Simulador de protocolo ModBus

Una de las características que presentan los Sistemas de Control Industrial y SCADA es la gran cantidad de protocolos de comunicaciones existentes. Esto es debido a que muchos fabricantes han desarrollado los suyos propios, aparte de los ya estandarizados. Éstos los podemos encontrar bien en formato serie mediante RS-422, RS-485 o Ethernet siendo la tendencia es que sea este último el medio predominante ya que permite la integración en redes tradicionales e implementar servicios bajo TCP/IP. Esto resulta algo indispensable cara al despliegue de tecnologías dentro de la Industria 4.0. la cual requiere, aparte de la funcionalidad conocida de equipos SCADA, recolectar otro tipo de datos para sistemas ERP e BI, herramientas Big Data, Analítica Avanzada o incluso simulación.

La premisa que acompaña a estos protocolos es que han sido diseñados para ser funcionales. No se ha contemplado la seguridad en el inicio, a excepción de algunas variantes de DNP3 u OPC. Sin embargo, el uso de protocolos sin medidas de seguridad nativas es amplísima, lo cual obliga a externalizar en otros equipos la protección de la información que viaja en los paquetes.

Uno de estos protocolos es Modbus. Fue creado a finales de la década de los 70 para comunicaciones serie, y en 1999 para comunicaciones TCP/IP. Bajo el nombre ModbusTCP/IP, presenta una arquitectura Maestro/Esclavo en el que el Maestro representa el cliente y el Esclavo el Servidor. Esta característica propició su consolidación como protocolo de control industrial lo que justifica su presencia en todo tipo de entornos y sectores, incluyendo infraestructuras críticas.

En el día de hoy vamos a ver cómo podremos representar su funcionamiento, lo que nos ayudará a entender mejor cómo puede ser interceptado, manipulado y, por ende, necesariamente protegido.

En esta labor nos apoyaremos de un simulador Modbus. Por un lado Modbus Master (Maestro) y Modbus PAL (Esclavo) siendo este último un fichero para plataformas basadas en Java. En la siguiente imagen podremos ver, en la parte izquierda, “el Master”, y derecha el “Slave”. Como hemos dicho anteriormente maestro equivale a “cliente” y esclavo Servidor”. El maestro, (cliente) es quien controla las comunicaciones con los esclavos (servidores) y por el contrario los esclavos (servidores) se limitan a devolver los datos solicitados o bien, ejecutar la acción indicada por el maestro.

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Por defecto el “Master” aparece configurado para operar en conexiones tipo serie, por lo que deberemos configurarlo para hacerlo bajo TCP. En este modo el puerto por defecto que emplea es el 502. Para ello iremos a “Option” y seleccionaremos “Modbus TCP…”.

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También haremos lo propio en el apartado “Modbus Mode” – “TCP”.

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También definir la IP del Master. Puesto que tanto uno como otro corren en el mismo equipo configuraremos la de Loopback, 127.0.0.1.

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Hecho esto, ahora toca configurar los esclavos. En “Modbus slaves” seleccionamos “Add” y allí definiremos el nuestro, identificado con “1” y con el nombre “Test_Blog”.

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Abriremos el editor (icono con aspecto de ojo) y configuraremos en la pestaña “Coils” del 1 al 8, configurando los 4 primeros con un “1” y los 4 segundos con un “0”.

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Aprovecharemos para configurar también el apartado “Holding registers” esta vez del 1 al 4, y con los siguientes valores.

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Por último, pincharemos en “Run” para iniciar el esclavo. Si abrimos un “cmd” veremos que en nuestro equipo se nos ha abierto un socket en el puerto TCP-502.

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Ahora deberemos ir a nuestro “Master” y conectarnos al “Esclavo” pinchando en el icono marcado.

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Para hacer una lectura o escritura seleccionaremos el icono situado a la derecha del que empleamos para conectarnos, viendo a continuación los resultados. Esto es cuatro “unos” y cuatro “ceros”.

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Que se realice una lectura y escritura dependerá también del “Function Code”. En el caso anterior teníamos “Read Coils (0x01)”, sin embargo si esto lo cambiamos por “Read Holding Registers (0x03)” veremos el otro resultado . Ojo, que en este caso el “Number of Registers” ahora es 4, valor que ha cambiado del “8” del número de “Coils“ configurados.

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Para ello cambiaremos la “Function Code” por “Write Multiple Registers (0x10)” y en campo inferior por valores como 999, 888, 777, 666. Luego a continuación pincharemos sobre “Read/Write” y veremos cómo cambian los valores en el esclavo.

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Aunque no se haya comentado el simulador también permite:

Master

  • Realizar de forma continuada lecturas o escrituras sin necesidad de hacerlo manualmente.
  • Posibilidad de ejecutar tanto Maestro como Esclavo en distintos equipos y poder hacer pruebas adicionales con equipos de red tales como cortafuegos, IDS/IPS, router, etc.
  • Una ayuda e información sobre el protocolo.
  • Almacenar en un fichero de texto los logs generados de la herramienta.
  • Monitor de los paquetes enviados y recibidos.

Slave

  • Guardar el proyecto
  • Grabar la actividad y poder reproducirlo a posteriori.
  • Modificar el puerto a la escucha en lugar del 502 por defecto.

Así pues, este simulador nos puede ayudar a entender no sólo el funcionamiento de Modbus sino la creación de un laboratorio para pruebas y  tomar conciencia de los débiles que pueden llegar a ser los protocolos existentes en entornos de control y automatización presentes en gran cantidad de áreas, sectores e instalaciones.

Espero que os haya gustado, nos vemos en la siguiente.

Un saludo a todos, nos vemos en la siguiente y no te olvides que puedes seguirnos también en @enredandoconred .

2 pensamientos en “Simulador de protocolo ModBus

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