要了解SNTP,首先需要了解NTP协议。SNTP是NTP的子集,简化了NTP的许多算法和步骤,得到了效率,但时间的精度不如NTP,可是对于民用时间来说足够了,大概最多差距几秒的样子。
NTP(Network Time Protocol,网络时间协议)是由RFC 1305定义的时间同步协议,用来在分布式时间服务器和客户端之间进行时间同步。NTP基于UDP报文进行传输,使用的UDP端口号为123。
使用NTP的目的是对网络内所有具有时钟的设备进行时钟同步,使网络内所有设备的时钟保持一致,从而使设备能够提供基于统一时间的多种应用。
对于运行NTP的本地系统,既可以接收来自其他时钟源的同步,又可以作为时钟源同步其他的时钟,并且可以和其他设备互相同步。
NTP工作原理
NTP的基本工作原理如图所示。Device A和Device B通过网络相连,它们都有自己独立的系统时钟,需要通过NTP实现各自系统时钟的自动同步。为便于理解,作如下假设:
在Device A和Device B的系统时钟同步之前,Device A的时钟设定为10:00:00am,Device B的时钟设定为11:00:00am。
Device B作为NTP时间服务器,即Device A将使自己的时钟与Device B的时钟同步。
NTP报文在Device A和Device B之间单向传输所需要的时间为1秒。
系统时钟同步的工作过程如下:
Device A发送一个NTP报文给Device B,该报文带有它离开Device A时的时间戳,该时间戳为10:00:00am(T1)。
当此NTP报文到达Device B时,Device B加上自己的时间戳,该时间戳为11:00:01am(T2)。
当此NTP报文离开Device B时,Device B再加上自己的时间戳,该时间戳为11:00:02am(T3)。
当Device A接收到该响应报文时,Device A的本地时间为10:00:03am(T4)。
至此,Device A已经拥有足够的信息来计算两个重要的参数:
NTP报文的往返时延Delay=(T4-T1)-(T3-T2)=2秒。
Device A相对Device B的时间差offset=((T2-T1)+(T3-T4))/2=1小时。
这样,Device A就能够根据这些信息来设定自己的时钟,使之与Device B的时钟同步。
NTP时间戳
NTP时间戳是该协议的重要产品,用来对时间进行精确表示。它由一个64位无符号浮点数组成,整数部分为头32位,小数部分为后32位;单位为秒,时间相对于1900年1月零点。它能表示的最大数字为4,294,967,295秒,同时具有232PS的精确性,这能满足最苛刻的时间要求。值得注意的是在1968年的某一个时间(2,147,483,648秒)时间戳的最高位已被设置为1,在2036年的某一个时间(4,294,967,295秒)64位字段将会溢出,所有位将会被置为零,此时的时间戳将会被视为无效。为了解决这一问题,尽量延长SNTP时间戳的使用时间,一种可能的办法为:如果最高位设置为1,UTC时间范围为1968-2036之间,时间计算起点从1900年1月0点0分0秒开始计算;如果最高位设置为0,UTC时间范围为2036-2104之间,时间计算起点从2036年2月7日6点28分16秒开始计算;
NTP的报文格式
NTP有两种不同类型的报文,一种是时钟同步报文,另一种是控制报文。控制报文仅用于需要网络管理的场合,它对于时钟同步功能来说并不是必需的,这里不做介绍。
主要字段的解释如下:
l LI:当前时间闰秒标志。字段长度为2位整数,只在服务器端有效。取值定义为:
LI=0:无警告;
LI=1:最后一分钟是61秒;
LI=2:最后一分钟是59秒;
LI=3:警告(时钟没有同步)
服务器在开始时,LI设置为3,一旦与主钟取得同步后就设置成其它值。
l VN(Version Number):长度为3比特,表示NTP的版本号,可以是3或者是4
Mode:指示协议模式。字段长度为3位,取值定义为:
Mode=0:保留
Mode=1:对称主动;
Mode=2:对称被动;
Mode=3:客户;
Mode=4:服务器;
Mode=5:广播;
Mode=6:保留为NTP控制信息;
Mode=7:保留为用户定义;
在单播和多播模式,客户在请求时把这个字段设置为3,服务器在响应时把这个字段设置为4。在广播模式下,服务器把这个字段设置为5。
l Poll Interval:指示数据包的最大时间间隔,以秒为单位,作为2的指数方的指数部分,该字段只在服务器端有效。字段长度为8位整数,取值范围从4-17,即16秒到131,072秒。
l Precision:指示系统时钟的精确性,以秒为单位,作为2的指数方的指数部分,该字段只在服务器端有效。字段长度为8位符号整数,取值范围从-6到-20。
l Root Delay:指示与主时钟参考源的总共往返延迟,以秒为单位,该字段只在服务器端有效。字段长度为32位浮点数,小数部分在16位以后,取值范围从负几毫秒到正几百毫秒。
l Root Dispersion:指示与主时钟参考源的误差,以秒为单位,该字段只在服务器端有效。字段长度为32位浮点数,小数部分在16位以后,取值范围从零毫秒到正几百毫秒。
l Reference Identifier:指示时钟参考源的标记,该字段只在服务器端有效。对于一级服务器,字段长度为4字节ASCII字符串,左对齐不足添零。对于二级服务器,在IPV4环境下,取值为一级服务器的IP地址,在IPV6环境下,是一级服务器的NSAP地址。
l Reference Timestamp:指示系统时钟最后一次校准的时间,该字段只在服务器端有效,以前面所述64位时间戳格式表示。
l Originate Timestamp:指示客户向服务器发起请求的时间,以前面所述64位时间戳格式表示。
l Receive Timestamp:指服务器收到客户请求的时间 ,以前面所述64位时间戳格式表示。
l Transmit Timestamp:指示服务器向客户发时间戳的时间,以前面所述64位时间戳格式表示。
l Authenticator(可选):当需要进行SNTP认证时,该字段包含密钥和信息加密码
国内可用的NTP Server
1.cn.pool.ntp.org
2.cn.pool.ntp.org
3.cn.pool.ntp.org
0.cn.pool.ntp.org
cn.pool.ntp.org
tw.pool.ntp.org
0.tw.pool.ntp.org
1.tw.pool.ntp.org
2.tw.pool.ntp.org
3.tw.pool.ntp.org
这十台服务器从地理位置上说离我们最近,它们所提供给我们的时间与标准时间之间的差别也最小,在国内使用,精度完全够用!
用python实现sntp客户端
#coding=utf-8 import socket import struct import sys import time NTP_SERVER = ‘2.cn.pool.ntp.org‘ #1970年的NTP时间戳 TIME1970 =2208988800L def sntp_client(): client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) #客户端主要构造前三个字段即可,后面所有位都填充0 #‘\x23‘ 展开为 00 100 011 分别填充LI, VN, Mode字段 #余下的47 * 8 = 376位都填充0 data = ‘\x23‘ + 47 * ‘\0‘ client.sendto(data, (NTP_SERVER, 123)) data, address = client.recvfrom(1024) if data: print ‘Response received from:‘, address #得到Transmit Timestamp:即服务器向客户发时间戳的时间 t = struct.unpack( ‘!12I‘, data)[10] #减去1970年的NTP时间,得到Unix时间戳 t -= TIME1970 print ‘\tTime=%s‘ % time.ctime(t) if __name__ == ‘__main__‘: sntp_client()
1970年的NTP时间戳获得
不同的时间戳只不过是相对的时间点不同,NTP时间戳是距1900年1月1日0点0分0秒的秒数,而Unix时间戳是距1970年1月1日0点0分0秒的秒数。我们想知道1970年的NTP时间戳,实际上是1970年和1900年之间的秒数。而这个数字也等于 abs(1900年的Unix时间戳)。
所以我们可以利用在线Unix时间戳转换工具算出这个值。取正之后,就是1970年的NTP时间戳。
本来想用Python算出这个值,可是python的mktime函数不支持1970年以前的时间。
不知道有没有其它的函数可以算出,等以后遇到后可以再补充。