätigt ausschließlich die fehlerfreie Initiierung des Verbindungsaufbaus, nicht das Bestehen der Verbindung. Datenübertragungen (SoAd_IfTransmit / TcpIp_TcpTransmit) dürfen erst nach Eingang des Callbacks SoAd_TcpConnected() erfolgen.
• Scheduling- & Latenz-Abhängigkeiten: Die Gesamtdauer des Handshakes wird maßgeblich durch die Zykluszeiten von TcpIp_MainFunction() und EthIf_MainFunctionRx() bestimmt. Zu lange Perioden können zu Timeouts auf der Gegenseite oder zu vorzeitigen TCP-SYN-Retransmissions im Stack führen (TcpIpTcpSynRetransmissionTimeout).
• Puffer-Handhabung (BufReq_ReturnType): Schlägt EthIf_ProvideTxBuffer() fehl (z. B. BUFREQ_E_BUSY wegen vollem Ringpuffer), darf EthIf_Transmit() nicht aufgerufen werden; der Stack muss den Sendeversuch in der nächsten TcpIp_MainFunction() wiederholen.
• Konfigurationsbindung (ARXML):
  • SoAd: Benötigt Sockets mit SoAdSocketConnectionType = SOAD_SOCKET_CONNECTION_CLIENT.
  • TcpIp: Erfordert adäquate Dimensionierung der Socket-Pools (TcpIpNumSockets), TCP-Puffer (TcpIpTcpTxBufSize) und SYN-Wiederholungszähler (TcpIpTcpMaxSynRetransmissions).
• Fehlerpfade: Antwortet der Server mit einem RST oder läuft der SYN-Retransmission-Timer ohne ACK ab, unterbleibt SoAd_TcpConnected(); stattdessen erfolgt ein Abbruch/Fehler-Callback (z. B. TCP-State fällt zurück auf CLOSED), was im Diagramm als Gutfall-Sequenz abstrahiert ist.