西门子S7Comm以太网通讯协议解析

首先，这里所说的S7Comm 协议只是西门子S7通讯协议簇里的一种，以0x32开始的报文结构。

1、S7Comm协议结构：

借助WireShark抓包，可以看到，S7Comm 以太网协议基于OSI模型：

 

OSI layer	Protocol
7 Application Layer	S7 communication
6 Presentation Layer	S7 communication(COTP)
5 Session Layer	S7 communication(TPKT)
4 Transport Layer	ISO-on-TCP (RFC 1006)
3 Network Layer	IP
2 Data Link Layer	Ethernet
1 Physical Layer	Ethernet

其中，第1~4层会由计算机自己完成（底层驱动程序）；关于这些神马的定义，大家可以上网查一下；

第5层TPKT，应用程数据传输协议，介于TCP和COTP协议之间；这是一个传输服务协议，主要用来在COTP和TCP之间建立桥梁；

"TPKT is an"encapsulation" protocol. It carries the OSI packet in its ownpacket's data payload and then passes the resulting structure to TCP, from thenon, the packet is processed as a TCP/IP packet. The OSI programs passing datato TPKT are unaware that their data will be carried over TCP/IP because TPKTemulates the OSI protocol Transport Service Access Point (TSAP)."

第6层COTP，按照维基百科的解释，COTP 是 OSI 7层协议定义的位于TCP之上的协议。COTP 以“Packet”为基本单位来传输数据，这样接收方会得到与发送方具有相同边界的数据；

第7层，S7 communication，这一层和用户数据相关，对PLC数据的读取报文在这里完成；

刚看到TPKT和COPT也许会很迷惑，其实在具体的报文中，TPKT的作用是包含用户协议（5~7层）的数据长度（字节数）；COTP的作用是定义了数据传输的基本单位（在S7Comm中 PDU TYPE：DT data）；

S7Comm与标准TCP/IP比较：S7Comm是一个7层协议；TCP/IP是四层协议，用户数据在第四层TCP层完成；

计算机与PLC进行通讯，可以连接102端口，这是西门子开放的一个通讯端口；

2、第七层 S7 communication协议

S7 communication包含三部分：1-Header；2-Parameter；3 - Data。

根据实现的功能不同，S7 communication协议的结构会有所不同；例如，请求数据报文只包含前两部分；

     <1>Header     

 

       *01(1 byte): protocol Id: 0x32;

       *02a(1 byte): ROSCTR: Job (01);

       *02b(2 byte): redundancy identification (reserved): 0x0000;

       *2c(2 byte): protocol data unit reference; it’s increased by request event;

       *2d(2 byte): parameter length - the total length (bytes) of parameter part;

       *2e(2 byte): data length; 读取PLC内部数据，此处为00 00；对于其他功能，例如：读取CPU的型号，此处为Data部分的数据长度；

    <2>Parameter（读取数据）

      *3(1 byte): function code: Read Var (0x04)；writeVar (0x05);

        *4(1 byte): item count;

        *5(1 byte): variable specification: 0x12;

        *6(1 byte): length of following address specification – is 7~12length in byte;

        *7(1 byte): syntax Id: S7ANY (0x10);

        *8(1 byte):transport size: BYTE(2);

        *9(2 byte): requested data length;

        *10(2 byte): DB number; 如果访问的不是DB区域，此处为00 00；

        *11(1 byte): Area: 0x84= data block(DB); 0X82= outputs(Q); 0x81=inputs(I); 0x83= Flags(M); 0x1d= S7 timers(T); 0x1c= S7counters(C);

        *12(3 byte):address- start address from zero bit

        *5~*12构成了一个基本的数据请求单元[Item],对多个不同地址区域的数据请求，就是有多个[Item]构成的。

         Parameter部分的数据结构可以总结为：

                     [Function code ]+ [Item count] + Item[1] + Item[2]  . . . Item[n]  

        <3>Data

          这一部分与功能有关，例如：读取CPU型号、向CPU存储区写数据；在请求数据报文中此部分不包含任何数据。

 

      3、S7Comm以太网通讯过程（以1500PLC为例）    

      计算机与1500PLC进行S7Comm以太网通讯，需经过三个过程：

      <1>“握手”

               当PC与PLC通过Socket建立链接时，会进行“三次握手”，这是标准的TCP连接方式；这个过程会有Socket自动完成；

      <2> 通讯请求

              在“握手”之后，并不能马上进行数据交换，还需要"通讯请求"过程。这个过程包含两次报文交换：

                1> PC 发送COTP报文给PLC；在COTP报文中包含“连接请求”和“destination TSAP” - 明确CPU的机架号和槽号；

                      PLC反馈COTP报文，包含“连接确认”；

                        这样PLC就清楚了需要和那个CPU来进行数据通讯；

                2> PC 发送S7Comm报文给PLC；在S7 communicaton报文中包含“通讯请求”；

                      PLC反馈S7Comm报文。

      <3> 交换数据

               数据读写就在这个过程内完成。我们可以组织报文来实现我们需要的功能。这个过程内的报文是S7Comm格式；  

               具体实现时，需要对S7Comm中的第5、6、7层进行编程。

      *需要注意的是，如果不进行“第2步-通讯请求”而直接发送交换数据报文，则PLC会将连接断开。