使用SNTP协议获取时间

SNTP是NTP的简化版,用于网络设备时间同步,精度稍低。本文介绍了NTP协议的基本原理,包括其报文格式和时间戳,并列举了国内可用的NTP服务器。同时,还探讨了如何使用Python实现SNTP客户端,以及如何获取1970年的NTP时间戳。

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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。

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       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19001月零点。它能表示的最大数字为4294967295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(2147483648秒)时间戳的最高位已被设置为1,在2036年的某一个时间(4294

SNTP协议客户端实现以及数据包格式: 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)。 VN:版本号。 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:这是向服务器请求分离客户机的时间,采用64位时标格式。 Receive Timestamp:这是向服务器请求到达客户机的时间,采用64位时标格式。 Transmit Timestamp:这是向客户机答复分离服务器的时间,采用64位时标格式。 Authenticator(Optional):当实现了NTP认证模式时,主要标识符信息数字域就 包括已定义的信息认证代码(MAC)信息。
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