Pozdrav svima! Danas ću pričati o tome kako napisati jednostavan NTP klijent. Uglavnom, razgovor će se fokusirati na strukturu paketa i način obrade odgovora s NTP servera. Kod će biti napisan u Pythonu, jer smatram da ne postoji bolji jezik za ovakve stvari. Poznavatelji će primijetiti sličnost koda s kodom ntplib — upravo sam se njime 'inspirirao'.
Dakle, što je uopće NTP? NTP je protokol za interakciju s poslužiteljima točnog vremena. Ovaj protokol se koristi u mnogim modernim strojevima. Na primjer, usluga w32tm u Windowsu.
Postoji ukupno 5 verzija NTP protokola. Prva, 0. verzija (1985, RFC958), trenutno se smatra zastarjelom. Sada se koriste novije verzije, 1. (1988, RFC1059), 2. (1989, RFC1119), 3. (1992, RFC1305) i 4. (1996, RFC2030). Verzije 1-4 su međusobno kompatibilne, razlikuju se samo po algoritmima rada. poslužitelja.
Format paketa
Leap indicator (indikator korekcije) — broj koji pokazuje upozorenje o sekundi koordinatora. Vrijednost:
- 0 – nema korekcije
- 1 – posljednja minuta dana sadrži 61 sekundu
- 2 – posljednja minuta dana sadrži 59 sekundi
- 3 – kvar na serveru (vrijeme nije sinkronizirano)
Version number (broj verzije) – broj verzije NTP protokola (1-4).
Mode (mod) — način rada pošiljatelja paketa. Vrijednost od 0 do 7, najčešće:
- 3 – klijent
- 4 – server
- 5 – širokofrekventni način
Stratum (razina slojevanja) – broj međuslojeva između servera i referentnih sati (1 – server dobiva podatke izravno s referentnih sati, 2 – server dobiva podatke s servera razine 1 itd.).
Pool — cijeli broj sa znakom, koji predstavlja maksimalni interval između uzastopnih poruka. NTP klijent ovdje naznačuje interval s kojim planira anketirati server, a NTP server - interval s kojim planira biti anketiran. Vrijednost je jednaka binarnom logaritmu sekundi.
Precision (preciznost) — cijeli broj sa znakom, koji predstavlja preciznost sistemskih sati. Vrijednost je jednaka binarnom logaritmu sekundi.
Root delay (kašnjenje servera) – vrijeme koje je potrebno da podaci dođu do NTP servera, izraženo kao broj sekundi s fiksnom točkom.
Root dispersion (raspršenost očitanja servera) — raspodjela očitanja NTP servera izražena kao broj sekundi s fiksnom točkom.
Ref id (identifikator izvora) – id sata. Ako server ima stratum 1, ref id je naziv atomskih satova (4 ASCII znaka). Ako server koristi drugi server, adresu tog servera zapisuje ref id.
Posljednja 4 polja predstavljaju vrijeme – 32 bita – cijeli dio, 32 bita – decimalni dio.
Referenca — posljednje očitanje sata na serveru.
Originate – vrijeme kada je paket poslan (popunjava ga server – o tome u nastavku).
Receive – vrijeme prijema paketa od strane servera.
Transmit – vrijeme slanja paketa s servera klijentu (popunjava ga klijent, o tome također u nastavku).
Dva posljednja polja nećemo razmatrati.
Napisat ćemo naš paket:
Kod paketa
class NTPPacket:
_FORMAT = "!B B b b 11I"
def __init__(self, version_number=2, mode=3, transmit=0):
# Potrebno je unijeti prijelazni sekund (2 bita)
self.leap_indicator = 0
# Verzija protokola (3 bita)
self.version_number = version_number
# Način pošiljatelja (3 bita)
self.mode = mode
# Razina "slojevanja" očitanja vremena (1 bajt)
self.stratum = 0
# Interval između zahtjeva (1 bajt)
self.pool = 0
# Preciznost (log2) (1 bajt)
self.precision = 0
# Interval za pristup NTP serveru (4 bajta)
self.root_delay = 0
# Rashod sata NTP-servera (4 bajta)
self.root_dispersion = 0
# Indikator satova (4 bajta)
self.ref_id = 0
# Vrijeme posljednje izmjene na serveru (8 bajtova)
self.reference = 0
# Vrijeme slanja paketa s lokalnog računala (8 bajtova)
self.originate = 0
# Vrijeme prijema na serveru (8 bajtova)
self.receive = 0
# Vrijeme slanja odgovora s servera (8 bajtova)
self.transmit = transmit
Da bismo slali (i primali) paket na server, moramo znati pretvoriti ga u niz bajtova.
Za ovu (i obrnutu) operaciju napisat ćemo dvije funkcije — pack() i unpack():
Funkcija pack
def pack(self):
return struct.pack(NTPPacket._FORMAT,
(self.leap_indicator << 6) +
(self.version_number << 3) + self.mode,
self.stratum,
self.pool,
self.precision,
int(self.root_delay) + get_fraction(self.root_delay, 16),
int(self.root_dispersion) +
get_fraction(self.root_dispersion, 16),
self.ref_id,
int(self.reference),
get_fraction(self.reference, 32),
int(self.originate),
get_fraction(self.originate, 32),
int(self.receive),
get_fraction(self.receive, 32),
int(self.transmit),
get_fraction(self.transmit, 32))
Funkcija unpack
def unpack(self, data: bytes):
unpacked_data = struct.unpack(NTPPacket._FORMAT, data)
self.leap_indicator = unpacked_data[0] >> 6 # 2 bits
self.version_number = unpacked_data[0] >> 3 & 0b111 # 3 bits
self.mode = unpacked_data[0] & 0b111 # 3 bits
self.stratum = unpacked_data[1] # 1 byte
self.pool = unpacked_data[2] # 1 byte
self.precision = unpacked_data[3] # 1 byte
# 2 bytes | 2 bytes
self.root_delay = (unpacked_data[4] >> 16) +
(unpacked_data[4] & 0xFFFF) / 2 ** 16
# 2 bytes | 2 bytes
self.root_dispersion = (unpacked_data[5] >> 16) +
(unpacked_data[5] & 0xFFFF) / 2 ** 16
# 4 bytes
self.ref_id = str((unpacked_data[6] >> 24) & 0xFF) + " " +
str((unpacked_data[6] >> 16) & 0xFF) + " " +
str((unpacked_data[6] >> 8) & 0xFF) + " " +
str(unpacked_data[6] & 0xFF)
self.reference = unpacked_data[7] + unpacked_data[8] / 2 ** 32 # 8 bytes
self.originate = unpacked_data[9] + unpacked_data[10] / 2 ** 32 # 8 bytes
self.receive = unpacked_data[11] + unpacked_data[12] / 2 ** 32 # 8 bytes
self.transmit = unpacked_data[13] + unpacked_data[14] / 2 ** 32 # 8 bytes
return self
Za lijene, u obliku dodatka – kod koji paketi pretvara u lijepu string
def to_display(self):
return "Leap indicator: {0.leap_indicator}n"
"Version number: {0.version_number}n"
"Mode: {0.mode}n"
"Stratum: {0.stratum}n"
"Pool: {0.pool}n"
"Precision: {0.precision}n"
"Root delay: {0.root_delay}n"
"Root dispersion: {0.root_dispersion}n"
"Ref id: {0.ref_id}n"
"Reference: {0.reference}n"
"Originate: {0.originate}n"
"Receive: {0.receive}n"
"Transmit: {0.transmit}"
.format(self)
Slanje paketa na server
Na server treba poslati paket s ispunjenim poljima Verzija, Mode i Transmit. U Transmit potrebno je navesti trenutno vrijeme na lokalnom računalu (broj sekundi od 1. siječnja 1900.), verzija – bilo koja od 1-4, način – 3 (klijentski način).
Server, nakon prihvaćanja zahtjeva, ispunjava sve podatke u NTP paketu kopiranjem u polje Originate vrijednosti iz Transmit, zaprimljenog u zahtjevu. Čudno mi je zašto klijent ne može odmah ispuniti vrijednost svog vremena u polju Originate. Na kraju, kada paket dođe natrag, klijent ima 4 vrijednosti vremena – vrijeme slanja zahtjeva (Originate), vrijeme prijema zahtjeva od strane servera (Receive), vrijeme slanja odgovora od servera (Transmit) i vrijeme prijema odgovora od klijenta – Stići (nije u paketu). Uz pomoć ovih vrijednosti možemo utvrditi točno vrijeme.
Kod za slanje i primanje paketa
# Time difference between 1970 and 1900, seconds
FORMAT_DIFF = (datetime.date(1970, 1, 1) - datetime.date(1900, 1, 1)).days * 24 * 3600
# Waiting time for recv (seconds)
WAITING_TIME = 5
server = "pool.ntp.org"
port = 123
packet = NTPPacket(version_number=2, mode=3, transmit=time.time() + FORMAT_DIFF)
answer = NTPPacket()
with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) as s:
s.settimeout(WAITING_TIME)
s.sendto(packet.pack(), (server, port))
data = s.recv(48)
arrive_time = time.time() + FORMAT_DIFF
answer.unpack(data)
Obrada podataka s servera
Obrada podataka s poslužitelja nalikuje postupcima engleskog džentlmena iz starog zadatka Raymonda M. Smullyana (1978): „Jednoj osobi nije bilo dostupno ručno vrijeme, ali su kod kuće visili točni zidni satovi koje je povremeno zaboravljao namjestiti. Jednom prilikom, zaboravivši ponovno nastaviti sat, otišao je u posjet svom prijatelju, proveo s njim večer, a kada se vratio kući, uspješno je namjestio sat. Kako mu je to uspjelo, ako vrijeme putovanja nije bilo unaprijed poznato?“ Odgovor je sljedeći: „Izlazeći iz kuće, osoba namješta sat i pamti u kojem su položaju kazaljke. Kada dođe kod prijatelja i odlazi s posjeta, bilježi vrijeme svog dolaska i odlaska. To mu omogućuje da sazna koliko je vremena proveo kod prijatelja. Vraćajući se kući i pogledajući na sat, osoba određuje trajanje svog odsustva. Oduzimajući od tog vremena vrijeme koje je provela kod prijatelja, saznaje vrijeme potrošeno za putovanje ondje i natrag. Dodajući polovinu vremena potrošenog na putovanje tome vremenu kada je napustila prijatelja, dobiva mogućnost da sazna vrijeme svog dolaska kući i pravilno premjesti kazaljke svojih satova.
Određujemo vrijeme obrade poslužitelja za zahtjev:
- Određujemo vrijeme putovanja paketa od klijenta do poslužitelja: ((Dolazak – Izvor) — (Prijenos – Primanje)) ÷ 2
- Određujemo razliku između vremena klijenta i poslužitelja:
Primanje — Izvor — ((Dolazak – Izvor) — (Prijenos – Primanje)) ÷ 2 =
2 * Primanje — 2 * Izvor – Dolazak + Izvor + Prijenos – Primanje =
Primanje – Izvor – Dolazak + Prijenos
Dodajemo dobivenu vrijednost lokalnom vremenu i radujemo se životu.
Ispis rezultata
time_different = answer.get_time_different(arrive_time)
result = "Razlika u vremenu: {}nVrijeme poslužitelja: {}n{}".format(
time_different,
datetime.datetime.fromtimestamp(time.time() + time_different).strftime("%c"),
answer.to_display())
print(result)
Koristan .
Izvor: habr.com
