核心目标：掌握 DNP3 应用层的报文结构、功能码全集与 IIN 内部指示字，能独立解读任意应用层报文，为后续对象模型（Part 5）与机制（Part 8-9）打基础。

前置知识：Part 2-3（链路帧与伪传输层）；本期所有示例帧均带真实 CRC，可自行用 Wireshark 复现。

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4.1 应用层报文结构

4.1.1 报文总览

DNP3 应用层报文 = 应用控制字（AC）+ 功能码（FC）+ 对象头 + 数据体：

┌──────────┬────────┬──────────────┬──────────────────────────┐
│ 应用控制字│ 功能码  │ 对象头 (0~N)  │ 数据体                     │
│ AC (1B)  │ FC(1B) │ 组/变/限定词… │ 对象数据 / 前缀 / 时间戳等   │
└──────────┴────────┴──────────────┴──────────────────────────┘

一个完整链路帧的装载关系（回忆 Part 2-3）：

链路帧用户数据 = 传输头(4B) + 应用层报文
              = 传输头(4B) + AC(1B) + FC(1B) + 对象头 + 数据体

4.1.2 应用控制字（AC）

┌───────┬───────┬───────┬───────┬──────────────────┐
│ bit7  │ bit6  │ bit5  │ bit4  │ bit3 ─ bit0      │
│ FIR   │ FIN   │ CON   │ UNS   │ SEQ（模 16 序号） │
└───────┴───────┴───────┴───────┴──────────────────┘

位	名称	含义
bit7	FIR	应用报文第一段（配合伪传输层分段）
bit6	FIN	应用报文最后一段
bit5	CON	请求应用层确认
bit4	UNS	=1 表示这是 Unsolicited 响应（从站主动上报）
bit3-0	SEQ	应用层序号，请求-响应配对依据

注意 AC 与传输头 TH 的相似性：两者都有 FIR/FIN，但 TH 属于伪传输层（管"链路帧的段"），AC 属于应用层（管"应用报文的段"）。多帧应用报文时，TH 和 AC 的 FIR/FIN 同步置位。UNS 位是应用层独有的——响应功能码 130（Unsolicited Response）与 UNS=1 配合出现。

4.1.3 应用层 SEQ 与请求-响应配对

• 主站每个新请求的 SEQ 递增（模 16）
• 从站响应的 SEQ 必须等于请求的 SEQ——这是主站匹配响应与请求的手段（尤其多个轮询并发时）
• 重发的请求保持原 SEQ

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4.2 功能码全集

4.2.1 请求方向功能码（主站 → 从站）

功能码	名称	说明
0	CONFIRM	确认（主要对从站的 Unsolicited 响应）
1	READ	读对象（静态/事件/任意对象组）
2	WRITE	写对象（死区、时间、私有对象等）
3	SELECT	选择（SBO 控制第一阶段）
4	OPERATE	执行（SBO 控制第二阶段）
5	DIRECT OPERATE	直接操作（一步遥控）
6	DIRECT OPERATE, NO ACK	直接操作（免确认）
7	IMMED FREEZE	立即冻结（计数器/模拟量）
8	IMMED FREEZE, NO ACK	立即冻结（免确认）
9	FREEZE CLEAR	冻结并清零
10	FREEZE CLEAR, NO ACK	冻结清零（免确认）
11	FREEZE AT TIME	定时冻结
12	FREEZE AT TIME, NO ACK	定时冻结（免确认）
13	COLD RESTART	冷重启
14	WARM RESTART	热重启
15	INITIALIZE DATA	初始化数据（清事件缓冲）
16	INITIALIZE APPLICATION	初始化应用
17	START APPLICATION	启动应用
18	STOP APPLICATION	停止应用
19	SAVE CONFIGURATION	保存配置
20	ENABLE UNSOLICITED	使能从站主动上报
21	DISABLE UNSOLICITED	禁止主动上报
22	ASSIGN CLASS	分配事件类（Class 1/2/3）
23	DELAY MEASURE	延迟测量（时钟同步基础）
24	RECORD CURRENT TIME	记录当前时间
25-31	OPEN/CLOSE/DELETE/GET INFO/AUTHENTICATE/GET/ABORT FILE	文件传输系列
32	AUTHENTICATE REQUEST	SAv5 认证请求
33	AUTHENTICATE RESPONSE	SAv5 认证响应

4.2.2 响应方向功能码（从站 → 主站）

功能码	名称	说明
129 (0x81)	RESPONSE	正常响应（携带数据 + IIN）
130 (0x82)	UNSOLICITED RESPONSE	主动上报（AC.UNS=1）
131 (0x83)	AUTHENTICATE RESPONSE	SAv5 认证响应
132 (0x84)	AUTHENTICATE REQUEST	SAv5 认证请求（从站发起挑战）

读功能码对照：DNP3 的 READ 一次只能读一种"对象组+变化+范围"；要读多种数据（遥信+遥测），主站需发多个 READ 或依赖 Class 轮询（一个 READ Class 即可拿全某类事件/静态数据）。这与 IEC 104 总召唤（一次拿全部）思路不同，详见 Part 8。

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4.3 IIN 内部指示字

IIN（Internal Indication）是从站每次响应都会携带的 2 字节状态字——它是排障的第一手线索。

4.3.1 IIN1（第一个字节）

位	值	名称	含义	处理建议
bit0	0x01	ALL_STATIONS	收到过广播报文	通常忽略
bit1	0x02	CLASS1	Class 1 事件数据可用	发 Class 1 事件轮询
bit2	0x04	CLASS2	Class 2 事件数据可用	发 Class 2 事件轮询
bit3	0x08	CLASS3	Class 3 事件数据可用	发 Class 3 事件轮询
bit4	0x10	NEED_TIME	从站需要时间同步	执行时钟同步（Part 9）
bit5	0x20	LOCAL_CONTROL	从站处于本地控制	需现场确认，遥控可能被拒
bit6	0x40	DEVICE_TROUBLE	设备故障	检查从站告警
bit7	0x80	DEVICE_RESTART	设备刚重启	通常伴随完整轮询重新初始化

4.3.2 IIN2（第二个字节）

按 IEEE 1815-2012 现行定义：

位	值	名称	含义	处理建议
bit0	0x01	FUNC_NOT_SUPPORTED	不支持的功能码	检查请求功能码
bit1	0x02	OBJECT_UNKNOWN	未知对象（组/变化/索引）	检查对象头编码
bit2	0x04	PARAMETER_ERROR	参数无效	检查限定词/范围/控制参数
bit3	0x08	EVENT_BUFFER_OVERFLOW	事件缓冲溢出（曾丢失事件）	加大缓冲/提高轮询频率
bit4	0x10	ALREADY_EXECUTING	已有操作执行中	等待完成或中止
bit5	0x20	CONFIG_CORRUPT	配置损坏	重新下发配置
bit6-7	—	RESERVED	保留	—

版本差异提醒：DNP3 早期规范中 IIN2 的 bit3-7 定义不同（bit3=对象不存在、bit4=无更多数据、bit5=文件错误、bit6=未授权、bit7=事件缓冲溢出）。IEEE 1815-2012 重新定义了 bit3-5，联调时注意从站固件基于哪个版本实现。opendnp3 按 1815-2012 实现。

4.3.3 IIN 的排障价值

现象：轮询事件，从站总是"响应但无数据"
  → 看 IIN1 的 CLASS1/2/3 位：若置位却有数据？若没置位 → 主站轮询的对象组/类不匹配

现象：从站时间总不对
  → IIN1.NEED_TIME 常置 → 时钟同步流程未完成（Part 9）

现象：遥控总失败
  → 检查 IIN1.LOCAL_CONTROL（就地/远方切换）、IIN2.PARAMETER_ERROR（控制码非法）

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4.4 请求/响应报文逐字段剖析

4.4.1 完整示例：Read Class 1 轮询

以下是一对真实的请求-响应（主站地址 1，从站地址 10），完整链路帧已含正确 CRC：

主站 → 从站：READ Class 1（功能码 1）

05 64 0D 44 0A 00 01 00 C0 C0 01 3C 02 06 00 00 6A 2A 41 F9

┌───────┬───────┬───────┬────────────┬────────────┬──────────┬──────────────────────────────────┬──────────┐
│ 起始   │ LEN   │ CTRL  │ DST=从站10  │ SRC=主站1   │ 头CRC     │ 用户数据                           │ 块CRC    │
│ 05 64  │ 0D=13 │ 44    │ 0A 00      │ 01 00      │ 6A 2A    │ C0 C0 01 3C 02 06 00 00          │ 41 F9    │
└───────┴───────┴───────┴────────────┴────────────┴──────────┴──────────────────────────────────┴──────────┘

用户数据分解：
  C0            → 传输头：FIR=1, FIN=1, SEQ=0（单帧）
  C0            → 应用控制字 AC：FIR=1, FIN=1, SEQ=0
  01            → 功能码：READ
  3C 02         → 对象头：对象组 60 (0x3C)、变化 2 = Class 1 对象
  06            → 限定词：2 字节计数 + 1 字节前缀
  00 00         → 计数 = 0：读取全部 Class 1 事件

从站 → 主站：RESPONSE（功能码 129，当前无事件）

05 64 0A 80 01 00 0A 00 C0 C0 81 00 00 ED D7 63 17

用户数据分解：
  C0            → 传输头：单帧
  C0            → AC：FIR=1, FIN=1, SEQ=0（与请求 SEQ 相同 → 配对成功）
  81            → 功能码：RESPONSE (129)
  00            → IIN1：无待轮询事件、时间已同步、设备正常
  00            → IIN2：无错误
  （无对象头 → 响应体为空）

用 Wireshark 复现：过滤 dnp3，找到 READ（功能码 1）报文与 RESPONSE（功能码 129）报文，展开 DNP3 > Application Layer > Object Header 逐字段对照。

4.4.2 一个带数据的响应长什么样

当 Class 1 有 2 个二进制输入事件时，响应会携带对象头 + 数据体（Part 7 详解）：

81 (RESPONSE) | IIN1(IIN2) | 对象头 G2V2 | Q=0x06 | 计数=2 | [前缀+数据]×2
                                                       ↓
                           前缀 = 对象索引(1B) | 品质(1B) | 绝对时间(6B) | 值(1B)

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4.5 应用层可靠性与重试

4.5.1 分层可靠性分工

┌──────────┬──────────────────────────────────────────────┐
│ 层        │ 可靠性职责                                    │
├──────────┼──────────────────────────────────────────────┤
│ 应用层    │ 请求-响应配对（SEQ）、Unsolicited 的 CONFIRM   │
│ 伪传输层  │ 分段重组、段序号连续性                          │
│ 链路层    │ 帧 CRC、FCB 去重、ACK/NACK、重发               │
└──────────┴──────────────────────────────────────────────┘

4.5.2 主站侧轮询节奏

主站应用层是"请求-响应"的发起方，需要管理：

参数	含义	工程建议
请求超时	等待响应的时间	1000-3000ms（串口按帧长折算）
重试次数	同一请求的重发	2-3 次后报"通信故障"
轮询间隔	相邻轮询的间隔	事件轮询 1-5s，完整性轮询 5-15min
并发限制	同时未确认的请求数	通常 1 个（严格主从）

4.5.3 Unsolicited 的确认语义

从站主动上报（功能码 130，UNS=1）时：

从站发 Unsolicited（TH.CON=1 或 AC.CON=1）→ 主站回 CONFIRM（功能码 0，SEQ 相同）
从站未收到 CONFIRM → 超时重发（重发次数限制后停止）

主站收到 Unsolicited 后必须回 CONFIRM，否则从站会反复重发占用链路。

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小结与导航

本期完成了协议栈的最上层：

1. 报文结构 —— AC + 功能码 + 对象头 + 数据体；AC 的 FIR/FIN/CON/UNS/SEQ 语义
2. 功能码全集 —— 请求方向 0-33、响应方向 129-132，覆盖读/写/控制/冻结/文件/认证
3. IIN 内部指示字 —— IIN1/IIN2 共 16 位的含义与排障用法，注意 IEEE 1815-2012 对 IIN2 的重新定义
4. 报文剖析 —— 一对真实 Read Class 1 请求-响应帧的逐字节分解
5. 可靠性分层 —— 应用层配对、传输层重组、链路层确认的三层协作

下期预告

[Part 5：对象模型与寻址] 将聚焦 DNP3 的灵魂——对象模型：

• 对象头结构与"对象组 + 变化"二维寻址
• 限定词（Qualifier）全表与范围寻址
• 前缀（Prefix）与打包（Packed）编码
• 构造与解析各类对象请求/响应

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参考标准

• DNP Users Group Specification Volume 4: Application Layer Protocol
• IEEE 1815-2012 §Application layer（功能码与 IIN 定义）

推荐工具

• Wireshark（过滤 dnp3，展开 dnp3.app 字段树）—— 应用层逐字段观察
• opendnp3 —— IINField 类的位定义与 FunctionCode 枚举