无论PC端还是移动端系统都自带时间同步功能，基于的都是NTP协议，这里使用C#来实现基于NTP协议的网络校时功能（也就是实现时间同步）。
1、NTP原理
NTP【Network Time Protocol】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等等)做同步化，它可以提供高精准度的时间校正（LAN上与标准间差小于1毫秒，WAN上几十毫秒），且可介由加密确认的方式来防止恶毒的协议攻击。
先介绍下NTP数据包格式（其标准化文档为RFC2030，NTP版本是第4版本）：
1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|LI | VN |Mode | Stratum | Poll | Precision |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Root Delay |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Root Dispersion |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Reference Identifier |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| Reference Timestamp (64) |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| Originate Timestamp (64) |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| Receive Timestamp (64) |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| Transmit Timestamp (64) |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Key Identifier (optional) (32) |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| |
| Message Digest (optional) (128) |
| |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
其中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）。0表示无警告，1表示最后一分钟有61秒，2表示最后一分钟有59秒，3表示告警状态，时钟未被同步。
VN：版本号。这里是4。
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：NTP请求报文离开发送端是发送端的本地时间，采用64位时标格式。
Receive Timestamp：NTP请求报文接收到时接收端的本地时间，采用64位时标格式。
Transmit Timestamp：这是应答报文离开应答者时应答者的本地时间，采用64位时标格式。
这里采用的是客户端请求服务器的模式，所以只介绍客户端模式报文发送，可选项不需要，如下
字段名称 单播
请求报文 响应报文
------------------------------------------------
LI 0 0-2
VN 4 3-4
Mode 3 4
Stratum 0 1-14
Poll 0 ignore
Precision 0 ignore
Root Delay 0 ignore
Root Dispersion 0 ignore
Reference Identifier 0 ignore
Reference Timestamp 0 ignore
Originate Timestamp 0 请求报文发送时间（T1）
Receive Timestamp 0 请求报文到达服务端时间（T2）
Transmit Timestamp 本地时间（T1） 服务端应答报文离开时服务端本地时间（T3）
可以看到客户端发送本地时间（T1）过去后，服务端响应报文会将客户端报文发送时间放在字段Originate Timestamp字段中发回来，同时报文中带有请求报文到达服务端的时间（T2)和服务端应答报文离开服务端时的服务端时间（T3），而客户端接收到来自服务端发送的响应报文时的本地时间为T4，根据这四个参数可以计算：
NTP报文的往返时延delay=（T4-T1）-（T3-T2）
客户端与服务端时间差（时钟补偿）offset=（（T2-T1）+（T3-T4））/2
以上时间差计算是假定报文往返相同的情况下，如果请求报文时延和响应报文所花费时间不一致，则计算的时间差offset并不准确(一般来说肯定有误差，误差最大为往返时延的1/2)，但这点精度还在容忍范围。如此可以计算服务器端时间ServerTime = LocalTime + offset。
2、代码实现
2.1 报文构造
前面已经讲过，发送的报文Mode为3，版本为4，发送时间是本地时间，其余字段为0，代码如下（可选项不用）
1 private const byte NTPDataLength = 48;
2 // NTP 数据包 (基于RFC 2030)
3 byte[] NTPData = new byte[NTPDataLength];
4
5 //NTP数据包初始化
6 private void Initialize()
7 {
8 //版本4，模式客户端（3）
9 NTPData[0] = 0x1B;
10 //其他初始化为0
11 for (int i = 1; i < 48; i++)
12 {
13 NTPData[i] = 0;
14 }
15 //发送端本地时间
16 TransmitTimestamp = DateTime.Now;
17 }
2.2报文发送
NTP协议基于UDP，端口号为123，报文构造好后则发送报文，需要先获取NTP服务器端地址，百度搜索下第一个就是豆瓣的，笔者使用的是上海交通大学网络中心NTP服务器地址ntp.sjtu.edu.cn，参照国外一位作者的代码（该代码写于2001年，后续笔者会对该代码进行部分改动并封装，后面会放出改动的代码），通过域名解析的方式获得IP地址，然后进行连接。
1 //在DNS服务器中查询NTP服务器的IP 地址（这里就不要输入IP地址了，否则报错） 2 IPHostEntry hostadd = Dns.GetHostEntry(TimeServer); 3 IPEndPoint EPhost = new IPEndPoint(hostadd.AddressList[0], 123); 4 5 //连接NTP服务器 6 UdpClient TimeSocket = new UdpClient(); 7 TimeSocket.Connect(EPhost); 8 9 //初始化NTP数据报文 10 Initialize(); 11 //发送NTP报文 12 TimeSocket.Send(NTPData, NTPData.Length);
2.3报文接收
报文接收后，首先要记录接收报文时的本地时间，代码非常简单，如下
1 NTPData = TimeSocket.Receive(ref EPhost); 2 //记录接收到报文时的本地时间 3 ReceptionTimestamp = DateTime.Now;
2.4报文解析
首先介绍下时间格式，如下所示，时间分为秒和秒的小数部分，左边是高位，右边是低位，代码如下：
1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Seconds |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Seconds Fraction (0-padded) |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
1 private ulong GetMilliSeconds(byte offset)
2 {
3 ulong intpart = 0, fractpart = 0;
4
5 for (int i = 0; i <= 3; i++)
6 {
7 intpart = 256 * intpart + NTPData[offset + i];
8 }
9 for (int i = 4; i <= 7; i++)
10 {
11 fractpart = 256 * fractpart + NTPData[offset + i];
12 }
13
14 ulong milliseconds = intpart * 1000 + (fractpart * 1000) / 0x100000000L;
15 return milliseconds;
16 }
主要讲解下秒的小数部分的表示，小数部分由32位整数表示，如果全部为1，并除以以0x100000000，也就是0xFFFFFFFF/0x100000000=0.999999999767(后面的就省略了)，可以看到通过换算小数部分最大值可以精确表示到0.999999999，也就是纳秒级别，这里忽略了大约200多皮秒的时间。对我们来说，只要毫秒时间可以了，所以毫秒计算公式为
milliseconds = 1000* fraction / 0x100000000
获得总毫秒时间后换算为具体年月日时间，代码如下
1 private DateTime ComputeDate(ulong milliseconds)
2 {
3 TimeSpan span =TimeSpan.FromMilliseconds((double)milliseconds);
4 DateTime time = new DateTime(1900, 1, 1);
5 time += span;
6 return time;
7 }
基于此，计算上面所讲的T1、T2、T3
1 // T1 请求报文客户端时间
2 public DateTime OriginateTimestamp
3 {
4 get
5 {
6 return
7 ComputeDate(GetMilliSeconds(offOriginateTimestamp));
8 }
9 }
10
11 // T2 接收到请求报文时服务器端时间
12 public DateTime ReceiveTimestamp
13 {
14 get
15 {
16 DateTime time = ComputeDate(GetMilliSeconds(offReceiveTimestamp));
17 // 协调世界时转为当地时间
18 TimeSpan offspan = TimeZone.CurrentTimeZone.GetUtcOffset(DateTime.Now);
19 return time + offspan;
20 }
21 }
22
23 // T3 响应报文发送时服务器端时间
24 public DateTime TransmitTimestamp
25 {
26 get
27 {
28 DateTime time = ComputeDate(GetMilliSeconds(offTransmitTimestamp));
29 // 协调世界时转为当地时间
30 TimeSpan offspan = TimeZone.CurrentTimeZone.GetUtcOffset(DateTime.Now);
31 return time + offspan;
32 }
33 }
这样可以计算得到时钟补偿offset = (ReceiveTimestamp - OriginateTimestamp) - (ReceptionTimestamp - TransmitTimestamp)
3、代码封装
代码封装基于原国外代码基础之上，重复造车轮意义不大，原代码没有进行时钟补偿，直接使用了服务器端发送时间即 TransmitTimestamp(T3)，对其封装后直接获取当前时间就可以了，不用再做修改了，代码如下(比较简单，就没有注释了)
1 public class BeijingTime
2 {
3 private const string HOST = "ntp.sjtu.edu.cn";
4
5 private static BeijingTime _instance = null;
6 private NTPClient _client;
7
8 private TimeSpan _tsClock = new TimeSpan(0);
9
10 private bool _IsConnect = false; //没有建立连接
11
12 private BeijingTime()
13 {
14 _client = new NTPClient(HOST);
15 }
16
17 public bool IsConnect
18 {
19 get { return _IsConnect; }
20 }
21
22 public DateTime BeijingTimeNow
23 {
24 get { return DateTime.Now.Add(_tsClock); }
25 }
26
27 /// <summary>
28 /// 设置本地时间，返回失败可能是因为权限不足，请在管理员权限下使用
29 /// </summary>
30 /// <param name="dtLocal"></param>
31 /// <returns></returns>
32 public bool SetLocalTime(DateTime dtLocal)
33 {
34 return _client.SetTime(dtLocal);
35 }
36
37 public bool Connect()
38 {
39 try
40 {
41 _client.Connect();
42 _IsConnect = true;
43 _tsClock = new TimeSpan(_client.LocalClockOffset);
44
45 return true;
46 }
47 catch (Exception)
48 {
49 _IsConnect = false;
50 return false;
51 }
52 }
53
54 public static BeijingTime Instance
55 {
56 get
57 {
58 if (_instance == null)
59 {
60 _instance = new BeijingTime();
61 }
62
63 return _instance;
64 }
65 }
66 }
4、测试结果
下载封装好的代码，如下方式调用
1 static void Main(string[] args)
2 {
3 Utility.BeijingTime beijing = Utility.BeijingTime.Instance;
4 beijing.Connect();
5 Console.WriteLine(string.Format("时钟补偿:{0:f6}",(beijing.BeijingTimeNow - DateTime.Now).TotalSeconds));
6 Console.WriteLine(string.Format("本地时间:{0}",beijing.BeijingTimeNow.ToString()));
7 Console.ReadLine();
8 }
结果如下：因为本身使用Windows自带同步功能同步过，所以结果还是蛮精确的
5、后记
网上虽然有很多相关介绍的文章，但个别地方讲的并不仔细，大多代码也不能直接拿来用，就参照国外的源代码和RFC2030文档写了这篇文章，并修改了代码，方便不愿意看原理的人直接下载代码就可以使用。NTP协议内容很多，这里只讲了客户端请求服务端的方式。限于笔者个人水平，文章中难免会出现疏漏，还望指正。
参考文章
1、http://blog.sina.com.cn/s/blog_772ee6f30100pbzw.html
2、http://www.ietf.org/rfc/rfc2030.txt
3、http://blog.163.com/yzc_5001/blog/static/2061963420121283050787/