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http://www.eefocus.com/html/10-04/94667s.shtml 10.4 实验内容 ——NTP协议实现 1．实验目的 通过实现NTP协议的练习，进一步掌握Linux网络编程，并且提高协议的分析与实现能力，为参与完成综合性项目打下良好的基础。 2．实验内容
Network Time Protocol（NTP）协议是用来使计算机时间同步化 的一种协议，它可以使计算机对其服务器或时钟源（如石英钟，GPS等）做同步化，它可以提供高精确度的时间校正（LAN上与标准时间差小于1毫秒，WAN上几十毫秒），且可用加密确认的 方式来防止协议攻击。
NTP提供准确时间，首先要有准确的时间来源，这一时间应该是国际标准时间UTC。 NTP获得UTC的时间来源可以是原子钟、天文台、卫星，也可以从Internet上获取。这样就有了准确而可靠的时间源。时间是按NTP服务器的等级传 播。按照距离外部UTC 源的远近将所有服务器归入不同的Stratun（层）中。Stratum-1在顶层，有外部UTC接入，而Stratum-2则从Stratum-1获取 时间，Stratum-3从Stratum-2获取时间，以此类推，但Stratum层的总数限制在15以内。所有这些服务器在逻辑上形成阶梯式的架构并 相互连接，而Stratum-1的时间服务器是整个系统的基础。 进行网络协议实现时最重要的是了解协议数据格式。NTP数据包有48个字节，其中NTP包头16字节，时间戳32个字节。其协议格式如图10.9所示。
图10.9 NTP协议数据格式 其协议字段的含义如下所示。
LI：跳跃指示器，警告在当月最后一天的最终时刻插入的迫近闺秒（闺秒）。
VN：版本号。
Mode：工作模式。该字段包括以下值：0－预留；1－对称行为；3－客户机；4－服务器；5－广播；6－NTP控制信息。NTP协议具有3种工作模式，分别为主/被动对称模式、客户/服务器模式、广播模式。在主/被动对称模式中，有一对一的连接，双方均可同步对方或被对方同步，先发出申请建立连接的一方工作在主动模式下，另一方工作在被动模式下； 客户/服务器模 式与主/被动模式基本相同，惟一区别在于客户方可被服务器同步，但服务器不能被客户同步；在广播模式中，有一对多的连接，服务器不论客户工作 在何种模式下，都会主动发出时间信息，客户根据此信息调整自己的时间。
Stratum：对本地时钟级别的整体识别。
Poll：有符号整数表示连续信息间的最大间隔。
Precision：有符号整数表示本地时钟精确度。
Root Delay：表示到达主参考源的一次往复的总延迟，它是有15～16位小数部分的符号定点小 数。
Root Dispersion：表示一次到达主参考源的标准误差，它是有15～16位小数部分的无符号 定点小数。
Reference Identifier：识别特殊参考源。
Originate Timestamp：这是向服务器请求分离客户机的时间，采用64位时标格式。
Receive Timestamp：这是向服务器请求到达客户机的时间，采用64位时标格式。
Transmit Timestamp：这是向客户机答复分离服务器的时间，采用64位时标格式。
Authenticator（Optional）：当实现了NTP认证模式时，主要标识符和信息数字域就 包括已定义的信息认证代码（MAC）信息。 由于NTP协议中涉及比较多的时间相关的操作，为了简化实现过程，在本实验中，仅要求实现NTP协议客户端部分的网络通信模块，也就是构造NTP协议字段 进行发送和接收，最后与时间相关的操作不需进行处理。NTP协议是作为OSI参考模型的高层协议比较适合采用UDP传输协议进行数据传输，专用端口号为 123。在实验中，以国家授时中心服务器（IP地址为 202.72.145.44）作为NTP（网络时间）服务器。 3．实验步骤 （1）画出流程图。 简易NTP客户端的实现流程如图10.10所示。
图10.10 简易NTP客户端流程图
（2）编写程序。 具体代码如下： /* ntp.c */ #include <sys/socket.h> #include <sys/wait.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <errno.h> #include <string.h> #include <sys/un.h> #include <sys/time.h> #include <sys/ioctl.h> #include <unistd.h> #include <netinet/in.h> #include <string.h> #include <netdb.h> #define NTP_PORT 123 /*NTP专 用端口号字符串*/ #define TIME_PORT 37 /* TIME/UDP端 口号 */ #define NTP_SERVER_IP “210.72.145.44” /*国家授时中心 IP*/ #define NTP_PORT_STR “123” /*NTP专用端口号字 符串*/ #define NTPV1 “NTP/V1” /*协议及其版本号*/ #define NTPV2 “NTP/V2” #define NTPV3 “NTP/V3” #define NTPV4 “NTP/V4” #define TIME “TIME/UDP” #define NTP_PCK_LEN 48 #define LI 0 #define VN 3 #define MODE 3 #define STRATUM 0 #define POLL 4 #define PREC -6 #define JAN_1970 0x83aa7e80 /* 1900年～1970年之间的时间秒数 */ #define NTPFRACx) 4294 * x) + 1981 * x)) >> 11))
#define USECx) x) >> 12) – 759 * x) >> 10) + 32768) >> 16))
typedef struct _ntp_time {
unsigned int coarse;
unsigned int fine;
} ntp_time; struct ntp_packet {
unsigned char leap_ver_mode;
unsigned char startum;
char poll;
char precision;
int root_delay; int root_dispersion;
int reference_identifier;
ntp_time reference_timestamp;
ntp_time originage_timestamp;
ntp_time receive_timestamp;
ntp_time transmit_timestamp;
}; char protocol[32]; /*构建NTP协议包*/ int construct_packetchar *packet) {
char version = 1;
long tmp_wrd;
int port; time_t timer; strcpyprotocol, NTPV3); /*判断协议版本*/
if!strcmpprotocol, NTPV1)||!strcmpprotocol, NTPV2)
||!strcmpprotocol, NTPV3)||!strcmpprotocol, NTPV4))
{
memsetpacket, 0, NTP_PCK_LEN); port = NTP_PORT; /*设置16字节的包头*/ version = protocol[6] – 0x30;
tmp_wrd = htonlLI << 30)|version << 27)
|MODE << 24)|STRATUM << 16)|POLL << 8)|PREC & 0xff));
memcpypacket, &tmp_wrd, sizeoftmp_wrd));
/*设置Root Delay、Root Dispersion和Reference Indentifier */
tmp_wrd = htonl1<<16);
memcpy&packet[4], &tmp_wrd, sizeoftmp_wrd));
memcpy&packet[8], &tmp_wrd, sizeoftmp_wrd));
/*设置Timestamp部分*/ time&timer); /*设置Transmit Timestamp coarse*/
tmp_wrd = htonlJAN_1970 + long)timer);
memcpy&packet[40], &tmp_wrd, sizeoftmp_wrd));
/*设置Transmit Timestamp fine*/
tmp_wrd = htonllong)NTPFRACtimer));
memcpy&packet[44], &tmp_wrd, sizeoftmp_wrd));
return NTP_PCK_LEN;
}
else if !strcmpprotocol, TIME))/* “TIME/UDP” */
{ port = TIME_PORT; memsetpacket, 0, 4); return 4; } return 0; } /*获取NTP时间*/
int get_ntp_timeint sk, struct addrinfo *addr, struct ntp_packet *ret_time)
{ fd_set pending_data;
struct timeval block_time;
char data[NTP_PCK_LEN * 8];
int packet_len, data_len = addr->ai_addrlen, count = 0, result, i, re;
if !packet_len = construct_packetdata)))
{
return 0;
} /*客户端给服务器端发送NTP协议数据包*/
if result = sendtosk, data,
packet_len, 0, addr->ai_addr, data_len)) < 0)
{
perror“sendto”);
return 0;
} /*调用select)函数，并设定超时时间为1s*/
FD_ZERO&pending_data);
FD_SETsk, &pending_data);
block_time.tv_sec=10; block_time.tv_usec=0;
if selectsk + 1, &pending_data, NULL, NULL, &block_time) > 0)
{
/*接收服务器端的信息*/
if count = recvfromsk, data,
NTP_PCK_LEN * 8, 0, addr->ai_addr, &data_len)) < 0)
{
perror“recvfrom”);
return 0;
}
if protocol == TIME)
{
memcpy&ret_time->transmit_timestamp, data, 4);
return 1;
}
else if count < NTP_PCK_LEN)
{
return 0;
}
/* 设置接收NTP包的数据结构 */
ret_time->leap_ver_mode = ntohldata[0]);
ret_time->startum = ntohldata[1]);
ret_time->poll = ntohldata[2]);
ret_time->precision = ntohldata[3]);
ret_time->root_delay = ntohl*int*)&data[4]));
ret_time->root_dispersion = ntohl*int*)&data[8]));
ret_time->reference_identifier = ntohl*int*)&data[12]));
ret_time->reference_timestamp.coarse = ntohl *int*)&data[16]));
ret_time->reference_timestamp.fine = ntohl*int*)&data[20]));
ret_time->originage_timestamp.coarse = ntohl*int*)&data[24]));
ret_time->originage_timestamp.fine = ntohl*int*)&data[28]));
ret_time->receive_timestamp.coarse = ntohl*int*)&data[32]));
ret_time->receive_timestamp.fine = ntohl*int*)&data[36]));
ret_time->transmit_timestamp.coarse = ntohl*int*)&data[40]));
ret_time->transmit_timestamp.fine = ntohl*int*)&data[44]));
return 1;
} /* end of if select */
return 0;
} /* 修改本地时间 */
int set_local_timestruct ntp_packet * pnew_time_packet)
{
struct timeval tv;
tv.tv_sec = pnew_time_packet->transmit_timestamp.coarse – JAN_1970;
tv.tv_usec = USECpnew_time_packet->transmit_timestamp.fine);
return settimeofday&tv, NULL);
} int main) {
int sockfd, rc;
struct addrinfo hints, *res = NULL;
struct ntp_packet new_time_packet;
memset&hints, 0, sizeofhints));
hints.ai_family = AF_UNSPEC;
hints.ai_socktype = SOCK_DGRAM;
hints.ai_protocol = IPPROTO_UDP; /*调用getaddrinfo)函数，获取地址信息*/
rc = getaddrinfoNTP_SERVER_IP, NTP_PORT_STR, &hints, &res);
if rc != 0) {
perror“getaddrinfo”); return 1; } /* 创建套接字 */
sockfd = socketres->ai_family, res->ai_socktype, res->ai_protocol);
if sockfd <0 ) {
perror“socket”); return 1;
}
/*调用取得NTP时间的函数*/
if get_ntp_timesockfd, res, &new_time_packet))
{
/*调整本地时间*/ if
!set_local_time&new_time_packet)) {
printf“NTP client success!\n”);
} } closesockfd);
return 0;
} 为了更好地观察程序的效果，先用date命令修改一下系统时间，再运行实例程序。运行完了之后再查看系统时间，可以发现已经恢复准确的系统时间了。具体运 行结果如下所示。 $
date -s “2001-01-01 1:00:00” 2001年 01月 01日 星期一 01:00:00 EST $
date 2001年 01月 01日 星期一 01:00:00 EST $ ./
ntp NTP client success! $
date
能够显示当前准确的日期和时间了！