一、Modbus介紹
Modbus是一種通訊協議，主要應用於電子控制器上的一種通用語言。Modbus支持多種電氣接口,如RS232、RS485、TCP/IP等。多數Modbus設備通信是通過串口或TCP/IP進行連接。
通常情況下 Modbus是主從架構，即通信節點是Master，其它使用Modbus協議參與通信的是slave節點（最多247個，地址範圍爲1-247，0節點是廣播地址）。每個slave設備都具有一個唯一的地址。總線上只能有一個Master節點。
Modbus傳輸模式可分爲 ASCII和RTU兩種模式，同一網絡中所有設備必須保持統一，要麼是ASCII，要麼統一爲RTU模式，兩者不可共存。相對來說RTU模式傳輸效率較高，
ASCII模式下，消息以冒號字符開始，以回車換行字符結束。
RTU模式下，消息發送和接收至少間隔3.5字符時間的停頓間隔作爲標誌。
Modbus寄存器介紹
所有數據都存在寄存器中，寄存器可指物理寄存器，也可是一塊內存區域。Modbus根據數據類型及各自讀寫特性，將寄存器分爲了4個部分，分別如下。
Modbus地址、功能碼、數據域介紹
Modbus消息幀的地址，在ASCII模式下包含2個字符，在RTU模式下包含1個字符。單個設備地址實際範圍是在1-247值之間。0爲廣播地址、248-255爲保留地址。
功能碼由1個字節構成，因此取值範圍1-255。常用功能碼如下：
01：讀線圈狀態
02：讀輸入狀態
03：讀保持寄存器
04：讀輸入寄存器
05：強制單線圈
06：預製單寄存器
15：強制多線圈
17：報告從設備ID
22：屏蔽寫寄存器
23：讀/寫寄存器
數據內容與功能碼緊密相關，存放功能碼需要操作的具體數據，數據域以字節爲單位，長度可變，對於有些功能碼此域可爲空。
二、Modbus協議解析
ModbusTCP通常使用端口502作爲接收報文端口。
ModbusTCP包含一個應用報文頭，該頭佔用7個字節。Modbus TCP/IP協議最大數據幀長度爲260字節。
傳輸標識：Transaction Identifier。佔用2個字節。標記某個Modbus 查詢/應答的傳輸過程，可設置爲0，每次通訊+1；由客戶端生成（主站設備），應答時複製該值。
協議標識：Protocol Identifier。佔用2個字節。 Modbus協議爲 0x00。由客戶端生成，應答時複製該值。
字節長度：Length。佔用2個字節。高4位爲設置爲0X00，因此後續字節必須在256個字節內；第四位記錄後續的字節個數；由客戶端生成（主站設備），應答時重新生成。
單位標識符：Unit Identifier。佔用1個字節。用以識別從機設備。由客戶端生成，應答時複製該值。
0x01 讀取線圈輸出狀態
下圖爲query請求報文，Modbus傳輸內容爲 “05 91 00 00 00 06 ff 01 00 00 00 0a”。
05 91（十六進制） 爲傳輸標識，即1425（十進制）；
00 00爲協議標識；
00 06爲字節長度；
ff爲單位標識符，即255（十進制）；
01爲功能碼，佔1個字節；
00 爲Modbus起始地址高位；
00 爲Modbus起始地址低位；
00 爲寄存器高位；
0a爲寄存器低位。
下圖爲query後的響應報文，Modbus傳輸內容爲 “05 91 00 00 00 05 ff 01 02 01 00”。
05 91（十六進制） 爲傳輸標識，即1425（十進制）；
00 00爲協議標識；
00 05爲字節長度；
ff爲單位標識符，即255（十進制）；
01爲功能碼，佔1個字節；
02爲數據域字節數；
01 00 爲數據字段。響應報文的數據字段中，每個線圈佔用1位（bit），01=0000 0001，00=0000 0000。1=ON，0=OFF。如果最後的數據字節不能填滿8個線圈的狀態（1個字節），則由0填充。
0x02 讀取離散量輸入值
下圖爲query請求報文，Modbus傳輸內容爲 “05 92 00 00 00 06 ff 02 00 00 00 0b”。
05 92（十六進制） 爲傳輸標識，即1426（十進制）；
00 00爲協議標識；
00 06爲字節長度；
ff爲單位標識符，即255（十進制）；
02爲功能碼；
00 爲Modbus起始地址高位；
00 爲Modbus起始地址低位；
00 爲寄存器高位；
0b爲寄存器低位。
下圖爲query後的響應報文，Modbus傳輸內容爲 “05 92 00 00 00 05 ff 02 02 02 00”。
05 92（十六進制） 爲傳輸標識，即1426（十進制）；
00 00爲協議標識；
00 06爲字節長度；
ff爲單位標識符，即255（十進制）；
02爲功能碼；
02爲數據域字節數
02 00 爲數據字段。響應報文的數據字段中，每個線圈佔用1位（bit），02=0000 00010，00=0000 0000。1=ON，0=OFF。如果最後的數據字節不能填滿8個線圈的狀態（1個字節），則由0填充。
0x04 讀取輸入寄存器值
下圖爲query請求報文，Modbus傳輸內容爲 “07 45 00 00 00 06 ff 04 01 8f 00 02”。下圖請求報文大體含義爲：需讀取輸入寄存器地址30144-30145，共計2個寄存器內容。即讀取Modbus協議地址143至144的內容。
07 45（十六進制） 爲傳輸標識，即1861（十進制）；
00 00爲協議標識；
00 06爲字節長度；
ff爲單位標識符，即255（十進制）；
04爲功能碼；
01 爲Modbus起始地址高位；
8f 爲Modbus起始地址低位，起始地址爲143。
00 爲寄存器高位；
02爲寄存器低位，讀取數量爲2。
下圖爲query後的響應報文，Modbus傳輸內容爲 “07 45 00 00 00 07 ff 04 04 b6 00 47 7f”。
07 45（十六進制） 爲傳輸標識，即1861（十進制）；
00 00爲協議標識；
00 07爲字節長度；
ff爲單位標識符，即255（十進制）；
04爲功能碼；
04爲數據域字節數。
b6 00 47 7f爲數據字段。響應報文的數據字段中，每個線圈佔用1位（bit），b6=1011 0110，00=0000 0000，47=1000 0111，7f=1111111。1=ON，0=OFF。如果最後的數據字節不能填滿8個線圈的狀態（1個字節），則由0填充。
三、關於Modbus數據審計/防護
Modbus數據審計/防護其核心是對協議報文進行深度解碼分析，記錄其操作時間、地點、操作人、和操作行爲等關鍵要素，依託操作行爲數據的有效存儲和行爲管控，從而實現對Modbus系統的安全日誌的審計分析及異常阻斷，加強組織事中管控能力，事後回溯追查、分析研判的能力。