TCP/IP 简介

本文详细介绍了TCP/IP协议,包括其核心组成部分TCP(传输控制协议)和IP(网际协议)的功能与工作原理。TCP/IP协议定义了电子设备如何连入因特网及数据如何在设备间传输的标准。

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计算机通信协议

计算机通信协议是对那些计算机必须遵守以便彼此通信的的规则的描述。
什么是 TCP/IP?

TCP/IP 是供已连接因特网的计算机进行通信的通信协议。

TCP/IP 指传输控制协议/网际协议 (Transmission Control Protocol / Internet Protocol)。

TCP/IP 定义了电子设备(比如计算机)如何连入因特网,以及数据如何在它们之间传输的标准。
在 TCP/IP 内部

在 TCP/IP 中包含一系列用于处理数据通信的协议:
TCP (传输控制协议) - 应用程序之间通信
UDP (用户数据包协议) - 应用程序之间的简单通信
IP (网际协议) - 计算机之间的通信
ICMP (因特网消息控制协议) - 针对错误和状态
DHCP (动态主机配置协议) - 针对动态寻址

你将在本教程中学习到更多关于这些标准的知识。
TCP 使用固定的连接

TCP 用于应用程序之间的通信。

当应用程序希望通过 TCP 与另一个应用程序通信时,它会发送一个通信请求。这个请求必须被送到一个确切的地址。在双方“握手”之后,TCP 将在两个应用程序之间建立一个全双工 (full-duplex) 的通信。

这个全双工的通信将占用两个计算机之间的通信线路,直到它被一方或双方关闭为止。

UDP 和 TCP 很相似,但是更简单,同时可靠性低于 TCP。
IP 是无连接的

IP 用于计算机之间的通信。

IP 是无连接的通信协议。它不会占用两个正在通信的计算机之间的通信线路。这样,IP 就降低了对网络线路的需求。每条线可以同时满足许多不同的计算机之间的通信需要。

通过 IP,消息(或者其他数据)被分割为小的独立的包,并通过因特网在计算机之间传送。

IP 负责将每个包路由至它的目的地。
IP 路由器

当一个 IP 包从一台计算机被发送,它会到达一个 IP 路由器。

IP 路由器负责将这个包路由至它的目的地,直接地或者通过其他的路由器。

在一个相同的通信中,一个包所经由的路径可能会和其他的包不同。而路由器负责根据通信量、网络中的错误或者其他参数来进行正确地寻址。
TCP/IP

TCP/IP 意味着 TCP 和 IP 在一起协同工作。

TCP 负责应用软件(比如你的浏览器)和网络软件之间的通信。

IP 负责计算机之间的通信。

TCP 负责将数据分割并装入 IP 包,然后在它们到达的时候重新组合它们。

IP 负责将包发送至接受者。
<think>我们之前讨论了Omron CIP协议中的0x54报文(显式消息),现在用户询问的是“Open Class 3 Connection”的报文分析。根据CIP协议,Class 3连接(通常指I/O连接或隐式消息连接)的建立是设备间进行实时数据交换的基础。 在Omron的CIP实现中,建立Class 3连接通常通过一个显式消息(例如0x52服务)来配置连接参数,然后通过另一个显式消息(0x5B服务)来建立连接。但更常见的是使用“Forward Open”服务(服务代码0x54,注意:这里的0x54是服务代码,与之前讨论的报文类型0x54不同)来建立Class 3连接。 注意:在CIP协议中,服务代码0x54(十进制84)就是“Forward Open”服务,用于建立连接。而之前讨论的报文类型0x54是指显式消息的报文类型(在以太网/IP层)。为了避免混淆,我们明确区分: - 以太网/IP层的报文类型:0x0065(Unconnected Send)用于发送显式消息,0x0066(Register Session)等。 - 在显式消息内部,CIP服务代码如0x54(Forward Open)用于建立连接。 因此,建立Class 3连接(即I/O连接)的典型过程如下: 1. 建立TCP连接(如果使用TCP)和注册会话(Register Session)。 2. 发送一个“Forward Open”请求(服务代码0x54)来配置并激活连接。 ### Forward Open(0x54服务)请求报文结构 在CIP协议中,Forward Open请求的详细结构如下(注意:这是在显式消息的数据部分中): | 字段 | 长度(字节) | 说明 | |------|--------------|------| | 服务代码 | 1 | 0x54(Forward Open) | | 路径长度 | 1 | 以字(16位)为单位的路径长度 | | 路径 | 可变 | 到目标对象的路径(通常包括连接管理器对象,类ID 0x06) | | 连接参数 | 可变 | 包含连接超时、OT连接ID、TO连接ID、连接序列号等 | 具体到Omron的实现,其路径和连接参数有特定的组织方式。以下是一个典型的Omron Forward Open请求报文结构(在显式消息中): **显式消息请求头(以太网/IP层和CIP层)**: - 命令:0x0065(Unconnected Send) - 服务代码(在CIP显式消息中):0x52(Unconnected Send的服务,但实际内部封装的是Forward Open请求) **内部数据(即CIP服务部分)**: ``` 服务代码: 0x54 (1字节) 保留: 0x00 (1字节) 路径长度: (1字节) 表示路径的字数(每个字2字节) 路径: (可变) 例如:20 06 24 01 (表示类0x06,实例0x01) 连接参数: (剩余部分) ``` **连接参数部分**(Omron特定结构)通常包括: - 优先级/看门狗信息 (1字节) - 超时时间 (2字节,单位ms) - O->T 连接ID (4字节) - T->O 连接ID (4字节) - 连接序列号 (2字节) - 供应商ID (2字节) - 原点序列号 (4字节) - 连接超时倍数 (2字节) - 保留 (2字节) - O->T RPI (4字节, 单位μs) - O->T 网络连接参数 (2字节) - T->O RPI (4字节, 单位μs) - T->O 网络连接参数 (2字节) - 传输类型 (1字节) 例如:0xA3(循环数据) - 连接路径大小 (1字节) 以字为单位 - 连接路径 (可变) 例如:20 04 24 01 30 03 (表示类4,实例1,属性3) 注意:以上结构是典型的,具体可能因设备型号和固件版本有所不同。 ### 示例:Omron PLC建立Class 3连接的Forward Open请求 假设我们要建立一个Class 3连接,从客户端(例如SCADA)到Omron PLC(作为服务器)。请求报文可能如下(十六进制,仅显示关键部分): ``` // 以太网/IP头部和CIP显式消息头部(简化) ... // 显式消息命令部分(Unconnected Send) 54 00 00 00 ... // 这里不是,重新组织 // 实际上,在显式消息的数据部分包含Forward Open服务: // 服务代码 54 // 保留 00 // 路径长度(以字为单位):例如路径占2个字(4字节),则路径长度=0x02 02 // 路径:到连接管理器(类0x06,实例0x01) 20 06 24 01 // 连接参数部分(以下为示例值,具体需根据实际情况设置) 01 // 优先级和看门狗(最高优先级,看门狗使能) 00 00 // 保留 00 00 // 超时时间(0表示默认) 00 00 00 01 // O->T 连接ID (由客户端分配) 00 00 00 02 // T->O 连接ID (由客户端分配) 00 01 // 连接序列号 00 00 // 保留 00 00 // 供应商ID(0表示不指定) 00 00 00 00 // 原始序列号(0) 00 00 // 连接超时倍数(0表示默认) 00 00 // 保留 00 00 00 00 // O->T RPI (请求数据包间隔),单位微秒,0表示默认 00 00 // O->T 网络连接参数(例如:数据大小等) 00 00 00 00 // T->O RPI 00 00 // T->O 网络连接参数 A3 // 传输类型(0xA3表示循环数据) 02 // 连接路径大小(以字为单位,这里是2个字,即4字节) 20 04 24 01 30 03 // 连接路径(类4,实例1,属性3)注意:这里实际有3个段,每个段占4字节(字对齐),但这里连接路径大小是2个字?需要调整。 ``` 注意:连接路径部分需要按照字对齐格式(Padded EPATH)编码,每个段占4字节(1字节段类型+2字节ID+1字节填充)。连接路径大小是指路径占的字数(每个字2字节),所以实际字节数=连接路径大小×2。 ### Forward Open响应 如果成功,响应报文将包含以下关键字段: - 服务代码:0x54 + 0x80 = 0xD4 - 状态码:0x00(成功) - 返回数据:包括分配的连接ID(如果请求中由客户端指定,则返回相同值)以及一些其他信息。 ### 总结 在Omron CIP协议中,建立Class 3连接(用于I/O数据交换)通常使用“Forward Open”服务(服务代码0x54)。该服务通过显式消息(以太网/IP层的Unconnected Send)发送。请求中需要指定连接参数,包括连接ID、RPI(请求数据包间隔)和连接路径等。成功建立连接后,双方即可通过分配的连接ID交换I/O数据(使用0x70/0x71等报文类型)。 > ⚠️ **注意**:具体参数设置和路径编码需参考Omron设备的通信手册,不同系列PLC(如NJ/NX系列)可能有差异[^1]。 ### 相关问题 1. 如何配置Omron PLC的Class 3连接参数? 2. Omron CIP协议中,I/O数据交换的报文结构是怎样的? 3. 如何调试Omron CIP连接建立失败的问题?</think>### Omron CIP "Open Class 3 Connection" 报文分析 在 Omron CIP 协议中,"Open Class 3 Connection" 是建立实时 I/O 数据通信的关键过程,使用 **Forward Open 服务(服务代码 0x54)**。该连接主要用于设备间的高效隐式消息传输(如 PLC 与远程 I/O 模块的数据交换)。以下是详细分析: --- ### **连接建立流程** 1. **会话注册**:先通过 `Register Session`(报文类型 0x65)建立会话句柄。 2. **发送 Forward Open 请求**:使用显式消息(报文类型 0x52)封装 Forward Open 服务(0x54)。 3. **激活连接**:成功响应后,双方通过分配的 Connection ID 交换 I/O 数据。 --- ### **Forward Open 请求报文结构(0x54 服务)** | 字段 | 长度(字节) | 说明 | 示例值(十六进制) | |------|--------------|------|---------------------| | **服务代码** | 1 | 固定 `0x54`(Forward Open) | `54` | | **路径长度** | 1 | 路径段字数(除以 2 为字节数) | `02`(4 字节) | | **路径** | 可变 | 目标对象路径(字对齐格式) | `20 06 24 01` | |   - 段类型 | 1 | `0x20`=类 ID 段 | `20` | |   - 类 ID | 2 | 小端序,连接管理器类 `0x0006` | `06 00` | |   - 填充 | 1 | 固定 `0x00` | `00` | |   - 段类型 | 1 | `0x24`=实例 ID 段 | `24` | |   - 实例 ID | 2 | 小端序,通常 `0x0001` | `01 00` | |   - 填充 | 1 | 固定 `0x00` | `00` | | **连接参数** | 34 | 连接配置数据(详见下表) | - | #### **连接参数详细结构** | 偏移 | 字段 | 长度 | 说明 | |------|------|------|------| | 0 | 优先级/看门狗 | 1 | 位 7-5:优先级(0-7)<br>位 0:看门狗使能(1=启用) | `0x83`(最高优先级+看门狗) | | 1 | 保留 | 1 | 固定 `0x00` | `00` | | 2 | 超时时间 | 2 | 连接超时(ms),小端序 | `0A 00`(10ms) | | 4 | O→T 连接 ID | 4 | 发起方到目标的连接 ID | `01 00 00 00` | | 8 | T→O 连接 ID | 4 | 目标到发起方的连接 ID | `02 00 00 00` | | 12 | 连接序列号 | 2 | 连接标识,小端序 | `01 00` | | 14 | 供应商 ID | 2 | 设备厂商 ID,小端序 | `47 00`(Omron) | | 16 | 序列号 | 4 | 设备序列号 | `00 00 00 00` | | 20 | RPI (O→T) | 4 | 请求数据包间隔(μs),小端序 | `00 10 00 00`(1ms) | | 24 | 网络参数 (O→T) | 2 | 数据大小和格式 | `20 00`(32 字节) | | 26 | RPI (T→O) | 4 | 响应数据包间隔(μs) | `00 10 00 00` | | 30 | 网络参数 (T→O) | 2 | 数据大小和格式 | `20 00` | | 32 | 传输类型 | 1 | `0xA3`=Class 3 循环数据 | `A3` | | 33 | 连接路径长度 | 1 | 后续路径字数 | `02` | | 34 | 连接路径 | 可变 | 目标 I/O 模块路径 | `20 04 24 01` | --- ### **示例请求报文** ```hex // 显式消息封装(0x52 类型) 52 00 00 00 ... // 以太网/IP 头部省略 // Forward Open 服务数据 54 00 02 20 06 00 00 24 01 00 00 // 服务头+路径 83 00 0A 00 // 优先级+超时 01 00 00 00 02 00 00 00 // 连接ID 01 00 47 00 00 00 00 00 // 序列号 00 10 00 00 20 00 // O→T 参数 00 10 00 00 20 00 // T→O 参数 A3 02 20 04 00 00 24 01 00 00 // 传输类型+路径 ``` --- ### **成功响应报文结构** | 字段 | 长度 | 说明 | 示例值 | |------|------|------|--------| | 服务代码 | 1 | `0x54 + 0x80 = 0xD4` | `D4` | | 状态码 | 1 | `0x00`=成功 | `00` | | 连接参数 | 8 | 返回确认的配置 | - | |   - O→T 连接 ID | 4 | 与请求一致 | `01 00 00 00` | |   - T→O 连接 ID | 4 | 与请求一致 | `02 00 00 00` | **示例响应**: ```hex D4 00 01 00 00 00 02 00 00 00 ``` --- ### **关键机制解析** 1. **连接类型**: - **Class 3 连接**:单向或双向的预定义 I/O 数据交换,采用周期性的隐式消息(无协议头)。 - **传输类型 `0xA3`**:表示循环数据(Cyclic),适用于实时控制。 2. **看门狗机制**: - 若在超时时间内未收到数据,连接自动断开。 - 超时时间计算:$$T_{\text{timeout}} = \text{RPI} \times \text{Timeout Multiplier}$$ 通常乘数默认为 4[^1]。 3. **数据交换**: - 建立后使用 Connection ID 直接通信: - 输出数据:`0x70` 报文(O→T) - 输入数据:`0x71` 报文(T→O) --- ### **调试建议** 1. 若连接失败,检查: - 路径是否正确(类 ID `0x0006` 为连接管理器) - RPI 是否超过设备支持范围 - 连接 ID 冲突(需全局唯一) 2. 使用 Omron FINS 协议分析工具(如 CX-Integrator)捕获报文[^2]。 --- ### 相关问题 1. Omron CIP 协议中 Class 1 和 Class 3 连接有何区别? 2. 如何配置 Omron PLC 的 RPI(请求数据包间隔)参数? 3. 在 Omron NJ 系列 PLC 中,如何诊断 CIP 连接故障? 4. Omron CIP 协议支持哪些传输类型(如 Change-of-State/Cyclic)? [^1]: Omron CJ 系列通信协议手册 (W463), 第 4.4 章 [^2]: Omron CX-Integrator 操作手册 (Z365), 第 8.2 章
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