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EtherNet/IP:工业通信的标准协议——Bürkert
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EtherNet/IP:工业网络中通信的标准协议
EtherNet/IP:工业网络中通信的标准协议
EtherNet/IP 是一种非常常见的基于以太网的现场总线,用于在工业自动化中部署标准以太网技术。但是 EtherNet/IP 到底是什么呢?它是如何工作的?使用 EtherNet/IP 有什么优势呢?
EtherNet/IP 提供了以下优势:
同时控制、配置和收集网络中的数据与以太网协议的兼容性高传输速度
EtherNet/IP 的基础知识 标准化、兼容的网络EtherNet/IP(以太网工业协议)是一种基于 CIP(通用工业协议)的开放式现场总线标准,由罗克韦尔自动化公司和 ODVA(开放 DeviceNet 供应商协会)共同开发,主要用于自动化技术。使用该协议的设备的合规性和兼容性都通过了 ODVA 认证。为什么 EtherNet/IP 是工厂自动化的理想选择:EtherNet/IP 是一种用于自动化应用的工业以太网通信协议。它在 CIP 应用的部署和 TCP/IP 通信模型方面不同于其他基于以太网的通信标准。EtherNet/IP 支持以太网、互联网协议和 TCP 或 UDP 协议(用户数据报协议)。这实现了与使用此协议的所有设备兼容。这种与既定协议的兼容性使 EtherNet/IP 能够完美地集成到网络中,并提供了办公室网络和被控制工厂之间的连续过渡。EtherNet/IP 技术可帮助您控制、配置设备,同时收集数据。通信协议的结构EtherNet/IP 在结合 UDP 后有实时性,可更快地传输数据。CIP 网络(通用工业协议)遵循 OSI 模型(开放系统互连),该模型定义了七层网络协议部署的框架,每一层都有有限的任务。这些层分为:物理层(Physical)数据层(Data Link)网络层(Network)传输层(Transport)通讯层(Session)控制层(Presentation)应用层(Application)在 EtherNet/IP 中,OSI 参考模型的较低层由以太网借助传送、交换、网络和传输功能来接管。EtherNet/IP 的数据传输和拓扑结构EtherNet/IP 由于采用提供者-消费者原则可在各个网络节点之间进行数据交换。这种方法使整个带宽得以有效利用。通过设备的 MAC 地址,可以确定已发送数据对象的源和目的地。各个网络节点使用指定的 MAC 地址来判断已发送数据包的内容是否与它们有关。 由于符合 IEEE 以太网标准,EtherNet/IP 为用户提供了各种传输速度(例如 10、100 Mbps 或 1 Gbps)。此外,它还为用户提供了一种灵活的网络体系结构,可与市面上的以太网安装选项(例如铜缆、光纤或光纤环网)以及无线网络兼容。 EtherNet/IP 提供了各种拓扑结构,包括常规的星形和标准以太网基础结构组件或设备级环形拓扑结构。在环形拓扑结构中,可以部署“DLR”(Device Level Ring)协议来防止由于断线或现场总线组件故障等原因造成的全网故障。这意味着 DLR 功能可以维持网络内的通信。 8792 型位置调节器8792 型——数字式电动气动位置调节器:位置调节器 SideControl。了解有关 8792 型的更多信息。8692 型位置调节器8692 型——数字式电动气动位置调节器,用于集成安装在过程控制阀上。了解有关 8692 型的更多信息。8098 型 FLOWave8098 型——FLOWave SAW 流量计。 了解有关 8098 型 FLOWave 的更多信息。办公室网络EtherNet/IPEtherNet/IP 技术使您可以控制、配置所有设备,同时收集数据。Bürkert 的能力多年来,我们一直是业内值得信赖的合作伙伴,为客户提供优质的技术解决方案。为了帮助您实现工厂自动化,我们的许多产品和系统都与 EtherNet/IP 通信协议兼容,并通过了 ODVA 认证。现代自动化概念的一个重要组成部分是数字通信,尤其是标准通信协议的使用。多年来,我们在开发产品和系统的过程中一直不忘这一点,只是为了让您能够轻松快捷地将我们的产品和系统集成到您的工厂中。EtherNet/IP 的应用示例Bürkert 公司的 EtherNet/IP 产品主要用于介质(气体、液体)控制和调节的过程自动化中,但在其他领域的应用也越来越多:燃气供应食品、饮料和乳制品加工厂水/废水处理的自动化和控制我们的 EtherNet/IP 位置调节器适用于集成加装到过程控制阀的数字电动气动式位置调节器类型 8692紧凑型耐用不锈钢设计通过自动 X.TUNE 功能实现简单至极的调试非接触式位移传感器集成控制空气通道和弹簧腔室通风EtherNet/IP、PROFINET、Modbus TCP、PROFIBUS DP-V1 或 Bürkert 系统总线 (büS)适用于集成安装到过程控制阀上的数字式电动气动过程控制器类型 8693紧凑型耐用不锈钢设计通过位置调节器和过程控制器的调谐功能实现简单至极的调试非接触式位移传感器集成控制空气通道和弹簧腔室通风PROFIBUS DP-V1、EtherNet/IP、PROFINET、Modbus TCP 或 büS (Bürkert 系统总线)SideControl 数字式电动气动定位器类型 8792紧凑耐用的设计通过调谐功能实现简单调试集成诊断功能用于检测阀门在已调节状态下,动态控制系统无空气消耗EtherNet/IP、PROFINET、Modbus TCP、PROFIBUS DP-V1 或 Bürkert 系统总线 (büS)数字化电动气动侧部控制过程控制器类型 8793紧凑耐用的设计通过位置调节器和过程控制器的调谐功能进行调试集成诊断功能用于检测阀门在已调节状态下,动态控制系统无空气消耗EtherNet/IP、PROFINET、Modbus TCP、PROFIBUS DP-V1 或 Bürkert 系统总线 (büS)
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EtherNet/IP 协议结构
一、Ethernet/IP 协议
将标准的TCP/IP以太网延伸 到工业实时控制并和通用工业协议(CIP)结合,将很好地帮助用户获得更加开放集成的工业自动化和信息化的整体解决方案。EtherNet/IP 就是为实现这一目的的标准工业以太网技术。Ethernet/IP是一个面向工业自动化应用的工业应用层协议。它建立在标准是由ODVA(OpenDeviceNet VendorsAssociation)和ControlNet International 所推出的一种与TCP/IP 以太网相结合的工业以太网标准。
下图反应的 CIP 保证实时通讯与Internet协议并存。(EtherNet/IP是一种基于以太网和TCP/IP技术的工业以太网,其物理层和数据链路层使用以太网协议网络层和传输层使用TCP/IP协议族中的协议,应用层使用CIP和 TCP/IP协议)
将UDP报文映射到IP多播传送,实现高效的I/O交换,用TCP协议的流量控制点对点特性通过TCP通道传输非实时性显示报文。(以太网广播只能在交换机和网桥和集线器之间传输,不能穿透路由器,以太网广播报文被限制在一个子网内,不可能被扩散到Internet)
实践中 工业以太网的设备层,流通的数据是实时I/O数据,采用的UDP/IP协议来传递,其优先级较高(比TCP/IP优先级高)
1、CIP 是 Ethernet/IP和 DevieNet 、ControlNet三种网络都使用的构成部分,三者据用相同的应用层和应用对象库和设备描述(CIP协议族定义了一系列46个对象,但同时也存在不通用的 ----DeviceNet有一个 ControlNet有3个 EtherNet/IP有1个,其余的都是通用的)。因此一般上将这三种协议统称为CIP网络
2、EtherNet/IP 的通信机制
第一:通信模式 -------生产者/消费者
第二 :CIP报文通信的方式:
无连接通信-------基本的通信方式,设备的无连接通信资源有无连接报文管理器UCMM管理,无连接通信不需要任何设置或任何机制保持连接激活状态。
连接报文通信------可以用来传递I/O数据和显示报文,支持生产者/消费者的多点传输关系。
3、etherNet/IP 硬件总体结构
三星的模块: ARM9 S3C2410为CPU
目前磊说由于不可避免的原因 (目前,Ethernet/IP工业以太网的应用主要是在自动化领域的信息层和控制层)在设备层使用ODVA 支持的ControlNet 和DeviceNet .利用总线在设备层的抗干扰能力强的优点作为公益以太网的补充。
EtherNet/IP 基于Socket 在 层上定义数据模型,发送的数据包都是IP包
二、CIP协议结构
ODVA(Open DeviceNet Vendor Association) 和CI(ContrilNet International)共同推动了CIPTM (通用工业协议)的工业网络,包括了 EtherNet/IP 、 ControlNet 、 DeviceNet 。CIP协议本身的特点(实时性-------数据传输花的时间少、、确定性------数据传输的时间具有可预测性、 可重复性-----增加或减少网络节点,对数据花费时间影响较小、 可靠性------数据传输的正确率较高)
CIP 协议的特点:
报文: CIP协议是重要的特点是乐意传输多种类型的数据 (工业应用中需要传输的数据类型有I/O数据、互锁、配置、诊断故障、程序上传和下载-----不同的书卷类型对传输的性能要求不一样)-----》》》》所以报文被分成两种类型 显示报文和隐式报文
显示报文; --------用于传输对时间上没有苛刻要求的数据(程序的上传和下载、系统的维护、故障诊断、设备配置信息等--------》这种报文包含解读该报文所需的解读该报文的信息被称为显示报文)
隐式报文: --------用于传输I/O数据(隐式报文又称为I/O报文或者隐式I/O报文)
CIP协议通信重要特性就是与介质无关性,(对此可以在控制系统和I/O设备上实现协议的开放原因)这就保证了以后可以将其移植到更高性能的网络上实施。并且提供全部的功能。保证原有现场总线或者以太网技术的透明性和一致性。
现在发现,研究的这个协议里面涉及的东西太多,
垂緌饮清露,流响出疏桐。
居高声自远,非是藉秋风。
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2019-03-05 18:32
疏桐
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入门工业通讯之EtherNet/IP协议分析 - 知乎
入门工业通讯之EtherNet/IP协议分析 - 知乎首发于智能制造之家切换模式写文章登录/注册入门工业通讯之EtherNet/IP协议分析智能制造之家化学制品制造业 从业人员写在前面前面我们系统得说了工业控制系统的通讯,大家肯定会想到PROFINET、ETHERNET/IP、ETHERCAT等工业以太网:技术解读PROFINET、Ethernet/IP等7种主流工业以太网最全整理工业通讯上的领域各种总线+协议+规范+接口—数据采集与控制但是说到协议的分析,我们 不得不提到安全问题,前面我们系统的介绍过关于工业控制系统的架构、安全等:工业控制系统安全入门与实践—从五层架构和安全标准说起工业控制系统安全入门与实践——工控安全入门分析也聊了西门子、施耐德、罗克韦尔等国际大厂的相关安全漏洞:基于S7协议对西门子PLC S7-1500的漏洞分析与复现(附演示视频)施耐德PLC漏洞历险记—一次与施耐德PLC的非正常接触罗克韦尔 MicroLogix PLC漏洞的复现及解决方案西门子、施耐德、罗克韦尔PLC程序设计漏洞探秘今天来解析下由罗克韦尔主导的ETHERNET/IP协议~作者 | 长扬科技(北京)有限公司 汪义舟 梁 泽 张国栋来源:关键基础设施安全应急响应中心一、Ethernet/IP协议 EtherNet/IP是一个现代化的标准协议。由控制网国际有限公司(ControlNet International)的一个技术工作组与ODVA(开放式DeviceNet供应商协会)在20世纪90年代合作设计。EtherNet/IP是基于通用工业协议(Common Industrial Protocol,CIP)的。CIP是一种由ODVA支持的开放工业协议,它被使用在诸如 DeviceNet 和 ControlNet 以及 EtherNet/IP 等串行通信协议中。美国的工控设备制造商Rockwell/Allen-Bradley已经围绕EtherNet/IP进行了标准化,其他厂商如Omron也在其设备上支持了EtherNet/IP。EtherNet/IP已经变得越来越受欢迎,特别是在美国。尽管EtherNet/IP比Modbus更现代化,但仍然存在协议层面的安全问题。EtherNet/IP通常通过TCP/UDP端口44818运行。此外,EtherNet/IP还有另一个端口 TCP/UDP端口2222。使用这个端口的原因是 EtherNet/IP实现了隐式和显示两种消息传递方式。显式消息被称为客户端/服务器消息,而隐式消息通常被称为I/O消息。EtherNet/IP是为了在以太网中使用CIP协议而进行的封装。EtherNet/IP的 CIP帧封装了命令、数据点和消息等信息。CIP帧包括CIP设备配置文件层、应用层、表示层和会话层四层。数据包的其余部分是EtherNet/IP帧,CIP帧通过它们在以太网上传输。EtherNet/IP分组结构如图CIP规范对数据包结构有很多的规定,这意味着每个使用 EtherNet/IP的设备必须实现符合规范的命令。下面是EtherNet/IP首部中封装的CIP帧字段:• 命令两字节整数,对应一个 CIP 命令。通用工业协议规范标准要求,设备必须能接收无法识别的命令字段,并处理这种异常。• 长度两字节整数,代表数据包中数据部分的长度。对于没有数据部分的请求报文,该字段为0。• 会话句柄会话句柄(session handle)由目标设备生成,并返回给会话的发起者。该句柄将用于后续与目标设备的通信。• 状态码Status字段存储了目标设备执行命令返回的状态码。状态码“0”代表命令执行成功。所有的请求报文中,状态码被置为“0”。其它的状态码还包括:0x0001 无效或不受支持的命令0x0002 目标设备资源不足,无法处理命令0x0003 数据格式不正确或数据不正确0x0065 接收到无效的数据长度• 发送方上下文命令的发送者生成这六字节值,接收方将原封不动的返回该值。• 选项该值必须始终为0,如果不为零,数据包将被丢弃。• 命令相关数据该字段根据接收/发送的命令进行修改。如果请求发送方是工程师站,大多数会话中执行的第一条命令是“ListIdentity”命令。如下所示的数据包,命令字段是0x63,代表“List Identity”命令,上下文是“0x00006a0ebe64”。这个命令与Modbus功能码43非常相似,可以查询设备信息,如供应商、产品、序列号、产品代码、设备类型和版本号等。使用在Github项目pyenip中找到的Python 脚本ethernetip.py,你可以查询Ethernrt/IP 设备的信息。默认情况下,这个脚本不会解析一些响应,你需要取消脚本底部的 testENIP() 函数的注释后,它才会发送和接收“List Identity”命令。在执行脚本的同时,你可以使用Wireshark查看请求和响应的数据包。二、EtherNet/IP协议身份鉴别请求攻击 Digital Bond 在项目 Redpoint 中实现了一个脚本,可以用来从远程设备中获取信息。Redpoint 脚本使用了 “List Identity”命令字,并使用Nmap中的信息进行解析。它的“Conmmand Specific Data”部分包含了一个套接字地址(ip 地址和端口号)。这是暴露的远程设备的真实 ip 地址和端口号,即使它位于NAT设备之后。我们发现大量的设备暴露的IP字段和实际扫描的IP地址不同。所以我们得出结论,大多数的Ethernet/IP设备部署在内部网络中,而不是直接暴露在互联网上。如下图所示的是使用Nmap扫描CompactLogix控制系统的扫描结果,可以看到暴露的设备ip和扫描ip不匹配,说明目标系统位于路由器或防火墙之后。上图显示了一些信息,包括设备的制造商“Rockwell”。设备的制造商在响应中是一个两字节的制造商 ID,它映射了一组支持 Ethernet/IP 的厂商名单。但是,这个厂商名单不是公开的。我们在深入研究 Wireshark 捕获的数据包后,发现数据包被 Wireshark 解析后,制造商 ID 被替换成了制造商名称。这说明 Wireshark 拥有如何映射制造商ID和名称的信息。通过对Github上Wireshark源代码的一些搜索,我们发现了如下代码片段,它告诉我们该如何解析制造商 ID。在解析工控协议的时候,Wireshark 常常是一个强大而好用的资源。使用像“List Identity”这样的命令,你可以简单的重放数据包,几乎不用修改数据包。会话句柄将被设置为0,意味着没有会话生成,因为该命令只是简单的发送命令和接收系统响应。为了进一步与设备进行通信,需要发送注册会话命令(0x65)。这个命令会设置会话句柄ID,这个ID将用于后续会话的通信。如下图所示,注册会话的请求使用标准ID“0x00000000”,目标设备返回了它生成的会话句柄“0x03A566BB”。三、Ethernet/IP中间人攻击简单的数据包重放对Ethernet/IP的某些指令无效。这使得攻击变得稍微复杂了一些。然而,对于大多数攻击者而言,只要对 Ethernet/IP 的协议稍有了解,这点困难将是微不足道的。一旦会话句柄通过协商被确定,只要通过手动改变序列号,就可以实现像中间人攻击。攻击实例:网络拓扑:网络环境:• 虚拟机• Ettercap工具• Wireshark• 交换机• PLC控制器攻击测试:使用VM-Linux中的嗅探工具ettercap对目标主机进行嗅探。单击Hosts选项,选择Scan for host,待扫描完成之后再选择Scan for host,然后选择Host list,此时可以看到已经扫描的主机列表,如图所示:然后就可以选择要攻击的目标了,选择192.168.210.200的IP地址,如图所示:明确攻击方式之后,我们选择"Sniff remoteconnections" — "确定"。点击确定攻击之后,过滤攻击修改Ethernet/ip特定的数据包字段,高级序列号5,通过添加4(十进制)修改数据值。攻击示意图:此时使用Wireshark抓包工具可以发现,被攻击PLC的所有流量都是通过攻击者的VM主机发送出去的。通过此操作可直接给PLC下发指令。四、EtherNet/IP协议终止CPU运行攻击有些Ethernet/IP设备是支持终止CPU命令的。Metasploit模块,可以被用来终止一个Allen-Bradley ControlLogix控制系统中的大量 PLC,还可以引发其他恶意攻击事件比如令以太网卡崩溃。只要了解 Session Handle 即可轻松攻击 Ethernet/IP。是这个攻击奏效的另一个关键是Allen-Bradley实现的一个命令字。Allen-Bradley在NOP(0x00)命令中实现了终止 CPU 的功能。如下图这个命令在CIP或Ethernet/IP的规范中没有记录,是Allen-Bradley/Rockwell控制器的私有实现。通过对大量设备的测试,我们发现,在一些旧的固件中,不仅 ControlLogix CPU 被终止,而且设备崩溃,需要重新启动硬盘。对于当前的型号,PLC 必须拔下并重新插入才能再次运行。极少数情况下,PLC需要重新编程。五、结束语上述的攻击都是非常危险的攻击形式,时常与钓鱼网站、挂马网站等攻击形式结合,不仅造成信息的泄漏,还可能被借用于病毒木马的传播。更重要的是,这类攻击可能将我们认为绝对安全的网络连接变成完全被人监听控制的连接,使得网络连接的私密性得不到保障,造成重要数据轻易落入攻击者之手。由于网络环境的复杂性,我们有必要对各类攻击进行了解,具备初步判断网络连接安全性的能力。防护手段:使用专业的工控防火墙系统,能智能识别和防护各类恶意攻击,结合工控协议的深度解析和黑、白名单策略相结合的防护机制,可有效的阻止针对工控系统的已知和未知的恶意攻击行为,极大的降低了工控系统受损的风险。硬核专辑工业热点 | 数据采集 | 应用与库(西门子、罗克韦尔、倍福等)WinCC技术 | 工业网络 | MES技术相关| 工业巨头战略布局 | 工业通讯案例 仿真与虚拟调试 | 职业感悟、认知提升 | 自动化控制标准合集西门子TIA Portal+库卡机器人+VNCK实现数字化机床虚拟调试2020-12-06超炫酷的西门子TIA Portal的大神级操作~2020-11-27自动化+信息化:徐工传动数字化工厂实施方案2020-11-24基于TIA Portal V15的动态加密计时催款程序2020-11-16软件定义制造:五层架构下数字化工厂的信息系统2020-11-13智能自动化物流系统AGV基础知识(完整介绍)2020-11-14机床数字化通信三大标准-OPCUA、MTConnect、NC-Link2020-11-07一文讲透PROFINET组态调试、编程、应用等最重要的文档和知识点2020-11-08数字化工业,IT大佬与工业自动化巨头的IT\OT融合之旅2020-11-02PLC高级编程-西门子SCL结构化控制语言官方培训.pptx2020-10-29MES、SCADA下的数据采集—C#实现扫码器的串口通讯实例2020-10-28IT融合OT:数据、网络与WMS、MES如何贯穿五层自动化金字塔?2020-10-20发布于 2020-12-24 12:22以太网(Ethernet)通信协议工业控制赞同 25添加评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录智能制造之家微信公众号:智能制造之家,10W+朋友共话智
技术解读PROFINET、Ethernet/IP等7种主流工业以太网 - 知乎
技术解读PROFINET、Ethernet/IP等7种主流工业以太网 - 知乎首发于智能制造之家切换模式写文章登录/注册技术解读PROFINET、Ethernet/IP等7种主流工业以太网智能制造之家化学制品制造业 从业人员写在面前大家好,我是小智,智能制造之家号主~前面我们汇总了各种各样的接口、总线与工业以太网等:最全整理工业通讯上的领域各种总线+协议+规范+接口—数据采集与控制也整理了工业以太网的基础知识:必备的工业以太网的基础知识今天我们来聊一聊各种主流的工业以太网~PROFINET、POWERLINK、ETHERNET/IP、ETHERCAT、SERCOSIII、MODBUS TCP、CC-LINK IE.....今天算是总体汇总介绍,填上次在文章:工业通讯网络层级全解读,解析工业网络的自动化金字塔当中提到的会技术分析PROFINET、POWERLINK、ETHERNET/IP、ETHERCAT等各大工业以太网的坑,后续继续逐步推出细化的推出相关文章~今天的内容:01 通讯中的自动化金字塔02 技术分析主流工业以太网03 网络化与软件化的自动化04 未来的工业通信01 通讯中的自动化金字塔说到自动化金字塔,我想每一个智造领域的技术人员应该都很清楚,从传感器/执行器通讯,到现场总线,再到实时以太网,以及办公网络,不同的层级与环境可以采用不同的通讯方式,今天的主要内容就是图中红色部分,实时以太网~自动化部件之间的高效通讯一直是生产系统必不可少的的前提之一,典型的自动化部件有以下几类:PLC控制器,HMI面板、驱动、远程IO、传感器与执行器等,正是由于通讯系统连接了各种各样的自动化部件,使他们构成一个有机的整体~在通讯的自动化金字塔中,不论是从事PLM、还是MES/MOM、SCADA、PLC、驱动等,通讯都会伴随着你,在IT、OT融合的时代,CT(通讯技术)起到了至关重要的作用,被炒得火热的万物互联,通讯始终是基石~02 技术分析主流工业以太网下面我们还是回到今天的主要话题:工业以太网我想下面的各个组织与工业以太网大家应该都很熟悉,我就不再赘述我们所说的工业以太网是基于以太网,那到底二者之间有什么样的关系呢?如果看到了这里,你不知道7层协议,不知道以太网在哪些层,不知道TCP、UDP等等,那建议你可以先补一补基础知识:网络的OSI七层模型和TCP/IP五层模型 | 网络基础(三)或者不用接着往下看了~比如我现在问你, PROFINET的TCP/IP标准通信、PROFINET RT和PROFINET IRT有什么区别?你或许可以从今天的文章中获得答案。今天整体来看一下PROFINET、ETHERNET/IP、ETHERCAT等他们在7层协议中的一些不同。这也是为啥了解工业以太网,必须有一定的网络知识~1.将网络七层分为软件层和硬件层,则Ethernet/IP等是下面这样的;特点:完全基于TCP\UDP\IP,Process Data通过TCP/IP传输,硬件层未更改,采用传统以太网控制器2.而PROFINET RT、POWERLINK则是下面这样的:特点:部分基于TCP\UDP\IP,硬件层未更改,具有Process Data协议,直接由以太网帧进行传输,TCP/UDP依然存在,不过由Timing Layer控制3.而PROFINET IRT、ETHERCAT等则是下面这样的:特点:硬件层更改,使用实时以太网控制器从以上三张图,就可以很好的为你解密PROFINET、POWERLINK、ETHERNET/IP、ETHERCAT、SERCOSIII、MODBUS TCP、CC-LINK IE等七大工业以太网从硬件到软件的不同,解密PROFINET的RT和IRT模式,工业以太网和一般IT网络的差异~今天是本系列的第一讲,算是个开胃菜,后续会进行更详细的分析与解读各大工业以太网,比如所谓的实时工业以太网是如何解决传统以太网数据链路层CSMA/CD技术的非实时、非确定性的,感兴趣的可以持续关注~03 网络化与软件化的自动化前不久HMS关于工业网络的报告:2020工业网络市场份额报告:主流工业以太网、现场总线、工业无线份额对比中,我们已经看到工业以太网的市场份额已经高达64%顺势而为,跨界融合一直是本号所提倡的,正如前面的爆款文章:西门子、施耐德、罗克韦尔等巨头告诉你,为何你大爷始终是你大爷当中说的:所有面向未来的自动化供应商,都在加速拥抱软件的步伐而前面我们也提到,如今的自动化,已经变得越来越网络化,越来越软件化了,这是趋势,我们没有必要固步自封,守着自己的一某三分地,就像前面在文章:自动化早已不是原来的自动化,为何你却还是原来的你当中说的,技术始终是广度和深度,几乎所有技术都来自于此前已经存在的技术,就好比今天要说的PROFINET、POWERLINK、ETHERNET/IP、ETHERCAT、SERCOSIII、MODBUS TCP、CC-LINK IE等等工业以太网,都和以太网脱不了关系,举个例子,如果一个网络小白和一个CCNP甚至更高的水平的人,同时来看工业以太网,小白可能看到那么新名词,可能马上入门到放弃,而CCNP的朋友可能会觉得如鱼得水~那普通人如何扩展自己色深度和广度呢?我的看法是,让兴趣来引导自己,把本职工作做到公司无人替代的位置,而不止步于此,并在此基础上广度发展。下面具体来说说要如何权衡自己的广度和深度:1.广度为辅,深度为主。人生、时间有限,我们不可能精通所有的技术,但我们可以努力地精通工作相关的、有前景的、感兴趣的技术。2.基础扎实,深入底层。只是解决工作上的问题是远远不够的,应该在工作之余去学习更底层的技术,所谓知其然还得知其所以然。多多思考:为什么要这样用?怎么实现的?还有更好的办法去实现吗?3.触类旁通,适度学习。学任何的知识都要形成一个体系,才能学得深,记得牢。04 未来的工业通信前面转载过一篇文章:为什么一定要了解OPC UA TSN——未来的工业通信标准其实目前,各大工业以太网都已逐渐支持TSN技术:OPCUA、PROFINET、Ethercat等都支持的TSN是什么?—工业通信未来已来OPC UA TSNPROFINET TSN或许短时间内依然很难看到TSN的大量应用,但是未来可期~当然,除了目前工业网络中普遍存在的现场总线、工业以太网之外,工业5G等也逐步到来~参考:http://www.ethercat.org.cn/cn.htmhttps://www.ethernet-powerlink.org以上仅代表个人观点,不喜勿喷,欢迎开放交流,也欢迎大神降维打击~往期推荐当树莓派+S7-1500与阿里云跨界相遇-自动化工程师的数字化之路最全解读西门子MES/MOM平台Opcenter,100多亿美金的数字化之路斗地主、扫雷、贪吃蛇、潜水艇...盘点那些PLC“不务正业”骚操作[附代码]哈工大被禁Matlab,美国用工业软件卡死中国制造?这只是开始...[智能制造]未来,我们需要什么样的自动化工程师?TIA Portal配合PS虚拟调试-OPC UA数据通讯西家、罗家、施家等巨头PLC与WinMOD、PDPS联合虚拟调试是什么样子?施耐德Wonderware HMI/SCADA、MES/MOM入门以太网、Profinet、Profibus三种网络架构搭建及拓扑分析工业网络、工业无线、工业识别RFID的实例汇总与分析编辑于 2021-01-13 12:39以太网(Ethernet)Ethernet通信协议赞同 626 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录智能制造之家微信公众号:智能制造之家,10W+朋友共话智
工业以太网三剑客之——EtherNet/IP - 知乎
工业以太网三剑客之——EtherNet/IP - 知乎首发于编程456切换模式写文章登录/注册工业以太网三剑客之——EtherNet/IPPou光明Linux 、嵌入式 C 、Qt1、什么是EtherNet/IP ?EtherNet/IP 是通用工业协议 (CIP) 的名称,通过标准实现以太网(IEEE 802.3 和 TCP/IP 协议套件)。EtherNet/IP 于 2001 年推出,如今已成为最成熟、最成熟、最完整的工业协议EtherNet/IP 是以下家族的成员在其上层实施 CIP 的网络(图1)。EtherNet/IP 和 CIP 由 ODVA 管理。 ODVA 发布 EtherNet/IP™ 规范并帮助通过一致性测试确保合规性。DeviceNet, CompoNet & ControlNet share the same CIP application layer with EtherNet/IP2、什么是CIP ?Common Industrial Protocol (CIP)是一个独立于媒体、基于连接、面向对象的协议,专为自动化应用而设计。CIP为用户提供了整个制造企业的统一通信架构。“EtherNet/IP”中的“IP”指的是Industrial Protocol(工业协议)。 EtherNet/IP 在标准 IEEE 802.3 和 TCP/IP 协议套件上利用 CIP(图2)。CIP完全兼容以太网和互联网协议支持多协议EtherNet/IP和OSI 对比3、什么是ODVA ?ODVA 是一个国际协会,成员来自世界领先的自动化公司。 总的来说,ODVA 和其成员支持基于通用协议的网络技术工业协议 (CIP™)。ODVA 本身成立于 1995 年,是一个由 Rockwell Automation(罗克韦尔.美国)、Cisco(思科.美国)、Schneider Electric(施耐德.法国)、Omron(欧姆龙.日本) 和 Bosch Rexroth(博世力士乐.德国) 等自动化公司组成的联合体,旨在推动工业自动化的开放和可互操作通信。根据 ODVA 的数据,EtherNet/IP 在工业以太网采用中处于领导地位,2017 年占 25% 的市场份额,2018 年占 28% 的市场份额。4、逐鹿世界2023年,PROFINET和EtherNet/IP各占18%并列第一,EtherCAT以12%紧随其后。在欧洲和中东地区,EtherNet/IP、PROFINET和EtherCAT处于领先地位,其次是PROFIBUS和Modbus-TCP。美国市场由EtherNet/IP主导,EtherCAT发展势头强劲,市场份额不断扩大。亚洲市场相对分化,PROFINET的市场份额最高,其次是EtherNet/IP,而CC-Link/CC-Link IE Field、EtherCAT、PROFIBUS和Modbus(RTU/TCP)也是强有力的竞争者。5、实际使用对于PLC而言,直接加载eds文件就行了。刚刚现场负责集成的兄弟打电话在沟通问题,中国制造业的工程师很辛苦,追赶之路道阻且长。最后,前3个问题均摘自于《PUB00213R0_EtherNetIP_Developers_Guide》。有需要的小伙伴可在公众号后台留言。发布于 2023-08-01 20:36・IP 属地江苏工业以太网赞同添加评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录编程456分享我的编程
EtherNet/IP协议分析
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EtherNet/IP协议分析
vchopin
2023-03-02
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03/02
EtherNet/IP协议分析
1. 协议介绍
与 Modbus 相比,EtherNet/IP 是一个更现代化的标准协议。由工作组 ControlNet International 与 ODVA 在 20 世纪 90 年代合作设计。它和DeviceNet和ControlNet一样是基于CIP(Common Industrial Protocol通用工业协议)作为应用层协议基础上开发的,这是一种面向对象的协议,可以提供一系列标准服务。时至今日,随着技术的发展工业以太网已经成功的应用到工业的生产当中,但是也出现了多种现场总线标准,现场总线国际标准IEC 61158承认的现在有10种类型总线的国际标准,其中就有着Modbus-IDA、Ethernet-IP等。
尽管EtherNet/IP比Modbus更现代化,但仍然存在协议层面的安全问题。EtherNet/IP通常通过TCP/UDP端口44818运行。此外,EtherNet/IP还有另一个端口 TCP/UDP端口2222。使用这个端口的原因是 EtherNet/IP实现了隐式和显示两种消息传递方式。
显式消息被称为客户端/服务器消息,而隐式消息通常被称为I/O消息。其区别如下:
显示报文:用于在传输时不追求实时性,对时间要求不严格内容,比如程序的上传下载,设备配置信息等。
隐式报文:传输I/O数据。
2. EtherNet/IP协议数据包结构
Ethernet/IP数据包的组成结构可以分成两部分,EtherNet/IP 为 传输层中的内容。EtherNet/IP 可分为两个部分:封装头部,以及封装数据。CIP指令包含于封装数据中。
2.1 封装数据
如上所示,Ethernet/IP协议中的CIP帧包括了命令、数据点和报文信息。
封装的数据包结构如下图所示:
翻译一下:
其中:
Command:两字节整数,要求与通用工业协议规范中某条特定指令相关,在CIP协议中,即使设备不认识这个命令是什么也必须接收,而且异常处理时必须确保连接不中断,这种设计很好的保证了协议的稳定性,降低了中断连接的风险。CIP协议本身有着实时性、确定性、可重复性、可靠性等特点。
Length:两字节整数,表示数据部分长度,不存在则为0,比如说请求数据包就不存在数据部分
Session Handle: 由目标设备生成,返回至会话发起方,作为一种凭证,证明你可以和我进行对话,这个凭证在接下来的对话里还会用到。
Status:反应了接收方对设备发送的命令的执行能力,0为成功执行,在请求数据包中永远为0。列出其他几种状态码如下:
0x0001无效或不支持的命令(这种命令异常处理时不中断运行)
0x0002接收方处理命令资源不足(这里我没找到相关资料描述,但根据CIP协议高稳定性原则推测应该会进行不中断运行等待资源足的时候进行执行)
0x0003数据格式不正确或数据不正确
0x0065接收到无效数据长度
Max Delay:由于工业以太网对实时性要求高,这里的内容是这个包经历的最大延迟。
Sender Context:命令发送方会生成六个字节的值,接收方要原封不动的发回去,这个内容可以理解为回复的一种编号,发送方知道接收方收到了对应编号的报文,回复的是对相应报文的回复。
Options:始终为0,不为0的话包会被抛弃。
Command-specific Data:这与接受/发送的命令和自身情况有关了。
2.2 主要指令(Command)
在CIP协议中说到前两位字节表示Command,EtherNet/IP的Command共有以下三种:
设备发现 (List Identity),该指令通过UDP 广播发送给所有网络中的设备,接收到消息并且支持EtherNet/IP的设备会返回自身的身份信息。
注册会话 (RegisterSession/UnRegisterSession),该指令用于注册或注销会话。会话注册之后,设备才能够进行数据交换,两台设备之间同时存在一组会话。发起请求后,服务器会返回一个Session Handle,后续交流需要使用该Session Handle 的值方可交流。
发送数据(SendRRData/SendUnitData),SendRRData 用于发送未建立CIP连接的显性数据,SendUnitData用于发送连接了的显性数据。发送RRdata时需要使用Sender Context,发送UnitData时则不需要。
2.3 指令数据(Command Specific Data)
Interface Handle:ENIP的handle一般是CIP(0x00000000)
Timeout:1
Item:一般由两个Item组成:一个地址项和一个数据项,随后是具体CIP命令。每个项的前2bytes用于申明该项的类型,后2bytes用于申明该项值的长度。
2.4 信息传输
2.4.1 显性传输(explicit Messaging)
显性传输分为 已连接与未连接传输。其区别在于:
建立连接的显性传输,设备会保留管理连接所需要的资源,可以提高设备响应效率,示例如下:
未连接的显性传输通常仅在应用程序要求不规则且不频繁的情况下使用,示例如下:
对于未连接的传输,CIP中包含CIP Connection Manager。此处 CIP 协议由服务请求,请求对象类型,对象实例构成,最后是请求的数据,这里Wireshark自动识别出了数据格式符合CIP connection manager的格式。在其它环境下,数据值可能是厂家自行设定的,Wireshark不一定能识别出来,就会显示一串十六进制值。
2.4.2 隐形信息传输(impliciti/I/O Messageing)
隐性信息传输主要用于发送I/O 信息,该传输基于UDP/IP 发送,强调高实时性,该传输方式不需要封装头部,其格式如下所示:
Wireshark中展示的流量如下:
其中CIP Sequence Count,在一般情况不影响设备的交流,该项是用于CIP Safety 使用的。
3. CIP 协议
CIP 连接需要通过 Connection Manager(CM) 对象的ForwardOpen 服务来完成,因此在Wireshark中捕获的报文通常具有CM对象,如下所示。
客户端作为请求的发起方,请求中包含传输类,时间信息,电子密钥以及连接ID。当接收到ForwardClose请求或响应超时,清空连接信息。
对于隐形通信,其数据可以广播或发送给某特定地址。数据的发送必须包含对象的IP(单一IP或广播地址)以及 CIP 连接 ID。
3.1 CIP对象模型
每个CIP节点(node)都是一组对象(object)的集合。每个对象都代表了设备的某个特定组件,所有未被描述的对象,都无法通过CIP访问(没有定义当然没法访问)。CIP对象由 类(class),实例(instance),属性(attribute)构成。每个类可以有多个实例,每个实例可以有多个属性。
类(class)是一组代表相同系统组件的对象。实例(instance)是该类中的某个特定对象。每个实例可以有自己特有的属性。
CIP 网络中的每个节点都有节点地址,在EtherNet/IP 网络中,该地址即为设备的IP地址。CIP中每个类,实例,属性都有其对应的ID (Class ID, Instance ID, Attribute ID)。CIP中使用服务代码来明确操作指令。
类ID分为两个部分,公共对象(范围:0x0000–0x0063, 0x00F0–0x02FF),厂家自定义对象(范围:0x0064–0x00C7, 0X0300-0X04FF)。其它范围为预留部分。
实例ID也分为两个部分,公共实例(范围:0x0001–0x0063,0x00C8-0x02FF),厂家自定义实例(范围:0x0064-0xxC7,0x0300-0x04FF)。其它范围为预留部分。
属性ID,公共属性(范围:0x0000–0x0063,0x0100–0x02FF,0x0500–0x08FF),厂家自定义属性(范围:0x0064–0x00C7,0x0300–0x04FF,0x000–0x0CFF)。
部分类ID如下:
名称
代码
Assembly
0x04
Acknowledge Handler
0x2B
Connection
0x05
Connection Manager
0x06
Identity
0x01
Message Router
0x02
Register
0x07
3.2 CIP 服务
CIP 服务代码用来明确请求的操作指令,上述提到的 Forward Open就是一个服务,其它包括常规的读/写服务,创建实例服务。CIP服务代码同样分为公共服务以及厂家自定义服务。部分公共服务代码如下:
指令
服务
0x01
Get Attribute
0x06
Start
0x0a
Multiple Service Packet
如下图所示0x06和0x01就分别是Satrt Service和Get Attribute Service:
公共服务WireShark基本都能识别,但是对于厂家自定义服务,通常会显示Unknown Service:
3.3 报文组成
Service:CIP服务
Request Path Size:请求的对象数量
Request Path: CIP对象
3.4 完整报文示例
4. 总结
EtherNet/IP 采用了生产者/消费者(Producer/Consumer)的通信模式而不是传统的源/目的(Source/Destination)通信模式来交换对时间要求苛刻的数据。生产者是数据的发起者, 向网络上发送数据包, 数据包携有指示数据内容的“唯一的”标识符。消费者是数据接收者,任何感兴趣的消费者都可通过标识符从网络中获取需要的数据, 这样, 多个消费者可以接收和使用这些数据。
CIP 协议节点之间的通信是基于连接的。 在两个节点的对象实例间进行通信时, 先通过连接对象建立一个连接通道, 获得连接标识号(connection ID), 对象实例间就可通过这个固定的连接通道进行通信。 为了保证同类设备的通用性, CIP 协议族将同类设备定义为一个设备类型(device type), 并对其进行设备描述(device profile)。
在发送 CIP 数据包以前必须对其进行封装, CIP 数据包给定一个报文首部, 该首部的内容取决于所请求的服务属性。通过以太网连接的 CIP 数据包包括一个专用的以太网首部、一个 IP 首部、一个 TCP 首部和一个封装首部。 封装首部包含的字段有控制命令、格式、状态信息和同步数据等, 这允许 CIP 数据能通过 TCP 或 UDP 传送并确保在接收方进行 解码。 EtherNet/IP 封 装层也适合 于其它 支持TCP/IP 的网络。 所有封装好的信息, 是通过 TCP(UDP)端口0XAF12 来传送的。
参考
https://blog.csdn.net/weixin_39716043/article/details/119603742
https://blog.csdn.net/weixin_41357300/article/details/104678379
https://blog.csdn.net/m0_46577050/article/details/120898683
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