西门子S7协议底层原理分析
原创 新阁教育付工 dotNet工控上位机 2021-07-17 11:02
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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：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KepServerV6.4来实现，后台关键词：OPC学习套装。3、安装Wireshark抓包软件，后台回复关键词：Wireshark。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：3、S7连接次验证，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
7、S7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）
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
大AmQ（Calling）:0x0001
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
大AmQ（Calling）:0x0001
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：
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：
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