嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò)編程之：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容——NTP協(xié)議實(shí)現(xiàn)

10.4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容——NTP協(xié)議實(shí)現(xiàn)

1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h4>

通過(guò)實(shí)現(xiàn)NTP協(xié)議的練習(xí)，進(jìn)一步掌握Linux網(wǎng)絡(luò)編程，并且提高協(xié)議的分析與實(shí)現(xiàn)能力，為參與完成綜合性項(xiàng)目打下良好的基礎(chǔ)。

2．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

NetworkTimeProtocol（NTP）協(xié)議是用來(lái)使計(jì)算機(jī)時(shí)間同步化的一種協(xié)議，它可以使計(jì)算機(jī)對(duì)其服務(wù)器或時(shí)鐘源（如石英鐘，GPS等）做同步化，它可以提供高精確度的時(shí)間校正（LAN上與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間差小于1毫秒，WAN上幾十毫秒），且可用加密確認(rèn)的方式來(lái)防止惡毒的協(xié)議攻擊。

NTP提供準(zhǔn)確時(shí)間，首先要有準(zhǔn)確的時(shí)間來(lái)源，這一時(shí)間應(yīng)該是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間UTC。NTP獲得UTC的時(shí)間來(lái)源可以是原子鐘、天文臺(tái)、衛(wèi)星，也可以從Internet上獲取。這樣就有了準(zhǔn)確而可靠的時(shí)間源。時(shí)間是按NTP服務(wù)器的等級(jí)傳播。按照距離外部UTC源的遠(yuǎn)近將所有服務(wù)器歸入不同的Stratun（層）中。Stratum-1在頂層，有外部UTC接入，而Stratum-2則從Stratum-1獲取時(shí)間，Stratum-3從Stratum-2獲取時(shí)間，以此類推，但Stratum層的總數(shù)限制在15以內(nèi)。所有這些服務(wù)器在邏輯上形成階梯式的架構(gòu)并相互連接，而Stratum-1的時(shí)間服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)時(shí)最重要的是了解協(xié)議數(shù)據(jù)格式。NTP數(shù)據(jù)包有48個(gè)字節(jié)，其中NTP包頭16字節(jié)，時(shí)間戳32個(gè)字節(jié)。其協(xié)議格式如圖10.9所示。

圖10.9NTP協(xié)議數(shù)據(jù)格式

其協(xié)議字段的含義如下所示。

n LI：跳躍指示器，警告在當(dāng)月最后一天的最終時(shí)刻插入的迫近閨秒（閨秒）。

n VN：版本號(hào)。

n Mode：工作模式。該字段包括以下值：0－預(yù)留；1－對(duì)稱行為；3－客戶機(jī)；4－服務(wù)器；5－廣播；6－NTP控制信息。NTP協(xié)議具有3種工作模式，分別為主/被動(dòng)對(duì)稱模式、客戶/服務(wù)器模式、廣播模式。在主/被動(dòng)對(duì)稱模式中，有一對(duì)一的連接，雙方均可同步對(duì)方或被對(duì)方同步，先發(fā)出申請(qǐng)建立連接的一方工作在主動(dòng)模式下，另一方工作在被動(dòng)模式下；客戶/服務(wù)器模式與主/被動(dòng)模式基本相同，惟一區(qū)別在于客戶方可被服務(wù)器同步，但服務(wù)器不能被客戶同步；在廣播模式中，有一對(duì)多的連接，服務(wù)器不論客戶工作在何種模式下，都會(huì)主動(dòng)發(fā)出時(shí)間信息，客戶根據(jù)此信息調(diào)整自己的時(shí)間。

n Stratum：對(duì)本地時(shí)鐘級(jí)別的整體識(shí)別。

n Poll：有符號(hào)整數(shù)表示連續(xù)信息間的最大間隔。

n Precision：有符號(hào)整數(shù)表示本地時(shí)鐘精確度。

n RootDelay：表示到達(dá)主參考源的一次往復(fù)的總延遲，它是有15～16位小數(shù)部分的符號(hào)定點(diǎn)小數(shù)。

n RootDispersion：表示一次到達(dá)主參考源的標(biāo)準(zhǔn)誤差，它是有15～16位小數(shù)部分的無(wú)符號(hào)定點(diǎn)小數(shù)。

n ReferenceIdentifier：識(shí)別特殊參考源。

n OriginateTimestamp：這是向服務(wù)器請(qǐng)求分離客戶機(jī)的時(shí)間，采用64位時(shí)標(biāo)格式。

n ReceiveTimestamp：這是向服務(wù)器請(qǐng)求到達(dá)客戶機(jī)的時(shí)間，采用64位時(shí)標(biāo)格式。

n TransmitTimestamp：這是向客戶機(jī)答復(fù)分離服務(wù)器的時(shí)間，采用64位時(shí)標(biāo)格式。

n Authenticator（Optional）：當(dāng)實(shí)現(xiàn)了NTP認(rèn)證模式時(shí)，主要標(biāo)識(shí)符和信息數(shù)字域就包括已定義的信息認(rèn)證代碼（MAC）信息。

由于NTP協(xié)議中涉及比較多的時(shí)間相關(guān)的操作，為了簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)過(guò)程，在本實(shí)驗(yàn)中，僅要求實(shí)現(xiàn)NTP協(xié)議客戶端部分的網(wǎng)絡(luò)通信模塊，也就是構(gòu)造NTP協(xié)議字段進(jìn)行發(fā)送和接收，最后與時(shí)間相關(guān)的操作不需進(jìn)行處理。NTP協(xié)議是作為OSI參考模型的高層協(xié)議比較適合采用UDP傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，專用端口號(hào)為123。在實(shí)驗(yàn)中，以國(guó)家授時(shí)中心服務(wù)器（IP地址為202.72.145.44）作為NTP（網(wǎng)絡(luò)時(shí)間）服務(wù)器。

3．實(shí)驗(yàn)步驟

（1）畫出流程圖。

簡(jiǎn)易NTP客戶端的實(shí)現(xiàn)流程如圖10.10所示。

圖10.10簡(jiǎn)易NTP客戶端流程圖