嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò)編程之：實驗內(nèi)容——NTP協(xié)議實現(xiàn)

10.4實驗內(nèi)容——NTP協(xié)議實現(xiàn)

1．實驗目的

通過實現(xiàn)NTP協(xié)議的練習，進一步掌握Linux網(wǎng)絡(luò)編程，并且提高協(xié)議的分析與實現(xiàn)能力，為參與完成綜合性項目打下良好的基礎(chǔ)。

2．實驗內(nèi)容

NetworkTimeProtocol（NTP）協(xié)議是用來使計算機時間同步化的一種協(xié)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(xié)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(wèi)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(shù)限制在15以內(nèi)。所有這些服務器在邏輯上形成階梯式的架構(gòu)并相互連接，而Stratum-1的時間服務器是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

進行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)時最重要的是了解協(xié)議數(shù)據(jù)格式。NTP數(shù)據(jù)包有48個字節(jié)，其中NTP包頭16字節(jié)，時間戳32個字節(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(xié)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(fā)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(qū)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(fā)出時間信息，客戶根據(jù)此信息調(diào)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(shù)表示連續(xù)信息間的最大間隔。

n Precision：有符號整數(shù)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(shù)部分的符號定點小數(shù)。

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(shù)部分的無符號定點小數(shù)。

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(xiàn)了NTP認證模式時，主要標識符和信息數(shù)字域就包括已定義的信息認證代碼（MAC）信息。

由于NTP協(xié)議中涉及比較多的時間相關(guān)的操作，為了簡化實現(xiàn)過程，在本實驗中，僅要求實現(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)議字段進行發(fā)送和接收，最后與時間相關(guān)的操作不需進行處理。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)議進行數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)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(xiàn)流程如圖10.10所示。

圖10.10簡易NTP客戶端流程圖