西门子S7通信协议抓包分析应用

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要相对要封闭一些,所以我们是没法知道这些协议的底层通信原理的。

本文主要是结合Wireshark抓包工具,跟大家去分享一下,如何抓取西门子S7通信协议底层通信报文的,希望通过报文分析,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。

一、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。如果手头没有PLC,可以通过PLCSIM-Advanced搭建一个仿真环境。为了抓取到通信的报文,需要实现PC与PLC之间的通信,这里采用KepServer与PLC通信。

西门子博图V17及仿真器安装及注意事项

2、安装Wireshark抓包软件:Wireshark软件安装比较简单,大家可以自行安装。

3、认识S7协议的网络模型:

|-----------|-------------------------------|
| OSI层 | 通信协议 |
| 第7层:应用层 | S7 协议 S7 Communication |
| 第6层:表示层 | S7 协议(COTP) |
| 第5层:会话层 | S7 协议(TPKT) |
| 第4层:传输层 | Transmission Control Protocol |
| 第3层:网络层 | IP |
| 第2层:数据链路层 | Ethernet |
| 第1层:物理层 | Ethernet |

4、将KepServer与PLC之间的通信连接配置好:

终于有人把OPC说清楚了

5、将Wireshark软件打开,并处于监控报文状态。

二、报文分析

1、当KepServer启动连接,并开始监控变量时,打开Wireshark软件,观察报文。

2、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。

西门子PLC通信掌握这几点,效率翻倍

3、三次握手过程,如下图所示:

4、S7连接第一次验证,如下图所示:

5、S7连接第二次验证,如下图所示:

6、四次挥手过程,如下图所示:

7、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

Source TSAP:0x0201

参数代码 DST-TASP:0xC2

参数长度:0x02

Destination TSAP:0x0201

8、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

源TSAP Source TSAP:0x0201

参数代码 DST-TASP:0xC2

参数长度:0x02

目标TASP Destination TSAP:0x0201

9、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

最大AmQ(Calling):0x0001

最大AmQ(Called):0x0001

PDU长度:0x03C0

10、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

11、读取发送报文: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

12、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

整体总结

通过上述S7协议抓包的分析,我们对S7协议应该有了一个初步的认识。

  • S7协议不是一个开放的协议,因此没有完整的协议文档,本文只是通过抓包的方式来分析和了解报文。

  • S7协议整体来说,比一般的协议要稍微复杂一些,如果有精力可以通过抓包分析报文之后,然后手搓一个通信库。

  • 从我个人的角度来说,我是不建议初学者花很多时间去研究S7协议,因为目前市面上已经有很多免费开源的S7通信库,比如S7NetPlus、Sharp7等。

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