Ahojte, používatelia Habr. Dnes chcem hovoriť o tom, ako napísať svoj jednoduchý NTP klient. Hlavne sa budeme zaoberať štruktúrou paketu a spôsobom spracovania odpovede z NTP servera. Kód bude napísaný v Pythone, pretože, ako sa domnievam, lepší jazyk na takéto veci jednoducho nenájdete. Odborníci si určite všimnú podobnosť kódu s kódom ntplib — inšpiroval som sa práve ním.
Takže, čo vlastne NTP je? NTP – protokol interakcie so servermi presného času. Tento protokol sa používa v mnohých moderných zariadeniach. Napríklad, služba w32tm vo Windows.
Existuje celkovo 5 verzií NTP protokolu. Prvá, 0. verzia (1985, RFC958), sa v súčasnosti považuje za zastaranú. Teraz sa používajú novšie verzie: 1. (1988, RFC1059), 2. (1989, RFC1119), 3. (1992, RFC1305) a 4. (1996, RFC2030). Verzie 1-4 sú medzi sebou kompatibilné, líšia sa len pracovnými algoritmami. serverov.
Formát paketu

Indikátor skoku (indikátor korekcie) — číslo, ktoré ukazuje varovanie o sekunde koordinácie. Hodnota:
- 0 – žiadna korekcia
- 1 – posledná minúta dňa obsahuje 61 sekúnd
- 2 – posledná minúta dňa obsahuje 59 sekúnd
- 3 – porucha servera (čas nie je synchronizovaný)
Číslo verzie (číslo verzie) – číslo verzie protokolu NTP (1-4).
Režim (režim) — režim činnosti odosielateľa paketu. Hodnota od 0 do 7, najčastejšie:
- 3 – klient
- 4 – server
- 5 – širokopásmový režim
Stratum (úroveň vrstvenia) – počet medzičlánkov medzi serverom a referenčnými hodinami (1 – server získava údaje priamo z referenčných hodín, 2 – server získava údaje zo servera s úrovňou 1 atď.).
Pool – celé číslo so znamienkom, predstavujúce maximálny interval medzi po sebe idúcimi správami. NTP klient tu uvádza interval, s ktorým predpokladá, že bude server dotazovať, a NTP server – interval, s ktorým predpokladá, že ho budú dotazovať. Hodnota je rovná dvojkovému logaritmu sekúnd.
Presnosť (presnosť) — celé číslo so znamienkom, predstavujúce presnosť systémových hodín. Hodnota je rovná dvojkovému logaritmu sekúnd.
Zdržanie koreňa (zdržanie servera) – čas, za ktorý sa merania hodín dostanú na NTP server, v sekundách s pevnou desatinnou čiarkou.
Rozptyl koreňa (rozptyl merania servera) — rozptyl merania hodín NTP servera ako číslo sekúnd s pevnou desatinnou čiarkou.
ID referencie (identifikátor zdroja) – id hodín. Ak server má stratum 1, ref id je názov atómových hodín (4 ASCII znaky). Ak server používa iný server, adresa tohto servera je v ref id.
Posledné 4 polia predstavujú čas – 32 bitov – celé číslo, 32 bitov – desatinná časť.
Referenciu – posledné merania hodín na serveri.
Pôvod – čas, kedy bol balík odoslaný (vyplňuje server – o tom nižšie).
Prijatie – čas, kedy server prijal balík.
Odoslanie – čas, kedy balík od servera poslal klient (vyplňuje klient, o tom tiež nižšie).
Dve posledné polia nebudeme zvažovať.
Napíšeme náš balík:
Kód balíka
class NTPPacket:
_FORMAT = "!B B b b 11I"
def __init__(self, version_number=2, mode=3, transmit=0):
# Potrebné na zadanie prestupnej sekundy (2 bity)
self.leap_indicator = 0
# Verzia protokolu (3 bity)
self.version_number = version_number
# Mód odosielateľa (3 bity)
self.mode = mode
# Úroveň "vrstvenia" čítania času (1 byt)
self.stratum = 0
# Interval medzi požiadavkami (1 byt)
self.pool = 0
# Presnosť (log2) (1 byt)
self.precision = 0
# Interval na dosiahnutie NTP servera (4 bajty)
self.root_delay = 0
# Rozptyl na NTP serveri (4 bajty)
self.root_dispersion = 0
# Ukazovateľ hodín (4 bajty)
self.ref_id = 0
# Čas poslednej aktualizácie na serveri (8 bajtov)
self.reference = 0
# Čas odoslania balíka z lokálneho zariadenia (8 bajtov)
self.originate = 0
# Čas prijatia na serveri (8 bajtov)
self.receive = 0
# Čas odoslania odpovede zo servera (8 bajtov)
self.transmit = transmit
Aby sme mohli posielať (a prijímať) balík na server, musíme vedieť prevádzať ho na pole bajtov.
Pre túto (aj spätnú) operáciu napíšeme dve funkcie – pack() a unpack():
Funkcia 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))
Funkcia 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
Pre lenochov, ako aplikáciu – kód premení balík na pekný reťazec
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)
Odoslanie balíka na server
Na server je potrebné odoslať balík so vyplnenými poľami Verzia, Režim a Odoslanie. V Odoslanie je potrebné uviesť aktuálny čas na lokálnom počítači (počet sekúnd od 1. januára 1900), verzia – akákoľvek z 1-4, režim – 3 (režim klienta).
Server, ktorý prijal žiadosť, vyplní v NTP balíku všetky polia, skopírovaním do poľa Pôvod hodnotu z Odoslanie, prichádzajúcu v žiadosti. Pre mňa je záhadou, prečo klient nemôže okamžite vyplniť hodnotu svojho času do poľa Pôvod. Nakoniec, keď balík príde späť, má klient 4 hodnoty času – čas odoslania žiadosti (Pôvod), čas prijatia žiadosti serverom (Prijatie), čas odoslania odpovede serverom (Odoslanie) a čas prijatia odpovede klientom – Príchod (nie je v balíku). Pomocou týchto hodnôt môžeme nastaviť správny čas.
Kód na odoslanie a prijatie balíka
# 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)
Spracovanie údajov zo servera
Spracovanie dát zo servera je podobné činom anglického gentlemana z starej úlohy Raymonda M. Smullyana (1978): „Jeden človek nemal náramkové hodinky, ale doma viseli presné stenové hodiny, ktoré občas zabúdal natiahnuť. Raz, zabudnúc natiahnuť hodiny, odišiel na návštevu k priateľovi, strávil u neho večer a po návrate domov dokázal hodiny správne nastaviť. Ako to dokázal, ak čas cesty nebol vopred známy?“ Odpoveď je taká: „Pri odchode z domu človek natiahne hodiny a zapamätá si, v akom postavení sa nachádzajú ručičky. Pri príchode k priateľovi a odchode od neho si zapíše čas svojho príchodu a odchodu. To mu umožní zistiť, koľko času strávil na návšteve. Po návrate domov a pohľade na hodiny človek určí dĺžku svojho neprítomnosti. Od tohto času odčíta čas, ktorý strávil na návšteve, a získa čas strávený na ceste tam a späť. Pridaním polovice času stráveného na ceste k času odchodu od priateľa môže zistiť čas príchodu domov a odpovedajúcim spôsobom nastaviť ručičky svojich hodín.“
Zistíme čas práce servera na požiadavke:
- Zistíme čas cesty paketu od klienta k serveru: ((Príchod – Pôvod) — (Prenos – Prijatie)) / 2
- Zistíme rozdiel medzi časom klienta a servera:
Prijatie — Pôvod — ((Príchod – Pôvod) — (Prenos – Prijatie)) / 2 =
2 * Prijatie — 2 * Pôvod – Príchod + Pôvod + Prenos – Prijatie =
Prijatie – Pôvod – Príchod + Prenos
Pridáme získanú hodnotu k miestnemu času a tešíme sa zo života.
Výstup výsledku
time_different = answer.get_time_different(arrive_time)
result = "Časový rozdiel: {}nServerový čas: {}n{}".format(
time_different,
datetime.datetime.fromtimestamp(time.time() + time_different).strftime("%c"),
answer.to_display())
print(result)
Užitočné .
Zdroj: habr.com
