ntp客户端对时C语言

Question

请教ntp对时方面的专家，最近做一个开发，需求如下：
通过 NTP 乒乓的方式实现对北斗时间同步装置及被授时设备对时偏差的监测，采用客户端（管理端）和服务器（被监测端）问答方式实现对时偏差的计算。为了提高对时偏差的精度，采用时钟装置做为监测的管理端，监测其它被授时设备，具体过程如下：
a) A 为管理端发送“监测时钟请求”的时标；
b) B 为被监测端收到“监测时钟请求”的时标；
c) C 为被监测端返回“监测时钟请求的结果”的时标；
d) D 为管理端收到“监测时钟请求的结果”的时标；
e) △t 为管理端时钟超前被监测装置内部时钟的钟差（正为相对超前，负代表相对滞后）；
f) △t =[(D - C) + (A - B)]/2
问题1：我看了网络上一些代码，好像都没有具体取得以上A,B,C,D这四个时间的，各位可有相关源码，发我参考一下。

此外，我在网络上找到一段代码，源码和执行结果如下：

typedef struct
{
    uint8_t li_vn_mode;      // Leap indicator, version and mode
    uint8_t stratum;         // Stratum level of the local clock
    uint8_t poll;            // Maximum interval between successive messages
    uint8_t precision;       // Precision of the local clock
    uint32_t rootDelay;      // Total round trip delay time
    uint32_t rootDispersion; // Max error aloud from primary clock source
    uint32_t refId;          // Reference clock identifier  
    uint32_t refTm_s;        // Reference time-stamp seconds 参考时间戳  
    uint32_t refTm_f;        // Reference time-stamp fraction of a second
    uint32_t origTm_s;       // Originate time-stamp seconds  原始时间戳  
    uint32_t origTm_f;       // Originate time-stamp fraction of a second
    uint32_t rxTm_s;         // Received time-stamp seconds  接收时间戳
    uint32_t rxTm_f;         // Received time-stamp fraction of a second
    uint32_t txTm_s;         // Transmit time-stamp seconds  传送时间戳
    uint32_t txTm_f;         // Transmit time-stamp fraction of a second
} ntp_packet;

void main()
{
    m_client_sockid = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
    struct sockaddr_in clientSockAdd;
    bzero((char *)&clientSockAdd, sizeof(clientSockAdd));
    clientSockAdd.sin_family = AF_INET;
    clientSockAdd.sin_port = htons(this->m_iPort);
    clientSockAdd.sin_addr.s_addr = inet_addr(this->m_IP.c_str());

    int iRet = -1;
    ntp_packet ntpPacket;
    ;
    memset(&ntpPacket, 0, sizeof(ntp_packet));
    ntpPacket.li_vn_mode = (0x3 << 6) | (0x3 << 3) | 0x3; // NTPv4, client mode
    iRet = sendto(m_client_sockid, (char *)&ntpPacket, sizeof(ntp_packet), 0, (struct sockaddr *)&clientSockAdd, sizeof(clientSockAdd));
    iRet = recvfrom(m_client_sockid, (char *)&ntpPacket, sizeof(ntp_packet), 0, NULL, NULL);

    cout << "iRet:" << to_string(iRet) << endl;
    cout << "refTm_s:" << to_string(ntpPacket.refTm_s) << endl;
    cout << "refTm_f:" << to_string(ntpPacket.refTm_f) << endl;
    cout << "origTm_s:" << to_string(ntpPacket.origTm_s) << endl;
    cout << "origTm_f:" << to_string(ntpPacket.origTm_f) << endl;
    cout << "rxTm_s:" << to_string(ntpPacket.rxTm_s) << endl;
    cout << "rxTm_f:" << to_string(ntpPacket.rxTm_f) << endl;
    cout << "txTm_s:" << to_string(ntpPacket.txTm_s) << endl;
    cout << "txTm_f:" << to_string(ntpPacket.txTm_f) << endl;

    ntpPacket.refTm_s = ntohl(ntpPacket.refTm_s);
    ntpPacket.refTm_f = ntohl(ntpPacket.refTm_f);
    time_t tmTemp = (time_t)(ntpPacket.refTm_s - NTP_TIMESTAMP_DELTA);
    printf("refTm: %s", ctime((const time_t *)&tmTemp));

    ntpPacket.rxTm_s = ntohl(ntpPacket.rxTm_s);p
    ntpPacket.rxTm_f = ntohl(ntpPacket.rxTm_f);
    tmTemp = (time_t)(ntpPacket.rxTm_s - NTP_TIMESTAMP_DELTA);
    printf("rxTm: %s", ctime((const time_t *)&tmTemp));

    ntpPacket.txTm_s = ntohl(ntpPacket.txTm_s);
    ntpPacket.txTm_f = ntohl(ntpPacket.txTm_f);
    tmTemp = (time_t)(ntpPacket.txTm_s - NTP_TIMESTAMP_DELTA);
    printf("txTm: %s", ctime((const time_t *)&tmTemp));
}

执行结果如下：

问题2：这个例子中的参考时间戳、原始时间戳、接收时间戳、传送时间戳与问题1中的A,B,C,D可有对应关系，如果没有，它们分别是什么意思呢？执行结果中的原始时间为什么是0，参考时间为什么是3天前的一个日期？
问题3：客户端作为发送方，其请求发出的时间和收到回复的时间都可以自己记录，看上面的程序，这两个时间好像ntp协议会自动填充到结构体中一样，不知我的理解是否正确？

Answer 1

参考免费微信小程序：皆我百晓生 作答，经由专家-皆知整理回复，如问题解决，望采纳；如仍有疑问，请评论回复。

针对您的问题，我会尽力提供详尽的解答，并给出相应的代码示例。

问题1：如何获取A, B, C, D四个时间点

在NTP协议中，您提到的A、B、C、D时间点实际上可以通过NTP包中的时间戳字段间接计算出来。根据您的描述，我们可以这样理解：

• A 对应于管理端发送NTP请求的时刻，这通常是我们发起请求的本地时间，在C语言中可以直接用clock()或gettimeofday()等函数获取。
• B 是被监测端接收到请求的时刻，对应于NTP响应包中的rxTm_s和rxTm_f字段，表示服务器接收到客户端请求的时间。
• C 是被监测端处理完请求并准备发送响应的时刻，这在NTP响应中没有直接提供，但可以根据响应构造时的本地时间近似估计。
• D 是管理端接收到响应的时刻，这同样可以使用clock()或gettimeofday()等函数在收到响应时记录。

问题2：NTP包中时间戳的含义及执行结果疑问

• refTm_s和refTm_f是参考时间戳，通常表示服务器的时钟参考源（比如GPS或原子钟）的时间，这里显示的是一个较早的日期，可能是因为服务器设置或配置的问题，导致它报告了一个错误或过去的参考时间。
• origTm_s和origTm_f是原始时间戳，理论上应为客户端发送请求时的时间，但在您提供的代码和输出中始终为0，这可能是因为NTP协议的某些实现中，客户端不填充这部分信息。
• rxTm_s和rxTm_f是接收时间戳，即服务器接收到客户端请求的时间点B。
• txTm_s和txTm_f是传送时间戳，即服务器发送响应的时间，近似等于C时间点。

问题3：客户端记录请求和响应时间

您的理解基本正确。NTP协议确实会自动在响应中包含接收和传送时间戳，客户端可以记录发送请求的本地时间（A），然后从响应中提取rxTm_s和txTm_s来间接获得B和C（或至少是C的近似值）。D时间则需要客户端在实际接收到响应时自行记录。

示例代码改进

考虑到上述解释，下面是一个简化的C语言示例，展示如何记录A、B（通过NTP响应）、D，并尝试估算C的时间点。注意，由于C时间点的精确值不可直接获得，我们使用当前时间作为近似。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>

typedef struct {
    // ... (原结构体定义保持不变)
} ntp_packet;

int main() {
    // ... (原来的socket创建和配置代码)

    ntp_packet ntpPacket;
    memset(&ntpPacket, 0, sizeof(ntp_packet));
    ntpPacket.li_vn_mode = (0x3 << 6) | (0x3 << 3) | 0x3; // NTPv4, client mode

    // 记录请求发送时间A
    struct timeval tv;
    gettimeofday(&tv, NULL);
    double requestSendTime = tv.tv_sec + tv.tv_usec / 1e6;

    // 发送请求
    int iRet = sendto(...);

    // 接收响应
    iRet = recvfrom(...);

    // 记录响应接收时间D
    gettimeofday(&tv, NULL);
    double responseRecvTime = tv.tv_sec + tv.tv_usec / 1e6;

    // C时间点近似为当前时间，因为服务器处理和发送几乎同时
    double approximateCTime = responseRecvTime;

    // 解析并打印NTP响应中的时间戳
    // 注意：此处省略了转换和打印代码，直接使用之前的方法

    // 根据公式计算△t
    double Dt = ((responseRecvTime - ntpPacket.txTm_s) + (requestSendTime - ntpPacket.rxTm_s)) / 2.0;
    printf("Estimated time difference △t: %f seconds\n", Dt);

    return 0;
}

请注意，此代码仅为示例，实际应用中可能需要更精确的时钟同步逻辑和错误处理机制。特别是在计算△t时，考虑到了网络延迟和处理时间的影响，但这是一个非常简化的模型，真实场景下的误差分析会更加复杂。