Modbus TCP/IP直觀上看它還是Modbus協議，這個沒錯，Modbus TCP/IP是Modbus協議的變體，將Modbus協議運行在了TCP/IP網絡上，連接端口是502，不需要校驗和計算，因為數據校驗在低層進行了；還有幾種協議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協議最大的區別就是帶有了Modbus RTU的檢驗和。
目前也有很多人在研究Modbus UDP/IP，這和Modbus TCP/IP最大的區別在于可以提高實時性和通信效率。因為UDP是無連接協議，比TCP節約了大量網絡時間，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，數據鏈路層，網絡層，傳輸層以及應用層。
1、物理層
Frame物理層的數據幀概況，線路307個字節，實際捕獲307個字節
◆物理介質：以太網卡
◆傳輸介質：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
2、數據鏈路層
Ethernet II協議，以太網幀頭信息(14個字節)
網卡MAC地址：
◆目的MAC：00:15:5d:07:b4:0a
◆源MAC：a8:74:1d:c7:16:5d
◆類型：IPv4
3、網絡層
IP協議IP包頭信息(20個字節)
◆版本：IPv4
◆協議類型：TCP
◆源IP地址：172.18.32.32
◆目的IP地址：172.18.31.72
4、傳輸層：
TCP協議數據段的頭信息(20個字節)
◆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)
◆MBAP：(7個字節)
◆MABP 由四部分構成：
◆事務識別號：9522
◆協議識別號：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協議該項默認255，但是如果該協議為Modbus Plus或者Modbus RTU等串口協議，通過串口服務器等轉換設備轉換后變為了Modbus RTU over TCP，則該項為Modbus串口從站的設備地址。
Modbus：(246個字節)
在應用層Modbus的響應報文：
◆第一個字節：功能碼
◆第二個字節：后面的長度
◆第三個字節：請求數據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
綜上內容一條完整modbus TCP/IP報文的構成如下：
①以太網頭(14字節)
◆目的MAC地址(6字節)
◆源MAC地址(6字節)
◆類型(2字節)0x0800為IPv4
②IP包頭(20字節)
③數據段(20字節)
后面即為Modbus TCP/IP部分信息；
④Modbus TCP/IP數據結構
Modbus TCP/IP為CS架構，Client不斷的像Server發出請求，Server端被動響應提供數據或者被寫入。讀寫的數據結構和Modbus RTU是一樣的，常見的如下四種：
根據以上四種數據類型，可以引申出常見的8個功能碼：
FC1：讀取線圈的狀態
FC5：單個寫入線圈
FC2：讀取開關量輸入的狀態
FC15：連續寫入一組線圈
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：連續寫保持寄存器
但是實際上Modbus協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，FC21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客戶端在網絡上發出消息請求，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的區別
Modbus RTU ADU：
Modbus TCP/IP ADU：
其中兩點區別：
①Modbus TCP/IP ADU沒有了CRC校驗
②Modbus TCP/IP ADU從站地址(1個字節)變為了MBAP Header(七個字節)
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同時，還指出服務器(或從站)在錯誤狀態中處理這種請求，例如：它是未配置的，且要求返回寄存器值。
錯誤代碼【02】
說明：非法數據地址。對于服務器(或從站)來說，詢問中接收的數據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的請求將產生異常碼02。
錯誤代碼【03】
說明：非法數據值。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據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)正在設法執行請求的操作時，產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)已經接受請求，并且正在處理這個請求，但是需要長持續時間進行這些操作，返回這個響應防止在客戶機(或主站)中發生超時錯誤，客戶機(或主機)可以繼續發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，但是在存儲器中發現一個奇偶校驗錯誤。客戶機(或主方)可以重新發送請求，但可以在服務器(或從站)設備上要求服務。
錯誤代碼【10】
說明：不可用網關路徑。與網關一起使用，指示網關不能為處理請求分配輸入端口至輸出端口的內部通信路徑。通常意味著網關是錯誤配置的或過載的。
錯誤代碼【11】
說明：網關目標設備響應失敗。與網關一起使用，指示沒有從目標設備中獲得響應。通常意味著設備未在網絡中。
作者：曹俊義
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