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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！