Modbus TCP/IP直觀上看它還是Modbus協(xié)議，這個沒錯，Modbus TCP/IP是Modbus協(xié)議的變體，將Modbus協(xié)議運行在了TCP/IP網(wǎng)絡上，連接端口是502，不需要校驗和計算，因為數(shù)據(jù)校驗在低層進行了；還有幾種協(xié)議Modbus over TCP，Modbus over TCP/IP還有Modbus RTU/IP，這三種也是Modbus的變體，但是和Modbus TCP/IP協(xié)議最大的區(qū)別就是帶有了Modbus RTU的檢驗和。
目前也有很多人在研究Modbus UDP/IP，這和Modbus TCP/IP最大的區(qū)別在于可以提高實時性和通信效率。因為UDP是無連接協(xié)議，比TCP節(jié)約了大量網(wǎng)絡時間，但是可靠性和安全性不能保證。
下面昌暉儀表通過一段報文來解讀Modbus TCP/IP，從OSI七層模型物理層到應用層。
上圖我們可以清晰看到Modbus TCP/IP使用了OSI的物理層，數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡層，傳輸層以及應用層。
1、物理層
Frame物理層的數(shù)據(jù)幀概況，線路307個字節(jié)，實際捕獲307個字節(jié)
◆物理介質(zhì)：以太網(wǎng)卡
◆傳輸介質(zhì)：雙絞線，同軸電纜，光纖
◆封裝類型：Ethernet(1)
◆物理接口：RJ45
◆幀編號：1176
◆幀長度：307字節(jié)
2、數(shù)據(jù)鏈路層
Ethernet II協(xié)議，以太網(wǎng)幀頭信息(14個字節(jié))
網(wǎng)卡MAC地址：
◆目的MAC：00:15:5d:07:b4:0a
◆源MAC：a8:74:1d:c7:16:5d
◆類型：IPv4
3、網(wǎng)絡層
IP協(xié)議IP包頭信息(20個字節(jié))
◆版本：IPv4
◆協(xié)議類型：TCP
◆源IP地址：172.18.32.32
◆目的IP地址：172.18.31.72
4、傳輸層：
TCP協(xié)議數(shù)據(jù)段的頭信息(20個字節(jié))
◆源端口：502
◆目的端口：57298
◆序列號：4197
◆確認號：241
◆PDU長度：253
5、應用層
MBAP，Modbus應用層的信息(253個字節(jié))
◆MBAP：(7個字節(jié))
◆MABP 由四部分構成：
◆事務識別號：9522
◆協(xié)議識別號：0
◆長度：247
◆設備識別號：255
詳細說明如下：
關于設備識別號，對于Modbus TCP/IP協(xié)議該項默認255，但是如果該協(xié)議為Modbus Plus或者Modbus RTU等串口協(xié)議，通過串口服務器等轉換設備轉換后變?yōu)榱薓odbus RTU over TCP，則該項為Modbus串口從站的設備地址。
Modbus：(246個字節(jié))
在應用層Modbus的響應報文：
◆第一個字節(jié)：功能碼
◆第二個字節(jié)：后面的長度
◆第三個字節(jié)：請求數(shù)據(jù)的第一個寄存器的值。上圖即顯示的40001-40024的值；由上圖也能看出40003的當前值為38.86
綜上內(nèi)容一條完整modbus TCP/IP報文的構成如下：
①以太網(wǎng)頭(14字節(jié))
◆目的MAC地址(6字節(jié))
◆源MAC地址(6字節(jié))
◆類型(2字節(jié))0x0800為IPv4
②IP包頭(20字節(jié))
③數(shù)據(jù)段(20字節(jié))
后面即為Modbus TCP/IP部分信息；
④Modbus TCP/IP數(shù)據(jù)結構
Modbus TCP/IP為CS架構，Client不斷的像Server發(fā)出請求，Server端被動響應提供數(shù)據(jù)或者被寫入。讀寫的數(shù)據(jù)結構和Modbus RTU是一樣的，常見的如下四種：
根據(jù)以上四種數(shù)據(jù)類型，可以引申出常見的8個功能碼：
FC1：讀取線圈的狀態(tài)
FC5：單個寫入線圈
FC2：讀取開關量輸入的狀態(tài)
FC15：連續(xù)寫入一組線圈
FC3：讀取保持寄存器的值
FC6：單個寫保持寄存器
FC4：讀取模擬量輸入寄存器的值
FC16：連續(xù)寫保持寄存器
但是實際上Modbus協(xié)議的功能碼遠不止如下8個；比如FC20和FC21就是對文件記錄的操作，其中FC20是讀取文件記錄，F(xiàn)C21是對文件進行寫操作。
6、Modbus TCP/IP Client/Server模型
Modbus TCP/IP工作過程
①客戶端在網(wǎng)絡上發(fā)出消息請求，將任務進行初始化
②請求信息被服務端接收到
③服務端發(fā)送一個響應消息
④客戶端確認收到服務端的響應信息
7、Modbus TCP/IP和Modbus RTU ADU的區(qū)別
Modbus RTU ADU：
Modbus TCP/IP ADU：
其中兩點區(qū)別：
①Modbus TCP/IP ADU沒有了CRC校驗
②Modbus TCP/IP ADU從站地址(1個字節(jié))變?yōu)榱薓BAP Header(七個字節(jié))
最后給大家附上Modbus錯誤代碼
錯誤代碼【01】
說明：非法功能。對于服務器(或從站)來說，詢問中接收到的功能碼是不可允許的操作，可能是因為功能碼僅適用于新設備而被選單元中不可實現(xiàn)同時，還指出服務器(或從站)在錯誤狀態(tài)中處理這種請求，例如：它是未配置的，且要求返回寄存器值。
錯誤代碼【02】
說明：非法數(shù)據(jù)地址。對于服務器(或從站)來說，詢問中接收的數(shù)據(jù)地址是不可允許的地址，特別是參考號和傳輸長度的組合是無效的。對于帶有100個寄存器的控制器來說，偏移量96和長度4的請求會成功，而偏移量96和長度5的請求將產(chǎn)生異常碼02。
錯誤代碼【03】
說明：非法數(shù)據(jù)值。對于服務器(或從站)來說，詢問中包括的值是不可允許的值。該值指示了組合請求剩余結構中的故障。例如：隱含長度是不正確的。modbus協(xié)議不知道任何特殊寄存器的任何特殊值的重要意義，寄存器中被提交存儲的數(shù)據(jù)項有一個應用程序期望之外的值。
錯誤代碼【04】
說明：從站設備故障。當服務器(或從站)正在設法執(zhí)行請求的操作時，產(chǎn)生不可重新獲得的差錯。
錯誤代碼【05】
說明：確認。與編程命令一起使用，服務器(或從站)已經(jīng)接受請求，并且正在處理這個請求，但是需要長持續(xù)時間進行這些操作，返回這個響應防止在客戶機(或主站)中發(fā)生超時錯誤，客戶機(或主機)可以繼續(xù)發(fā)送輪詢程序完成報文來確認是否完成處理。
錯誤代碼【06】
說明：從屬設備忙。與編程命令一起使用。服務器(或從站)正在處理長持續(xù)時間的程序命令。張服務器(或從站)空閑時，用戶(或主站)應該稍后重新傳輸報文。
錯誤代碼【08】
說明：存儲奇偶差錯。與功能碼20和21以及參考類型6一起使用，指示擴展文件區(qū)不能通過一致性校驗。服務器(或從站)設法讀取記錄文件，但是在存儲器中發(fā)現(xiàn)一個奇偶校驗錯誤?？蛻魴C(或主方)可以重新發(fā)送請求，但可以在服務器(或從站)設備上要求服務。
錯誤代碼【10】
說明：不可用網(wǎng)關路徑。與網(wǎng)關一起使用，指示網(wǎng)關不能為處理請求分配輸入端口至輸出端口的內(nèi)部通信路徑。通常意味著網(wǎng)關是錯誤配置的或過載的。
錯誤代碼【11】
說明：網(wǎng)關目標設備響應失敗。與網(wǎng)關一起使用，指示沒有從目標設備中獲得響應。通常意味著設備未在網(wǎng)絡中。
作者：曹俊義
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