Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Факультет технической кибернетики

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Фаззинг протокола Modbus TCP

по дисциплине «Операционные системы»

Оглавление

• modbus контроллер интерфейс
• Введение
• 1. Общая информация о протоколе Modbus
• 1.1 Функции протокола Modbus
• 1.2 Недостатки Modbus
• 2. Спецификация протокола Modbus TCP
• 2.1 Формат пакетов Modbus TCP
• 2.2 Использование стека TCP/IP при реализации протокола
• 2.3 Спецификация MODBUS Client
• 2.4 Спецификация MODBUS Server
• 3. Фаззинг протокола Modbus TCP
• 3.1 Фаззинг MODBUS Server
• 3.2 Фаззинг MODBUS Client
• 3.3 Общий подход к фаззингу MODBUS Client и MODBUS Server
• Выводы
• Использованные источники

Введение

Протокол Modbus является одним из самых распространённых в мире. Он был разработан компанией Modicon (в настоящее время принадлежит Schneider Electric) для использования в её контроллерах с программируемой логикой (программируемых логических контроллерах, ПЛК). Впервые спецификация протокола была опубликована в 1979 году. Это был открытый стандарт, описывающий формат сообщений и способы их передачи в сети, состоящей из различных электронных устройств. С 1979 года он не только не устарел, но и демонстрирует существенно возросшее количество ориентированных на него новых разработок и увеличивающийся объём поддержки протокола. В настоящее время развитием Modbus занимается некоммерческая организация Modbus-IDA.

Одно из главных преимуществ Modbus - отсутствие необходимости в специальных интерфейсных контроллерах, а также простота программной реализации. Это снижает затраты на освоение стандарта как системными интеграторами, так и разработчиками контроллерного оборудования. Высокая степень открытости протокола обеспечивается полностью бесплатными текстами стандартов.

В России Modbus по распространённости конкурирует только с PROFIBUS. Популярность протокола в настоящее время объясняется, прежде всего, совместимостью с большим количеством оборудования. Кроме того, благодаря надёжному методу контроля ошибок, Modbus имеет высокую достоверность передачи информации.

Существуют разнообразные продукты, реализующие протокол Modbus. И появляются новые. Их необходимо тестировать на наличие ошибок в реализации. В данной работе будет освещён один из способов тестирования - фаззинг, то есть подача на вход приложению заведомо некорректных и случайных данных и наблюдение за его реакцией.

1. Общая информация о протоколе Modbus

Контроллеры на шине Modbus взаимодействуют, используя клиент-серверную модель, основанную на транзакциях, состоящих из запроса и ответа.

Обычно в сети есть только один клиент, так называемое, «главное» (master) устройство, и несколько серверов -- «подчиненных» (slaves) устройств. Главное устройство инициирует транзакции (передаёт запросы). Главный может адресоваться индивидуально к подчиненному или инициировать передачу широковещательного сообщения для всех подчиненных устройств. Подчиненное устройство отвечает на запрос, адресованный именно ему. При получении широковещательного запроса ответ не формируется.

Спецификация Modbus описывает структуру запросов и ответов. Их основа -- элементарный пакет протокола, так называемый PDU (Protocol Data Unit). Структура PDU не зависит от типа линии связи и включает в себя код функции и поле данных. Код функции кодируется однобайтовым полем и может принимать значения в диапазоне 1…127. Диапазон значений 128…255 зарезервирован для кодов ошибок. Поле данных может быть переменной длины. Размер пакета PDU ограничен 253 байтами.

Для передачи пакета по физическим линиям связи PDU помещается в другой пакет, содержащий дополнительные поля. Этот пакет носит название ADU (Application Data Unit). Формат ADU зависит от типа линии связи.

Существуют три основных реализации протокола Modbus, две для передачи данных по последовательным линиям связи, как медным EIA/TIA-232-E (RS-232), EIA-422, EIA/TIA-485-A (RS-485), так и оптическим и радио:

· Modbus ASCII -- для обмена используются только ASCII символы. Для проверки целостности используется алгоритм контрольного суммирования LRC. Каждое сообщение начинается с символа «:» (двоеточие) и заканчивается символом новой строки.

· Modbus RTU -- сообщение начинает восприниматься как новое после паузы (тишины) на шине длительностью не менее 3.5 шестнадцатеричных символов (14 бит), то есть величина паузы в секундах зависит от скорости передачи.

и для передачи данных по сетям Ethernet поверх TCP/IP:

· Modbus TCP.

Общая структура ADU следующая (в зависимости от реализации, некоторые из полей могут отсутствовать):

Где:

§ адрес ведомого устройства -- адрес подчинённого устройства, к которому адресован запрос. Ведомые устройства отвечают только на запросы, поступившие в их адрес. Ответ также начинается с адреса отвечающего ведомого устройства, который может изменяться от 1 до 247. Адрес 0 используется для широковещательной передачи, его распознаёт каждое устройство, адреса в диапазоне 248…255 -- зарезервированы;

§ код функции -- это следующее однобайтное поле кадра. Оно говорит ведомому устройству, какие данные или выполнение какого действия требует от него ведущее устройство;

§ данные -- поле содержит информацию, необходимую ведомому устройству для выполнения заданной мастером функции или содержит данные, передаваемые ведомым устройством в ответ на запрос ведущего. Длина и формат поля зависит от номера функции;

§ блок обнаружения ошибок -- контрольная сумма для проверки отсутствия ошибок в кадре. Это результат применения алгоритма CRC или LRC к остальным байтам ADU.

Максимальный размер ADU для последовательных сетей RS232/RS485 -- 256 байт, для сетей TCP -- 260 байт.

Одно из типичных применений протокола -- чтение и запись данных в регистры контроллеров. Спецификация протокола определяет четыре таблицы данных:

Доступ к элементам в каждой таблице осуществляется с помощью 16-битного адреса, первой ячейке соответствует адрес 0. Таким образом, каждая таблица может содержать до 65536 элементов. Спецификация не определяет, что физически должны представлять собой элементы таблиц и по каким внутренним адресам устройства они должны быть доступны. Например, допустимо организовать перекрывающиеся таблицы, В этом случае команды работающие с дискретными данными и с 16-битными регистрами будут фактически обращаться к одним и тем же данным.

1.1 Функции протокола Modbus

В действующей в настоящее время спецификации протокола определяются три категории кодов функций:

· Стандартные команды

Их описание должно быть опубликовано и утверждено Modbus-IDA. Эта категория включает в себя как уже определенные, так и свободные в настоящее время коды.

· Пользовательские команды

Два диапазона кодов (от 65 до 72 и от 100 до 110), для которых пользователь может реализовать произвольную функцию. При этом не гарантируется, что какое-то другое устройство не будет использовать тот же самый код для выполнения другой функции.

· Зарезервированные

В эту категорию входят коды функций, не являющиеся стандартными, но уже используемые в устройствах, производимых различными компаниями. Это коды 9, 10, 13, 14, 41, 42, 90, 91, 125, 126 и 127.

Стандартные функции Modbus

Чтение данных