西门子S7协议底层原理分析
前言
前面我们对ModbusRTU协议、ModbusTCP协议、欧姆龙FinsTCP协议、三菱SLMP协议都做了说明:今天我们来分享一下关于西门子S7协议的通信分析。西门子作为一个老牌工控企业,在中国市场拥有很高的市场占有率。如果要说起西门子的通信协议,相信大家多多少少能说出一些,比如MPI、PPI、USS、Profibus、Profinet、S7等,但是西门子在协议的开放性方面还是相对要封闭一些,所以很多协议都是不开放的。在这里,我主要是结合Wireshark抓包工具,跟大家去分享一下,如何是一步一步抓取西门子S7通信协议底层通信报文的,希望通过我一步一步地分析,让大家都能够对西门子S7协议有所了解的同时,也学会基本的抓包操作与报文分析。
值得说明一下,西门子S7协议非开放协议,以下内容,仅供学习参考。
环境搭建
1、首先我们要准备要准备一个西门子的PLC,并保证PLC与PC之间的网络连接正常。
PS:对于手头没有PLC的小伙伴,可以查看这篇文章:基于S7-PLCSIM Advanced搭建S7通信仿真环境
2、为了抓取到通信的报文,需要实现PC与PLC之间的通信,这里我采用的方式是通过KepServer V6.4来实现,dotNET工控上位机 公众号后台回复 关键词:OPC学习套装。
3、安装Wireshark抓包软件,dotNET工控上位机 公众号后台回复关键词:Wireshark。(获取资料加VX:xiketang777)
4、认识S7协议的网络模型。
操作步骤
1、首先将KepServer与PLC之间的通信连接配置好;
2、将Wireshark软件打开,并处于监控报文状态;
3、将KepServer进行连接PLC,此时Wireshark软件中会出现报文的数据,将KepServer连接停止并关闭软件,同时将Wireshark的监控停止,以便进行后续的报文分析;
协议分析
1、我们发现西门子的S7通信并不是简简单单的TCP通信,在TCP执行三次握手之后,还需要发送两次连接验证,在两次连接验证之后,才进行真正的数据交互。
2、三次握手过程,如下图所示:(获取资料加VX:xiketang777)
3、S7连接第一次验证,如下图所示:
4、S7连接第二次验证,如下图所示:
5、四次挥手过程,如下图所示:
6、S7第一次验证发送报文分析:
TPKT(第五层:会话层)
该层总共占4个字节:
版本号:0x03
预留:0x00
长度:0x0016
COTP(第六层:表示层)
该层总共占用18个字节:
长度:0x11
PDU类型(CR Connect Request 连接请求):0x0E
目标引用:0x0000
源引用:0x0001
扩展格式/流控制:0x00
参数代码 TPDU-Size:0xC0
参数长度:0x01
TPDU大小:0x0A
参数代码 SRC-TASP:0xC1
参数长度:0x02
源TSAP Source TSAP:0x0201
参数代码 DST-TASP:0xC2
参数长度:0x02
目标TSAP Destination TSAP:0x0201(获取资料加VX:xiketang777)
7、S7第一次验证返回报文
TPKT(第五层:会话层)
该层总共占4个字节:
版本号:0x03
预留:0x00
长度:0x0016
COTP(第六层:表示层)
该层总共占18个字节:
长度:0x11
PDU类型(CC Connect Confirm 连接确认):0x0D
目标引用:0x0001
源引用:0x0006
扩展格式/流控制:0x00
参数代码 TPDU-Size:0xC0
参数长度:0x01
TPDU大小:0x0A
参数代码 SRC-TASP:0xC1
参数长度:0x02
Source TSAP:0x0201
参数代码 DST-TASP:0xC2
参数长度:0x02
Destination TSAP:0x0201
8、S7第二次验证发送报文
TPKT(第五层:会话层)
该层总共占4个字节:
版本号:0x03
预留:0x00
长度:0x0019
COTP(第六层:表示层)(获取资料加VX:xiketang777)
该层总共占3个字节:
长度:0x02
PDU类型(DT Data):0XF0
目标引用:0x80
S7 Communication(第七层:应用层)
该层总用占18个字节,并且分两部分:
Header:
协议ID(Protocol ID):0x32
ROSCTR:0x01
预留:0x0000
协议数据单元引用:0x037C
参数长度:0x0008
数据长度:0x0000
Parameter:
功能码:0xF0
预留:0x00
最大AmQ(Calling):0x0001
最大AmQ(Called):0x0001
PDU长度:0x03C0
9、S7第二次验证返回报文
TPKT(第五层:会话层)
该层总共占4个字节:
版本号:0x03
预留:0x00
长度:0x0019
COTP(第六层:表示层)
该层总共占3个字节:
长度:0x02
PDU类型(DT Data):0XF0
目标引用:0x80
S7 Communication(第七层:应用层)
该层总用占20个字节,并且分两部分:
Header:
协议ID(Protocol ID):0x32
Ack_Data:0x03
预留:0x0000
协议数据单元引用:0x037C
参数长度:0x0008
数据长度:0x0000
错误等级:0x00
错误代码:0x00
Parameter:
功能码:0xF0
预留:0x00
最大AmQ(Calling):0x0001
最大AmQ(Called):0x0001
PDU长度:0x00F0
10、读取数据发送报文:读取DB1.DBX0.0 开始的4个字节
TPKT(第五层:会话层)
该层总共占4个字节:
版本号:0x03
预留:0x00
长度:0x001F
COTP(第六层:表示层)
该层总共占3个字节:
长度:0x02
PDU类型(DT Data):0XF0
目标引用:0x80
S7 Communication(第七层:应用层)
该层总用占24个字节,并且分两部分:
Header:(获取资料加VX:xiketang777)
协议ID(Protocol ID):0x32
Ack_Data:0x01
预留:0x0000
协议数据单元引用:0x037D
参数长度:0x000E
数据长度:0x0000
Parameter:
功能码 Read Var:0x04
通信项数:0x01
通信项1:
通信项Header
变量指定:0x12
地址长度:0x0A
Syntax ID:0x10
传输数据类型 byte:0x02
通信项Param
读取长度:0x04
DB号:0x01
存储区类型 DB存储区:0x84
开始字节:0x000000
11、 读取数据返回报文
TPKT(第五层:会话层)
该层总共占4个字节:
版本号:0x03
预留:0x00
长度:0x001D
COTP(第六层:表示层)
该层总共占3个字节:
长度:0x02
PDU类型(DT Data):0XF0
目标引用:0x80
S7 Communication(第七层:应用层)
该层总用占22个字节,并且分两部分:
Header:(获取资料加VX:xiketang777)
协议ID(Protocol ID):0x32
Ack_Data:0x03
预留:0x0000
协议数据单元引用:0x037D
参数长度:0x0002
数据长度:0x0008
错误等级:0x00
错误代码:0x00
Parameter:
功能码 Read Var:0x04
通信项数:0x01
通信项1:
返回结果Success:0xFF
传输数据类型 Byte/Word/DWord:0x04
长度:0x0020
数据:0x00000000
END