西门子S7通信协议底层原理及抓包分析

西门子S7通信协议底层原理及抓包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，所以很多时候我们是没法知道这些协议的底层通信原理的。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。1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的童鞋，可以自行查看相关文章：基于TIA搭建西门子PLC仿真环境及通信方案。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。3、安装Wireshark抓包软件。4、认识S7协议的网络模型。2操作步骤1、首先将KepServer与PLC之间的通信连接配置好；PS：对于KepServer软件应用可以参考相关文章：基于KepServerV6.4实现与三菱FX3UPLC之间的通信。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；3初步分析结合自身对TCP通信的了解，可以将抓取到的报文类型进行区分：TCP三次握手过程S7协议的第一次连接验证S7协议的第二次连接验证TCP四次挥手过程通过分析，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。4抓包分析（1）第一次握手发送报文报文说明：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：0x0016COTP（第六层：表示层）该层总共占用18个字节：长度：0x11PDU类型（CRConnectRequest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：0x01TPDU大小：0x0A参数代码SRC-TASP：0xC1参数长度：0x02SourceTSAP:0x0201参数代码DST-TASP：0xC2参数长度：0x02DestinationTSAP:0x0201（2）第一次握手回复报文报文说明：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：0x0016COTP（第六层：表示层）该层总共占18个字节：长度：0x11PDU类型（CCConnectConfirm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：0x01TPDU大小：0x0A参数代码SRC-TASP：0xC1参数长度：0x02SourceTSAP:0x0201参数代码DST-TASP：0xC2参数长度：0x02DestinationTSAP:0x0201（3）第二次握手发送报文报文说明：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：0x0019COTP（第六层：表示层）该层总共占3个字节：长度：0x02PDU类型（DTData）：0XF0目标引用：0x80S7Communication（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（ProtocolID）：0x32ROSCTR：0x01预留：0x0000协议数据单元引用：0x037C参数长度：0x0008数据长度：0x0000Parameter：功能码：0xF0预留：0x00最大AmQ（Calling）:0x0001最大AmQ（Called）:0x0001PDU长度：0x03C0（4）第二次握手返回报文报文说明：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：0x0019COTP（第六层：表示层）该层总共占3个字节：长度：0x02PDU类型（DTData）：0XF0目标引用：0x80S7Communication（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（ProtocolID）：0x32Ack_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：0x00Parameter：功能码：0xF0预留：0x00最大AmQ（Calling）:0x0001最大AmQ（Called）:0x0001PDU长度：0x00F0（5）读取数据发送报文：由于只配置了VD0，因此读取DB1.DBX0.0开始的4个字节报文说明：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：0x001FCOTP（第六层：表示层）该层总共占3个字节：长度：0x02PDU类型（DTData）：0XF0目标引用：0x80S7Communication（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（ProtocolID）：0x32Ack_Data：0x01预留：0x0000协议数据单元引用：0x037D参数长度：0x000E数据长度：0x0000Parameter：功能码ReadVar：0x04通信项数：0x01通信项1：通信项Header变量指定：0x12地址长度：0x0ASyntaxID:0x10传输数据类型byte：0x02通信项Param读取长度：0x04DB号：0x01存储区类型DB存储区：0x84开始字节：0x000000（6）读取数据返回报文：报文说明：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：0x001DCOTP（第六层：表示层）该层总共占3个字节：长度：0x02PDU类型（DTData）：0XF0目标引用：0x80S7Communication（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（ProtocolID）：0x32Ack_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：0x00Parameter：功能码ReadVar：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：