文章目录
- 前言
- 一、疯狂聊天室
- 1、配置网络
- 2、创建房间
- 3、互发消息
- 二、wireshark抓取网络数据包
- 1.找到对应的包
- 2、分析抓取包中的信息
- 三、Modbus协议概述
- 1、Modbus主/从协议原理
- 2、通用Modbus帧结构---协议数据单元(PDU)
- 3、两种Modbus串行传输模式
- 4、ModbusTCP通信结构
- 四、C编程完成modbus协议，从云端服务器读取温湿度数据。
- 1、配置代码
- 2、效果
- 五、总结
- 六、参考资料
前言
任务：
一、
练习wireshark抓取网络数据包。在两台的电脑（笔记本电脑win10 主机与ubuntu虚拟机。网卡选择桥接模式，可得到两个子网IPv4地址）上运行 “疯狂聊天室”程序，通过wireshark抓包：
1）分析此程序网络连接采用的是哪种协议（TCP、UDP）和什么端口号？
2）试着在抓取包中找到窃取到的聊天信息 (英文字符和汉字可能经过了某种编码转换，数据包中不是明文)
3）如果是网络连接采取的是TCP，分析其建立连接时的3次握手，断开连接时的4次握手；如果是UDP，解释该程序为何能够在多台电脑之间（只有是同一个聊天室编号）同时传输聊天数据?
二、
用C编程完成modbus协议，从云端服务器读取温湿度数据：
软件：
疯狂聊天室：
链接：疯狂聊天室
提取码：1234
wireshark：
链接：wireshark
提取码：1234
RedPandaDE:
链接：RedPandaDE
提取码：1234
一、疯狂聊天室
在进行这个实验时，我们需要两台电脑并且同处于同一局域网下。
1、配置网络
控制面板---->网络和Internet---->网络和共享中心---->更改适配器设置：
禁用其他网关，只留下两台电脑连接的网络：
2、创建房间
两台电脑均需要下载疯狂聊天室：
点击crazychat.exe创建房间：
创建房间号8888，并起名称：
3、互发消息
二、wireshark抓取网络数据包
wireshark的安装一路next、agree即可。
1.找到对应的包
每当我们在疯狂聊天室里发一条消息，wireshark就会即时找到Ip address为广播地址255.255.255.255的包。
从上图抓取到的包分析知：
此聊天程序使用的是UDP协议和255.255.255.255的端口号。
2、分析抓取包中的信息
双击抓取到的包查看具体信息：
数字：
英文：
中文：
由上图分析知：英文字符和数字能够正常明文查看，中文字符进行了编码无法明文查看，在发送三个相同的中文对16进制码进行观察发现，三个字节编码一个汉字，猜测编码格式为UTF-8。
三、Modbus协议概述
1、Modbus协议是一种串行通信协议，是Modicon公司（现在的施耐德电气Schneider Electric）于1979年为使用可编程逻辑控制器（PLC）通信而发表的。Modbus协议是应用层协议，已经成为工业领域通信协议的业界标准，是工业电子设备之间常用的连接方式。
2、Modbus是一个master/slave架构的协议，有一个节点是master节点，其他使用Modbus协议参与通信的节点是slave节点，每一个slave设备都有一个唯一的地址。只有被指定为master节点的节点可以启动一个命令。所有的Modbus数据帧包含了校验码，保证传输的正确性。基本的ModBus命令能指令一个slave设备改变它的寄存器的某个值，控制或者读取一个I/O端口，以及指挥设备回送一个或者多个其寄存器中的数据。
1、Modbus主/从协议原理
Modbus串行链路协议是一个主-从协议。在同一时间，只能将一个主站连接到总线，将一个或多个从站（最大数量为247）连接到相同的串行总线。Modbus 通讯总是由主站发起，当从站没有收到来自主站的请求时，将不会发送数据。主站同时只能启动一个Modbus事务处理，从站之间不能相互通信。
2、通用Modbus帧结构—协议数据单元(PDU)
Modbus协议定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元（PDU），特定总线或网络上的Modbus协议映射能够在应用数据单元（ADU）上引入一些附加域。
3、两种Modbus串行传输模式
RTU模式：每个8 Bit字节包含两个4 Bit的十六进制字符,其优点是在同样的波特率下,可比ASCII方式传送更多的数据,但是每个信息必须以连续的数据流传输。
ASCII模式：信息中的每个8 Bit字节需2个ASCII字符,其优点是准许字符的传输间隔达到1s 而不产生错误;
4、ModbusTCP通信结构
Modbus TCP/IP的通信设备：连接至TCP/IP网络的 Modbus TCP/IP客户机和服务器设备。
互连设备如：在TCP/IP网络和串行链路子网之间互连的网桥、路由器或网关等设备。
四、C编程完成modbus协议，从云端服务器读取温湿度数据。
打开RedPandaDE，新建项目：
1、配置代码
1、初始化socket dll，通过IP连接服务器对应端口：
WORD winsock_version = MAKEWORD(2,2);
WSADATA wsa_data;
if (WSAStartup(winsock_version, &wsa_data) != 0) {
printf("Failed to init socket!\n");
return 1;
}
SOCKET client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if (client_socket == INVALID_SOCKET) {
printf("Failed to create server socket!\n");
return 2;
}
struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(PORT);
server_addr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(SERVER_IP);
if (connect(client_socket, (LPSOCKADDR)&server_addr, sizeof(server_addr)) == SOCKET_ERROR) {
printf("Failed to connect server: %ld !\n", GetLastError());
return 3;
}
2、生成校验码：
uint16_t CRC_16(uint8_t *temp)
{
uint8_t i,j;
uint16_t CRC_1 = 0xFFFF; //声明CRC寄存区，也就是步骤1
for(i = 0;i < 6;i++) //这里的for循环说的是步骤6中的重复步骤 2 到步骤 5
{
CRC_1 ^= temp[i]; //这里就是步骤2，进行异或运算
for(j = 0;j < 8;j++) //用来将异或后的低八位全部移出的for循环
{
if(CRC_1 & 0x01) //判断低八位的最后一位是否为1，为1时执行下列语句，也就是步骤3说的移位判断与步骤5说的右移8次
{
/*一定要先移位，再异或*/
CRC_1 >>=1; //移位后再异或，就是步骤4
CRC_1 ^= 0xA001; //0xA001为0x8005的逆序
}
else //若不为1，则直接移位。
{
CRC_1 >>=1;
}
}
}
// CRC_1 = (((CRC_1 & 0xFF)<<8) + (CRC_1>>8));
// printf("%04x\r\n",CRC_1); //用于打印检测CRC校验码
return(CRC_1);
}
3、取温湿度数据：
int ret = recv(client_socket, recv_data, BUFFER_SIZE, 0);
if (ret < 0) {
printf("Failed to receive data!\n");
break;
}
recv_data[ret]=0; // correctly ends received string
char yb[4],wd[4];
for(int i=0;i<4;i++){
//TODO
yb[i] = recv_data[4+i];
wd[i] = recv_data[8+i];
}
float mic = hexToDec(yb)/100.0;
float strain_temp = hexToDec(wd)/100.0;
printf("应变：%f\r\n",mic);
printf("温度：%f\r\n",strain_temp);
4、完整代码
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdbool.h>
#include <winsock2.h>
#include <math.h>
#include "stdint.h"
#define length_8 8 //定义一个宏，为传入8位16进制数的个数
#define PORT 8002
#define SERVER_IP "123.56.90.74"
#define BUFFER_SIZE 4196
const char* kExitFlag = "exit";
/* 返回ch字符在sign数组中的序号 */
int getIndexOfSigns(char ch)
{
if(ch >= '0' && ch <= '9')
{
return ch - '0';
}
if(ch >= 'A' && ch <='F')
{
return ch - 'A' + 10;
}
if(ch >= 'a' && ch <= 'f')
{
return ch - 'a' + 10;
}
return -1;
}
/* 十六进制数转换为十进制数 */
int hexToDec(char *source)
{
int sum = 0;
int t = 1;
int i, len=4;
char low,high;
for(int i=0,j=7;i<4;i++){
//TODO
high = (source[i] & 0xf0)>>4;
low = source[i] & 0x0f;
sum += high*pow(16,j--)+low*pow(16,j--);
}
return sum;
}
const unsigned char *fromhex(const char *str)
{
static unsigned char buf[512];
size_t len = strlen(str) / 2;
if (len > 512) len = 512;
for (size_t i = 0; i < len; i++) {
unsigned char c = 0;
if (str[i * 2] >= '0' && str[i*2] <= '9')
c += (str[i * 2] - '0') << 4;
if ((str[i * 2] & ~0x20) >= 'A' && (str[i*2] & ~0x20) <= 'F')
c += (10 + (str[i * 2] & ~0x20) - 'A') << 4;
if (str[i * 2 + 1] >= '0' && str[i * 2 + 1] <= '9')
c += (str[i * 2 + 1] - '0');
if ((str[i * 2 + 1] & ~0x20) >= 'A' && (str[i * 2 + 1] & ~0x20) <= 'F')
c += (10 + (str[i * 2 + 1] & ~0x20) - 'A');
buf[i] = c;
}
return buf;
}
uint16_t CRC_16(uint8_t *temp)
{
uint8_t i,j;
uint16_t CRC_1 = 0xFFFF; //声明CRC寄存区，也就是步骤1
for(i = 0;i < 6;i++) //这里的for循环说的是步骤6中的重复步骤 2 到步骤 5
{
CRC_1 ^= temp[i]; //这里就是步骤2，进行异或运算
for(j = 0;j < 8;j++) //用来将异或后的低八位全部移出的for循环
{
if(CRC_1 & 0x01) //判断低八位的最后一位是否为1，为1时执行下列语句，也就是步骤3说的移位判断与步骤5说的右移8次
{
/*一定要先移位，再异或*/
CRC_1 >>=1; //移位后再异或，就是步骤4
CRC_1 ^= 0xA001; //0xA001为0x8005的逆序
}
else //若不为1，则直接移位。
{
CRC_1 >>=1;
}
}
}
// CRC_1 = (((CRC_1 & 0xFF)<<8) + (CRC_1>>8));
// printf("%04x\r\n",CRC_1); //用于打印检测CRC校验码
return(CRC_1);
}
int main() {
// 初始化socket dll。
WORD winsock_version = MAKEWORD(2,2);
WSADATA wsa_data;
if (WSAStartup(winsock_version, &wsa_data) != 0) {
printf("Failed to init socket!\n");
return 1;
}
SOCKET client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if (client_socket == INVALID_SOCKET) {
printf("Failed to create server socket!\n");
return 2;
}
struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(PORT);
server_addr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(SERVER_IP);
if (connect(client_socket, (LPSOCKADDR)&server_addr, sizeof(server_addr)) == SOCKET_ERROR) {
printf("Failed to connect server: %ld !\n", GetLastError());
return 3;
}
char recv_data[BUFFER_SIZE+1];
while (true) {
uint8_t data[length_8];
printf("0+传感器编号（1，2，3，4，5）0300010002\r\n");
scanf("%s",data);
uint16_t crc;
unsigned char * cmd;
char crc1[8];
cmd = fromhex(data);
crc = CRC_16(cmd);
uint8_t a = 0xFF;
for(int i=0;i<6;i++){
//TODO
crc1[i] = cmd[i];
}
crc1[6] = a & crc;
crc1[7] = (crc >> 8) & a;
if (send(client_socket, crc1, 8, 0) < 0) {
printf("Failed to send data!\n");
break;
}
int ret = recv(client_socket, recv_data, BUFFER_SIZE, 0);
if (ret < 0) {
printf("Failed to receive data!\n");
break;
}
recv_data[ret]=0; // correctly ends received string
char yb[4],wd[4];
for(int i=0;i<4;i++){
//TODO
yb[i] = recv_data[4+i];
wd[i] = recv_data[8+i];
}
float mic = hexToDec(yb)/100.0;
float strain_temp = hexToDec(wd)/100.0;
printf("应变：%f\r\n",mic);
printf("温度：%f\r\n",strain_temp);
// printf("Receive data from server: \"%x\"\n",recv_data);
if (strcmp(data,kExitFlag)==0) {
printf("Exit!\n");
break;
}
}
closesocket(client_socket);
WSACleanup();
return 0;
}
2、效果
五、总结
因为在发送消息时使用的是255.255.255.255的广播地址所以可以多方收到消息。了解了Modbus通信协议的基本原理和ModbusTCP通信协议及结构等。
六、参考资料
使用wireshark抓取聊天信息(局域网内的udp通信)
使用c语言完成modbus协议，从云端服务器读取温湿度信息
