【UEFI基础】EDK网络框架（TCP4）

TCP4

TCP4协议说明

相比UDP4，TCP4是一种面向连接的通信协议，因此有更好的可靠性。

TCP4的首部格式如下：

在这里插入图片描述

各个参数说明如下：

字段长度（bit）含义
Source Port16源端口，标识哪个应用程序发送。
Destination Port16目的端口，标识哪个应用程序接收。
Sequence Number32序号字段。
TCP链接中传输的数据流中每个字节都编上一个序号。
序号字段的值指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。
Acknowledgment Number32确认号。
是期望收到对方的下一个报文段的数据的第1个字节的序号。
即上次已成功接收到的数据字节序号加1。
只有ACK标识为1，此字段有效。
Data Offset4数据偏移，即首部长度。
指出TCP报文段的数据起始处距离TCP报文段的起始处有多远。
以32比特（4字节）为计算单位。
最多有60字节的首部，若无选项字段，正常为20字节。
Reserved6保留，必须填0。
URG1紧急指针有效标识。
它告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快传送（相当于高优先级的数据）。
ACK1确认序号有效标识。
只有当ACK=1时确认号字段才有效。当ACK=0时，确认号无效。
PSH1标识接收方应该尽快将这个报文段交给应用层。
接收到PSH = 1的TCP报文段，应尽快的交付接收应用进程，而不再等待整个缓存都填满了后再向上交付。
RST1重建连接标识。
当RST=1时，表明TCP连接中出现严重错误（如由于主机崩溃或其他原因），必须释放连接，然后再重新建立连接。
SYN1同步序号标识，用来发起一个连接。
SYN=1表示这是一个连接请求或连接接受请求。
FIN1发端完成发送任务标识。
用来释放一个连接。
FIN=1表明此报文段的发送端的数据已经发送完毕，并要求释放连接。
Window16窗口：TCP的流量控制。
窗口起始于确认序号字段指明的值，这个值是接收端期望接收的字节数。
窗口最大为65535字节。
Checksum16校验字段，包括TCP首部和TCP数据，是一个强制性的字段，一定是由发端计算和存储，并由收端进行验证。
在计算检验和时，要在TCP报文段的前面加上12字节的伪首部。
Urgent Pointer16紧急指针，只有当URG标志置1时紧急指针才有效。
TCP的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式。
紧急指针指出在本报文段中紧急数据共有多少个字节（紧急数据放在本报文段数据的最前面）。
Options可变选项字段。
TCP协议最初只规定了一种选项，即最长报文段长度（只包含数据字段，不包括TCP首部），又称为MSS。
MSS告诉对方TCP“我的缓存所能接收的报文段的数据字段的最大长度是MSS个字节”。
新的RFC规定有以下几种选型：选项表结束，空操作，最大报文段长度，窗口扩大因子，时间戳。
* 选项表结束。
* 空操作：没有特殊含义，一般用于将TCP选项的总长度填充为4字节的整数倍。
* 最大报文段长度：又称为MSS，只包含数据字段，不包括TCP首部。
* 窗口扩大因子：3字节，其中一个字节表示偏移值S。新的窗口值等于TCP首部中的窗口位数增大到（16+S），相当于把窗口值向左移动S位后获得实际的窗口大小。
* 时间戳：10字节，其中最主要的字段是时间戳值（4字节）和时间戳回送应答字段（4字节）。
Padding可变填充字段，用来补位，使整个首部长度是4字节的整数倍。
data可变TCP负载。

对应UEFI中的代码：

typedef UINT32  TCP_SEQNO;
typedef UINT16  TCP_PORTNO;//
// TCP header definition
//
typedef struct {TCP_PORTNO    SrcPort;TCP_PORTNO    DstPort;TCP_SEQNO     Seq;TCP_SEQNO     Ack;UINT8         Res     : 4;UINT8         HeadLen : 4;UINT8         Flag;UINT16        Wnd;UINT16        Checksum;UINT16        Urg;
} TCP_HEAD;

TCP的连接过程大致如下：

在这里插入图片描述

TCP4代码综述

TCP4也是一个通用的网络协议，其实现在NetworkPkg\TcpDxe\TcpDxe.inf，这里首先需要看下它的入口：

EFI_STATUS
EFIAPI
TcpDriverEntryPoint (IN EFI_HANDLE        ImageHandle,IN EFI_SYSTEM_TABLE  *SystemTable)
{//// Install the TCP Driver Binding Protocol//Status = EfiLibInstallDriverBindingComponentName2 (ImageHandle,SystemTable,&gTcp4DriverBinding,ImageHandle,&gTcpComponentName,&gTcpComponentName2);//// Initialize ISS and random port.//Seed            = NetRandomInitSeed ();mTcpGlobalIss   = NET_RANDOM (Seed) % mTcpGlobalIss;mTcp4RandomPort = (UINT16)(TCP_PORT_KNOWN + (NET_RANDOM (Seed) % TCP_PORT_KNOWN));
}

因为TCP4也是一个UEFI Driver Model，所以第一步是安装gTcp4DriverBinding，其实现：

EFI_DRIVER_BINDING_PROTOCOL  gTcp4DriverBinding = {Tcp4DriverBindingSupported,Tcp4DriverBindingStart,Tcp4DriverBindingStop,0xa,NULL,NULL
};

而第二步是初始化一个随机的TCP端口，根据通用网络协议的做法，TCP的端口占两个字节（即16位），只要不是0-1023里面的公认端口都可以，且跟UDP端口的一致也没有关系。

最后还有一个mTcpGlobalIss，这里的ISS全称是Initial Sending Sequence，它的值本身不是很重要，从名字也知道它的作用就是指定TCP发送的第一个包的序列号，这是因为TCP一次发送的包可能会有很多，所以需要排序。

UDP4在UEFI网络协议栈中的关系图：

支持
提供
支持
支持
提供
支持
提供
提供
提供
支持
提供
提供
支持
支持
提供
提供
提供
支持
提供
提供
gEfiPciIoProtocolGuid
UNDI
gEfiNetworkInterfaceIdentifierProtocolGuid_31
gEfiDevicePathProtocolGuid
SNP
gEfiSimpleNetworkProtocolGuid
MNP
gEfiVlanConfigProtocolGuid
gEfiManagedNetworkServiceBindingProtocolGuid
gEfiManagedNetworkProtocolGuid
ARP
gEfiArpServiceBindingProtocolGuid
gEfiArpProtocolGuid
IP4
gEfiIp4ServiceBindingProtocolGuid
gEfiIp4Config2ProtocolGuid
gEfiIp4ProtocolGuid
UDP4
gEfiTcp4ServiceBindingProtocolGuid
gEfiTcp4ProtocolGuid

Tcp4DriverBindingSupported

TCP4依赖于IP4：

EFI_STATUS
EFIAPI
Tcp4DriverBindingSupported (IN EFI_DRIVER_BINDING_PROTOCOL  *This,IN EFI_HANDLE                   ControllerHandle,IN EFI_DEVICE_PATH_PROTOCOL     *RemainingDevicePath OPTIONAL)
{//// Test for the Ip4ServiceBinding Protocol//Status = gBS->OpenProtocol (ControllerHandle,&gEfiIp4ServiceBindingProtocolGuid,NULL,This->DriverBindingHandle,ControllerHandle,EFI_OPEN_PROTOCOL_TEST_PROTOCOL);return Status;
}

Tcp4DriverBindingStart

Start函数里面只有一个函数TcpCreateService()，它的作用就是初始化TCP_SERVICE_DATA。

TCP_SERVICE_DATA

该结构体本身也比较简单：

typedef struct _TCP_SERVICE_DATA {UINT32                          Signature;EFI_HANDLE                      ControllerHandle;EFI_HANDLE                      DriverBindingHandle;UINT8                           IpVersion;IP_IO                           *IpIo;EFI_SERVICE_BINDING_PROTOCOL    ServiceBinding;LIST_ENTRY                      SocketList;
} TCP_SERVICE_DATA;

其重点其实就是一个SocketList，它对应列表成员是SOCKET。

SOCKET

Socket就是TCP的子项。该结构体如下：

///
/// The socket structure representing a network service access point.
///
struct _TCP_SOCKET {//// Socket description information//UINT32                      Signature;     ///< Signature of the socketEFI_HANDLE                  SockHandle;    ///< The virtual handle of the socketEFI_HANDLE                  DriverBinding; ///< Socket's driver binding protocolEFI_DEVICE_PATH_PROTOCOL    *ParentDevicePath;EFI_DEVICE_PATH_PROTOCOL    *DevicePath;LIST_ENTRY                  Link;UINT8                       ConfigureState;SOCK_TYPE                   Type;UINT8                       State;UINT16                      Flag;EFI_LOCK                    Lock;         ///< The lock of socketSOCK_BUFFER                 SndBuffer;    ///< Send buffer of application's dataSOCK_BUFFER                 RcvBuffer;    ///< Receive buffer of received dataEFI_STATUS                  SockError;    ///< The error returned by low layer protocolBOOLEAN                     InDestroy;//// Fields used to manage the connection request//UINT32                      BackLog;        ///< the limit of connection to this socketUINT32                      ConnCnt;        ///< the current count of connections to itSOCKET                      *Parent;        ///< listening parent that accept the connectionLIST_ENTRY                  ConnectionList; ///< the connections maintained by this socket//// The queue to buffer application's asynchronous token//LIST_ENTRY                  ListenTokenList;LIST_ENTRY                  RcvTokenList;LIST_ENTRY                  SndTokenList;LIST_ENTRY                  ProcessingSndTokenList;SOCK_COMPLETION_TOKEN       *ConnectionToken; ///< app's token to signal if connectedSOCK_COMPLETION_TOKEN       *CloseToken;      ///< app's token to signal if closed//// Interface for low level protocol//SOCK_PROTO_HANDLER          ProtoHandler;                      ///< The request handler of protocolUINT8                       ProtoReserved[PROTO_RESERVED_LEN]; ///< Data fields reserved for protocolUINT8                       IpVersion;NET_PROTOCOL                NetProtocol;                      ///< TCP4 or TCP6 protocol socket used//// Callbacks after socket is created and before socket is to be destroyed.//SOCK_CREATE_CALLBACK        CreateCallback;  ///< Callback after createdSOCK_DESTROY_CALLBACK       DestroyCallback; ///< Callback before destroyedVOID                        *Context;        ///< The context of the callback
};

该结构体的创建来自SockCreate()，其调用流程：
TcpServiceBindingCreateChild
SockCreateChild
PktRcvdNotify
TcpRxCallback
TcpInput
TcpCloneTcb
SockClone
SockCreate

左边的PktRcvdNotify是IP4中的回调函数，右边就是常用的创建子项的函数。

SOCKET中的主要成员说明如下：

  • SockHandle、NetProtocol：这两个参数需要一起看，它们的初始化位于SockCreate()函数中：
  Status = gBS->InstallMultipleProtocolInterfaces (&Sock->SockHandle,TcpProtocolGuid,&Sock->NetProtocol,NULL);

事实上就是安装了一个Protocol，对应的GUID是TcpProtocolGuid，它其实就是两个选择，v4和v6，对应到NetProtocol也就有了两个版本：

  if (SockInitData->IpVersion == IP_VERSION_4) {TcpProtocolGuid = &gEfiTcp4ProtocolGuid;ProtocolLength  = sizeof (EFI_TCP4_PROTOCOL);} else {TcpProtocolGuid = &gEfiTcp6ProtocolGuid;ProtocolLength  = sizeof (EFI_TCP6_PROTOCOL);}

我们需要关注的是gEfiTcp4ProtocolGuid和EFI_TCP4_PROTOCOL，后者对应结构体：

struct _EFI_TCP4_PROTOCOL {EFI_TCP4_GET_MODE_DATA    GetModeData;EFI_TCP4_CONFIGURE        Configure;EFI_TCP4_ROUTES           Routes;EFI_TCP4_CONNECT          Connect;EFI_TCP4_ACCEPT           Accept;EFI_TCP4_TRANSMIT         Transmit;EFI_TCP4_RECEIVE          Receive;EFI_TCP4_CLOSE            Close;EFI_TCP4_CANCEL           Cancel;EFI_TCP4_POLL             Poll;
};

就是真正用于收发数据的TCP接口。

  • DriverBinding：这个值来自SOCK_INIT_DATA中的DriverBinding：
Sock->DriverBinding       = SockInitData->DriverBinding;

而后者有来自TCP_SERVICE_DATA中的DriverBindingHandle：

mTcpDefaultSockData.DriverBinding = TcpServiceData->DriverBindingHandle;

所以说到底SOCKET中的DriverBinding就是TCP_SERVICE_DATA中的DriverBindingHandle，最终就是EFI_DRIVER_BINDING_PROTOCOL中的DriverBindingHandle。

  • ParentDevicePath：它跟上一个参数是有关联的：
  Status = gBS->OpenProtocol (TcpServiceData->ControllerHandle,&gEfiDevicePathProtocolGuid,(VOID **)&This->ParentDevicePath,TcpServiceData->DriverBindingHandle,This->SockHandle,EFI_OPEN_PROTOCOL_GET_PROTOCOL);

实际上就是代表网卡的设备路径，其值以字符串表示大概是这样的：

PciRoot(0x0)/Pci(0x2,0x0)/MAC(525400123456,0x1)

PCI路径可以不用关注，重点在于到MAC为止。

  • DevicePath：它是在ParentDevicePath之上增加了IPv4_DEVICE_PATH的结果：
  Sock->DevicePath = AppendDevicePathNode (Sock->ParentDevicePath, DevicePath);Status = gBS->InstallProtocolInterface (&Sock->SockHandle,&gEfiDevicePathProtocolGuid,EFI_NATIVE_INTERFACE,Sock->DevicePath);

其值以字符串表示大概是这样的：

PciRoot(0x0)/Pci(0x2,0x0)/MAC(525400123456,0x1)/IPv4(0.0.0.0)
  • Link：该值与TCP_SERVICE_DATA中的SocketList连接。
  • ConfigureState：表示Socket的配置状态，有以下的值：
///
/// Socket configure state
///
#define SO_UNCONFIGURED        0
#define SO_CONFIGURED_ACTIVE   1
#define SO_CONFIGURED_PASSIVE  2
#define SO_NO_MAPPING          3
  • Type：Socket有两种类型，分别是流格式套接字和数据报格式套接字，对应如下代码：
///
///  The socket type.
///
typedef enum {SockDgram, ///< This socket providing datagram serviceSockStream ///< This socket providing stream service
} SOCK_TYPE;

流格式套接字也叫“面向连接的套接字”，它有以下的特征：

  1. 数据在传输过程中不会消失；
  2. 数据是按照顺序传输的；
  3. 数据的发送和接收不是同步的（有的教程也称“不存在数据边界”）。

数据报格式套接字也叫“无连接的套接字”，它有以下的特征：

  1. 强调快速传输而非传输顺序；
  2. 传输的数据可能丢失也可能损毁；
  3. 限制每次传输的数据大小；
  4. 数据的发送和接收是同步的（有的教程也称“存在数据边界”）。
  • State：表示Socket本身的状态，有如下的值：
///
/// Socket state
///
#define SO_CLOSED         0
#define SO_LISTENING      1
#define SO_CONNECTING     2
#define SO_CONNECTED      3
#define SO_DISCONNECTING  4
  • Flag：表示TCP头部中的标识，有如下的值：
///
/// Flags in the TCP header
///
#define TCP_FLG_FIN  0x01
#define TCP_FLG_SYN  0x02
#define TCP_FLG_RST  0x04
#define TCP_FLG_PSH  0x08
#define TCP_FLG_ACK  0x10
#define TCP_FLG_URG  0x20

在TCP4协议说明可以找到它们的说明。

  • SndBuffer、RcvBuffer：收发数据使用的缓存。
  • SockError：Socket的状态。
  • BackLog：表示Socket连接数上限。
  • ConnCnt：表示当前的Socket连接数。
  • Parent：它的类型也是SOCKET，从这里可以看出来Socket之间也有父子关系。从前面的调用流程可以看到，Socket可以通过SockCreate()函数创建，而后者又由两个函数调用：
SockCreateChild
SockCreate
SockClone

它们对应的入参是不同的，SockCreateChild()的入参是mTcpDefaultSockData：

SOCK_INIT_DATA  mTcpDefaultSockData = {SockStream,SO_CLOSED,NULL,	// ParentTCP_BACKLOG,TCP_SND_BUF_SIZE,TCP_RCV_BUF_SIZE,IP_VERSION_4,NULL,TcpCreateSocketCallback,TcpDestroySocketCallback,NULL,NULL,0,TcpDispatcher,NULL,
};

SockClone()的实现：

SOCKET *
SockClone (IN SOCKET  *Sock)
{SOCKET          *ClonedSock;SOCK_INIT_DATA  InitData;InitData.BackLog         = Sock->BackLog;InitData.Parent          = Sock;	// 注意这里的ParentInitData.State           = Sock->State;InitData.ProtoHandler    = Sock->ProtoHandler;InitData.Type            = Sock->Type;InitData.RcvBufferSize   = Sock->RcvBuffer.HighWater;InitData.SndBufferSize   = Sock->SndBuffer.HighWater;InitData.DriverBinding   = Sock->DriverBinding;InitData.IpVersion       = Sock->IpVersion;InitData.Protocol        = &(Sock->NetProtocol);InitData.CreateCallback  = Sock->CreateCallback;InitData.DestroyCallback = Sock->DestroyCallback;InitData.Context         = Sock->Context;InitData.ProtoData       = Sock->ProtoReserved;InitData.DataSize        = sizeof (Sock->ProtoReserved);ClonedSock = SockCreate (&InitData);

从这里带出了新的父子关系。实际的测试中发现，SockCreateChild()会在启动中执行，并且Parent的值都是0，而SockClone()会在使用TCP时创建Socket，此时的Parent是一个有效的值。

  • ConnectionList：当前Socket维护的连接。
  • ListenTokenList、RcvTokenList、SndTokenList、ProcessingSndTokenList：处理收发数据的Token列表。
  • ConnectionToken：Socket连接后调用的Token。
  • CloseToken：Socket关闭时调用的Token。
  • ProtoHandler、ProtoReserved：Socket请求的回调函数以及对应的入参，回调函数就是TcpDispatcher()，根据入参会执行不同的操作：
EFI_STATUS
TcpDispatcher (IN SOCKET  *Sock,IN UINT8   Request,IN VOID    *Data    OPTIONAL)
{switch (Request) {case SOCK_POLL:case SOCK_CONSUMED:case SOCK_SND:case SOCK_CLOSE:case SOCK_ABORT:case SOCK_SNDPUSH:case SOCK_SNDURG:case SOCK_CONNECT:case SOCK_ATTACH:case SOCK_FLUSH:case SOCK_DETACH:case SOCK_CONFIGURE:case SOCK_MODE:case SOCK_ROUTE:default:}
}
  • IpVersion：这里就是IP_VERSION_4。
  • CreateCallback、DestroyCallback、Context：对应mTcpDefaultSockData中的函数，以及它们的入参。

EFI_TCP4_PROTOCOL

该Protocol的结构体如下：

///
/// The EFI_TCP4_PROTOCOL defines the EFI TCPv4 Protocol child to be used by
/// any network drivers or applications to send or receive data stream.
/// It can either listen on a specified port as a service or actively connected
/// to remote peer as a client. Each instance has its own independent settings,
/// such as the routing table.
///
struct _EFI_TCP4_PROTOCOL {EFI_TCP4_GET_MODE_DATA    GetModeData;EFI_TCP4_CONFIGURE        Configure;EFI_TCP4_ROUTES           Routes;EFI_TCP4_CONNECT          Connect;EFI_TCP4_ACCEPT           Accept;EFI_TCP4_TRANSMIT         Transmit;EFI_TCP4_RECEIVE          Receive;EFI_TCP4_CLOSE            Close;EFI_TCP4_CANCEL           Cancel;EFI_TCP4_POLL             Poll;
};

对应的实现在NetworkPkg\TcpDxe\TcpDriver.c：

EFI_TCP4_PROTOCOL  gTcp4ProtocolTemplate = {Tcp4GetModeData,Tcp4Configure,Tcp4Routes,Tcp4Connect,Tcp4Accept,Tcp4Transmit,Tcp4Receive,Tcp4Close,Tcp4Cancel,Tcp4Poll
};

相比于其它的网络Protocol，这个稍有不同，它包含了Connect、Accept、Close等TCP常用操作。

后面会介绍这些函数的实现。

Tcp4.Connect

对应的实现是Tcp4Connect，其实现是Socket的连接：

EFI_STATUS
EFIAPI
Tcp4Connect (IN EFI_TCP4_PROTOCOL          *This,IN EFI_TCP4_CONNECTION_TOKEN  *ConnectionToken)
{return SockConnect (Sock, ConnectionToken);
}

其它的Tcp4Accept、Tcp4Transmit、Tcp4Receive、Tcp4Close等也都是Socket的操作。

TCP代码示例

TCP的代码示例可以在beni/BeniPkg/DynamicCommand/TestDynamicCommand/TestTcp.c · jiangwei/edk2-beni - 码云 - 开源中国 (gitee.com)中找到，它实际上来自EmbeddedPkg\Drivers\AndroidFastbootTransportTcpDxe\FastbootTransportTcpDxe.inf，这是一个开源的模块，不过在编译过程中会报错，所以这里进行了移植，对应BeniPkg\Dxe\TransportTcpDxe\TcpTransportDxe.inf，而TestTcp.c模块就是调用了这个模块。

它将开启一个TCP服务端，可以通过TCP客户端（这里使用了Packet Sender，来自Packet Sender - Free utility to for sending / receiving of network packets. TCP, UDP, SSL.）来与它交互。

其运行结果如下：

在这里插入图片描述

这里接收数据并打印出来，所以能够在右边Shell下看到左边程序传递过来的数据。

注意这里的Address（192.168.3.128）和Port（1234）是硬编码的，需要根据实际情况修改。

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作者&#xff1a;逸陵 背景 在云原生可观测蓬勃发展的当下&#xff0c;想必大家对 OpenTelemetry & Prometheus 并不是太陌生。OpenTelemetry 是 CNCF&#xff08;Cloud Native Computing Foundation&#xff09;旗下的开源项目&#xff0c;它的目标是在云原生时代成为应…
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【Unity学习笔记】New Input System 部分源码和测试用例补充

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转载请注明出处&#xff1a;&#x1f517;https://blog.csdn.net/weixin_44013533/article/details/135630016 作者&#xff1a;CSDN|Ringleader| 主要参考&#xff1a; Unity官方Input System手册与API【Unity学习笔记】Unity TestRunner使用【Unity学习笔记】第十二 New Inp…
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MySQL的执行流程

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一、MySQL的执行流程 MySQL架构分为Server层、存储引擎&#xff0c;其中Server层又分为连接器、查询缓存、分析器、优化器执行器五个部分。当客户端发送请求后依次需要经过 处理请求、查询缓存、语法解析、查询优化、存储引擎部分。 1. 连接器 负责维持和管理连接&#xff…
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【差分数组】【图论】【分类讨论】【整除以2】100213按距离统计房屋对数目

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作者推荐 【动态规划】【数学】【C算法】18赛车 本文涉及知识点 差分数组 图论 分类讨论 整除以2 LeetCode100213按距离统计房屋对数目 给你三个 正整数 n 、x 和 y 。 在城市中&#xff0c;存在编号从 1 到 n 的房屋&#xff0c;由 n 条街道相连。对所有 1 < i < n…
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Java代码审计Shiro反序列化CB1链source入口sink执行gadget链

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目录 0x00 前言 0x01 CC链&CB链简介 1. Commons Collections链是什么&#xff1f; 2. Commons BeanUtils链是什么&#xff1f; 0x02 测试Commons BeanUtils1链 0x03 Shiro550 - Commons BeanUtils1链 - 跟踪分析&#xff08;无依赖&#xff09; 1. 前置知识 2. Co…
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Node开发基础

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1. 概述 1.1 为什么要学习服务器端开发基础 能够和后端程序员更加紧密的配合 网站业务逻辑前置&#xff0c;学习前端技术需要后端技术支撑 扩宽知识视野&#xff0c;能够站在更高的角度审视整个项目 1.2 服务器端开发要做的事情 实现网站的业务逻辑 ---网站登录部分&#…
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