开题我们先罗列一下国内目前常见的工业以太网协议以及主要厂家ModbusTCP/IP以及其他中立厂商EtherNet/IPProfiNetS7commEtherCATPowerLink想必大家都知道在以太网还在以同轴电缆作为物理传输介质的时候，很多主
开题我们先罗列一下国内目前常见的
工业以太网协议以及主要厂家
Modbus TCP/IP
以及其他中立厂商
EtherNet/IP
ProfiNet
S7comm
EtherCAT
PowerLink
想必大家都知道在以太网还在以同轴电缆作为物理传输介质的时候，很多主流工业通讯方式还是串口，包括我们熟知的Modbus RTU，Can，MPI/PPI , 3964R, MB+ , DF1等等。
今天给大家讲讲这几种工业以太网：
Modbus TCP/IP：首先我们来看Modbus TCP/IP, 直观上看他还是Modbus协议，这个没错，Modbus TCP/IP是Modbus 协议的变体，将Modbus协议运行在了TCP/IP网络上，连接端口是502，不需要校验和计算，因为数据校验在低层进行了；
还有几种协议Modbus over TCP，Modbus over TCP/IP还有Modbus RTU/IP，这三种也是Modbus的变体，但是和Modbus TCP/IP协议最大的区别就是带有了Modbus RTU的检验和。
目前也有很多人在研究Modbus UDP/IP，这和Modbus TCP/IP最大的区别在于可以提高实时性和通信效率。因为UDP是无连接协议，比TCP节约了大量网络时间，但是可靠性和安全性不能保证。
首先，让我们通过一段报文来理解Modbus TCP/IP，从OSI七层模型物理层到应用层
上图我们可以清晰看到Modbus TCP/IP使用了OSI的物理层，数据链路层，网络层，传输层以及应用层
物理层：
Frame 物理层的数据帧概况，线路307个字节，实际捕获307个字节
- 物理介质：以太网卡
- 传输介质：双绞线，同轴电缆，光纤
- 封装类型：Ethernet（1）
- 物理接口：RJ45
- 帧编号：1176
- 帧长度：307字节
数据链路层：
Ethernet II协议，以太网帧头信息 （14个字节）
网卡MAC地址：
- 目的MAC：00:15:5d:07:b4:0a
- 源MAC：a8:74:1d:c7:16:5d
- 类型：IPv4
网络层：
IP协议 IP包头信息（20个字节）
- 版本：IPv4
- 协议类型：TCP
- 源IP地址：172.18.32.32
- 目的IP地址：172.18.31.72
传输层：
TCP协议 数据段的头信息（20个字节）
- 源端口：502
- 目的端口：57298
- 序列号：4197
- 确认号：241
- PDU长度：253
应用层：
MBAP，Modbus 应用层的信息（253个字节）
- MBAP：（7个字节）
- MABP 由四部分构成：
- 事务识别号：9522
- 协议识别号：0
- 长度：247
- 设备识别号：255
详细说明如下：
描述字节长度描述客户端表示服务端表示事务识别号2字节Modbus 请求/响应任务的识别号由客户端初始化时形成由接收到的请求信息复制协议识别号2字节0=Modbus 协议由客户端初始化时形成由接收到的请求信息复制长度2字节后面的字节数量由客户端发送请求时形成由服务端响应请求时形成设备识别号1字节连接的从站地址由客户端初始化时形成由接收到的请求信息复制
关于设备识别号，对于Modbus TCP/IP协议该项默认255，但是如果该协议为Modbus Plus或者Modbus RTU等串口协议，通过串口服务器等转换设备转换后变为了Modbus RTU over TCP，则该项为Modbus 串口从站的设备地址。
Modbus：（246个字节）
在应用层Modbus的响应报文：
- 第一个字节：功能码
- 第二个字节：后面的长度
- 第三个字节：请求数据的第一个寄存器的值。上图即显示的40001-40024的值；由上图也能看出40003的当前值为38.86
综上内容一条完整modbus TCP/IP的构成如下：
以太网头IP包头数据段MBAP功能码长度数据[0]数据[1]数据[2]……
以太网头（14字节）：
目的MAC地址
（6字节）源MAC地址
（6字节）类型（2字节）
0x0800为IPv4
IP包头（20字节）
版本
（1字节）DSF
（1字节）总长度
（2字节）识别码
（2字节）标志字
（1字节）段偏移
（1字节）生存时间
（1字节）协议（1字节）
06=TCP错误校验
（2字节）源IP地址
（4字节）目的IP地址
（4字节）
数据段（20字节）
源端口
（2字节）目的端口
（2字节）序列号
（4字节）确认号
（4字节）数据段长度
（1字节）Flag
（1字节）窗口
（2字节）校验和
（2字节）紧急指针
（2字节）
后面即为Modbus TCP/IP部分信息；
Modbus TCP/IP数据结构：
Modbus TCP/IP为CS架构，Client不断的像Server发出请求，Server端被动响应提供数据或者被写入。读写的数据结构和Modbus RTU是一样的，常见的如下四种：
序号描述地址读写权限1开关量输入10001 或者
100001只读2模拟量输入寄存器30001 或者
300001只读3线圈输出00001 或者
000001读写4保持寄存器40001 或者
400001读写
根据以上四种数据类型，可以引申出常见的8个功能码：
FC1读取线圈的状态FC5单个写入线圈FC2读取开关量输入的状态FC15连续写入一组线圈FC3读取保持寄存器的值FC6单个写保持寄存器FC4读取模拟量输入寄存器的值FC16连续写保持寄存器
但是实际上Modbus协议的功能码远不止如下8个；比如FC20和FC21就是对文件记录的操作，其中FC20是读取文件记录，FC21是对文件进行写操作。
Modbus TCP/IP Client/Server 模型：
Modbus TCP/IP工作过程：
- 客户端在网络上发出消息请求，将任务进行初始化
- 请求信息被服务端接收到
- 服务端发送一个响应消息
- 客户端确认收到服务端的响应信息
Modbus TCP/IP和Modbus RTU ADU的区别：
Modbus RTU ADU：
从站地址功能码数据CRC校验
Modbus TCP/IP ADU：
Modbus 应用协议头头
（MBAP Header）功能码数据
其中两点区别：
1、没有了CRC校验
2、从站地址（1个字节）变为了MBAP Header（七个字节）
最后给大家附上modbus错误代码
|
错误 |
说明 |
|
01 |
非法功能。对于服务器（或从站）来说，询问中接收到的功能码是不可允许的操作，可能是因为功能码仅适用于新设备而被选单元中不可实现同时，还指出服务器（或从站）在错误状态中处理这种请求，例如：它是未配置的，且要求返回寄存器值。 |
|
02 |
非法数据地址。对于服务器（或从站）来说，询问中接收的数据地址是不可允许的地址，特别是参考号和传输长度的组合是无效的。对于带有100个寄存器的控制器来说，偏移量96和长度4的请求会成功，而偏移量96和长度5的请求将产生异常码02。 |
|
03 |
非法数据值。对于服务器（或从站）来说，询问中包括的值是不可允许的值。该值指示了组合请求剩余结构中的故障。例如：隐含长度是不正确的。modbus协议不知道任何特殊寄存器的任何特殊值的重要意义，寄存器中被提交存储的数据项有一个应用程序期望之外的值。 |
|
04 |
从站设备故障。当服务器（或从站）正在设法执行请求的操作时，产生不可重新获得的差错。 |
|
05 |
确认。与编程命令一起使用，服务器（或从站）已经接受请求，并且正在处理这个请求，但是需要长持续时间进行这些操作，返回这个响应防止在客户机（或主站）中发生超时错误，客户机（或主机）可以继续发送轮询程序完成报文来确认是否完成处理。 |
|
06 |
从属设备忙。与编程命令一起使用。服务器(或从站)正在处理长持续时间的程序命令。张服务器(或从站)空闲时，用户(或主站)应该稍后重新传输报文。 |
|
08 |
存储奇偶差错。与功能码20和21以及参考类型6一起使用，指示扩展文件区不能通过一致性校验。服务器(或从站)设法读取记录文件，但是在存储器中发现一个奇偶校验错误。客户机(或主方)可以重新发送请求，但可以在服务器(或从站)设备上要求服务。 |
|
10 |
不可用网关路径。与网关一起使用，指示网关不能为处理请求分配输入端口至输出端口的内部通信路径。通常意味着网关是错误配置的或过载的。 |
|
11 |
网关目标设备响应失败。与网关一起使用，指示没有从目标设备中获得响应。通常意味着设备未在网络中。 |
未完待续
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