嵌入式Linux網絡編程之：實驗內容——NTP協議實現

10.4實驗內容——NTP協議實現

1．實驗目的

通過實現NTP協議的練習，進一步掌握Linux網絡編程，并且提高協議的分析與實現能力，為參與完成綜合性項目打下良好的基礎。

2．實驗內容

NetworkTimeProtocol（NTP）協議是用來使計算機時間同步化的一種協議，它可以使計算機對其服務器或時鐘源（如石英鐘，GPS等）做同步化，它可以提供高精確度的時間校正（LAN上與標準時間差小于1毫秒，WAN上幾十毫秒），且可用加密確認的方式來防止惡毒的協議攻擊。

NTP提供準確時間，首先要有準確的時間來源，這一時間應該是國際標準時間UTC。NTP獲得UTC的時間來源可以是原子鐘、天文臺、衛星，也可以從Internet上獲取。這樣就有了準確而可靠的時間源。時間是按NTP服務器的等級傳播。按照距離外部UTC源的遠近將所有服務器歸入不同的Stratun（層）中。Stratum-1在頂層，有外部UTC接入，而Stratum-2則從Stratum-1獲取時間，Stratum-3從Stratum-2獲取時間，以此類推，但Stratum層的總數限制在15以內。所有這些服務器在邏輯上形成階梯式的架構并相互連接，而Stratum-1的時間服務器是整個系統的基礎。

進行網絡協議實現時最重要的是了解協議數據格式。NTP數據包有48個字節，其中NTP包頭16字節，時間戳32個字節。其協議格式如圖10.9所示。

圖10.9NTP協議數據格式

其協議字段的含義如下所示。

n LI：跳躍指示器，警告在當月最后一天的最終時刻插入的迫近閨秒（閨秒）。

n VN：版本號。

n Mode：工作模式。該字段包括以下值：0－預留；1－對稱行為；3－客戶機；4－服務器；5－廣播；6－NTP控制信息。NTP協議具有3種工作模式，分別為主/被動對稱模式、客戶/服務器模式、廣播模式。在主/被動對稱模式中，有一對一的連接，雙方均可同步對方或被對方同步，先發出申請建立連接的一方工作在主動模式下，另一方工作在被動模式下；客戶/服務器模式與主/被動模式基本相同，惟一區別在于客戶方可被服務器同步，但服務器不能被客戶同步；在廣播模式中，有一對多的連接，服務器不論客戶工作在何種模式下，都會主動發出時間信息，客戶根據此信息調整自己的時間。

n Stratum：對本地時鐘級別的整體識別。

n Poll：有符號整數表示連續信息間的最大間隔。

n Precision：有符號整數表示本地時鐘精確度。

n RootDelay：表示到達主參考源的一次往復的總延遲，它是有15～16位小數部分的符號定點小數。

n RootDispersion：表示一次到達主參考源的標準誤差，它是有15～16位小數部分的無符號定點小數。

n ReferenceIdentifier：識別特殊參考源。

n OriginateTimestamp：這是向服務器請求分離客戶機的時間，采用64位時標格式。

n ReceiveTimestamp：這是向服務器請求到達客戶機的時間，采用64位時標格式。

n TransmitTimestamp：這是向客戶機答復分離服務器的時間，采用64位時標格式。

n Authenticator（Optional）：當實現了NTP認證模式時，主要標識符和信息數字域就包括已定義的信息認證代碼（MAC）信息。

由于NTP協議中涉及比較多的時間相關的操作，為了簡化實現過程，在本實驗中，僅要求實現NTP協議客戶端部分的網絡通信模塊，也就是構造NTP協議字段進行發送和接收，最后與時間相關的操作不需進行處理。NTP協議是作為OSI參考模型的高層協議比較適合采用UDP傳輸協議進行數據傳輸，專用端口號為123。在實驗中，以國家授時中心服務器（IP地址為202.72.145.44）作為NTP（網絡時間）服務器。

3．實驗步驟

（1）畫出流程圖。

簡易NTP客戶端的實現流程如圖10.10所示。

圖10.10簡易NTP客戶端流程圖