基于NTP服务器获取网络时间的实现

文章目录

  • 1 NTP
    • 1.1 简介
    • 1.2 包结构
    • 1.3 UNIX 时间戳和NTP时间戳
  • 2 代码实现
    • 2.1 实现步骤
    • 2.2 完整代码
  • 3 结果

在某些场景下，单片机需要通过网络获取准确的时间进行数据同步，例如日志记录、定时任务等。然而，单片机本身无法直接获得准确的标准时间，往往需要依靠网络时间协议(NTP)服务器来同步时间。本文将详细介绍如何通过NTP服务器获取准确的网络时间。

1 NTP

1.1 简介

NTP(Network Time Protocol，网络时间协议）是一种用于使计算机时钟同步到互联网标准时间的协议。NTP服务器通常分层级(Stratum)运作，一级服务器直接与时间基准同步，而其他级别的服务器则从更高级别的服务器获取时间。通过NTP，我们可以让系统的时钟保持与标准时间的一致性。

1.2 包结构

NTP包通常由以下字段组成：

  • li_vn_mode：润秒指示器（2位）、版本号（3位）和模式（3位）。
  • stratum：服务器层级，1表示主服务器，2及更高层级表示从服务器，0表示未同步。
  • poll：连续NTP请求间的最大间隔，以2的幂次表示。
  • precision：服务器时钟的精度，以2的幂次表示。
  • root_delay：从NTP客户端到NTP服务器的根延迟（秒）。
  • root_dispersion：NTP服务器与其上一级时钟源的偏差（秒）。
  • reference_identifier：NTP服务器的参考标识符，通常指示服务器的源。
  • reference_timestamp：参考时间戳。
  • origin_timestamp：发起时间戳。
  • receive_timestamp：接收时间戳。
  • transmit_timestamp：传输时间戳。

1.3 UNIX 时间戳和NTP时间戳

  • UNIX时间戳：指从1970年1月1日00:00:00 UTC开始到当前时刻的秒数。
  • NTP时间戳：指从1900年1月1日00:00:00 UTC开始到当前时刻的秒数。

偏移量的计算：

  • 因为 NTP 时间戳的起点比 UNIX 时间戳的起点早 70 年（从1900年到1970年）。
  • 假设这 70 年内没有闰秒，70 年一共 25567 天，每天86400秒。因此，这个时间差的秒数为 70 * 365 + 17天（17天是因为这段时间内包括了17 次闰年），每天86400秒。
  • 所以这个偏移量可以计算为2208988800秒，即70 * 365 * 86400 + 17 * 86400。

偏移量的用途：

  • 在NTP协议中，时间戳以从1900年开始的秒数表示，而在许多其他系统中(如Unix系统），时间以从1970年开始的秒数表示。
  • 因此，需要将NTP时间戳转换为UNIX时间戳，或者将UNIX时间戳转换为NTP时间戳，则需要用到上面的偏移。

2 代码实现

2.1 实现步骤

这里在Linux环境下为例对NTP时间进行获取，使用标准的POSIX/BSD套接字编程，这样如果想在单片机中LwIP实现的话，也可以直接使用。

1、NTP服务端地址

这里我们以阿里云的NTP服务器ntp3.aliyun.com为例，来获取获取网络时间，它的端口为123。

#define NTP_SERVER "203.107.6.88"      // NTP服务器地址:"ntp3.aliyun.com"
#define NTP_PORT 123                   // NTP服务器端口号
  • 本示例中不做DNS解析，我这里ping阿里的ntp服务器地址ntp3.aliyun.com的ip为203.107.6.88。若用在程序中，建议做DNS解析。
    在这里插入图片描述

2、NTP结构体

// NTP数据包结构体
typedef struct {uint8_t li_vn_mode;                // 润秒指示器(2),版本号(3),模式(3)uint8_t stratum;                   // 服务器层级,1-主服务器,2-从服务器,0-未同步uint8_t poll;                      // 连续NTP请求间的最大间隔,2的幂表示uint8_t precision;                 // 服务器时钟的精度,2的幂表示(秒)uint32_t root_delay;               // 从NTP客户端到NTP服务器的根延迟(秒)uint32_t root_dispersion;          // NTP服务器与其上一级时钟源的偏差(秒)uint32_t reference_identifier;     // NTP服务器的参考标识符,通常指示了服务器的源uint32_t reference_timestamp[2];   // 参考时间戳uint32_t origin_timestamp[2];      // 发起时间戳uint32_t receive_timestamp[2];     // 接收时间戳uint3232 transmit_timestamp[2];    // 传输时间戳
} ntp_packet;

2、创建套接字并设置超时时间

int sockfd;
struct timeval timeout;timeout.tv_sec = NTP_RCV_TIMEO / 1000;
timeout.tv_usec = (NTP_RCV_TIMEO % 1000) * 1000;// 创建socket
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &timeout, sizeof(timeout));

这里创建套接字后，需要使用setsockopt设置套接字的接收超时时间。这是因为NTP是UDP协议的，有可能请求了NTP报文后，请求报文没发送出去或响应报文没被正确接收，所以过了超时时间还没有接收到NTP时间的话，我们不能卡在读函数中。

3、设置服务端地址和NTP请求报文

#define NTP_UNIX_OFFSET 2208988800UL   // UNIX时间戳(1970.1.1)和NTP时间戳(1900.1.1)之间的偏移量
struct sockaddr_in server_addr;
// 设置服务器地址
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(NTP_PORT);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(NTP_SERVER);// 设置NTP版本和客户端模式
packet.li_vn_mode = (0x3 << 6) | (0x3 << 3) | 0x3;     // NTP版本3、客户端模式
packet.transmit_timestamp[0] = htonl(NTP_UNIX_OFFSET); // 设置传输时间为偏移,则后面无需转换

在网络协议中，大多数字段都遵循“大端字节序”，即高位字节在前，低位字节在后。htonl 将主机字节序的 NTP_UNIX_OFFSET 转换为符合 NTP 协议要求的字节序。

4、请求、获取并输出NTP时间

// 请求NTP时间
sendto(sockfd, (const char*)&packet, sizeof(packet), 0, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));
recv_len = recvfrom(sockfd, (char*)&packet, sizeof(packet), 0, NULL, NULL);
// 成功接收，计算NTP时间
ntp_time = (time_t)(ntohl(packet.transmit_timestamp[0]) - NTP_UNIX_OFFSET);
printf("NTP time: %s", ctime(&ntp_time));
close(sockfd);

2.2 完整代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>#define NTP_SERVER "203.107.6.88"      // NTP服务器地址:"ntp3.aliyun.com"
#define NTP_PORT 123                   // NTP服务器端口号
#define NTP_PACKET_SIZE 48             // NTP数据包大小
#define NTP_UNIX_OFFSET 2208988800UL   // UNIX时间戳(1970.1.1)和NTP时间戳(1900.1.1)之间的偏移量
#define NTP_RCV_TIMEOUT 2              // 接收超时时间（秒）
#define MAX_RETRIES 5                  // 最大重试次数// NTP数据包结构体
typedef struct {uint8_t li_vn_mode;                // 润秒指示器(2),版本号(3),模式(3)uint8_t stratum;                   // 服务器层级,1-主服务器,2-从服务器,0-未同步uint8_t poll;                      // 连续NTP请求间的最大间隔,2的幂表示uint8_t precision;                 // 服务器时钟的精度,2的幂表示(秒)uint32_t root_delay;               // 从NTP客户端到NTP服务器的根延迟(秒)uint32_t root_dispersion;          // NTP服务器与其上一级时钟源的偏差(秒)uint32_t reference_identifier;     // NTP服务器的参考标识符,通常指示了服务器的源uint32_t reference_timestamp[2];   // 参考时间戳uint32_t origin_timestamp[2];      // 发起时间戳uint32_t receive_timestamp[2];     // 接收时间戳uint32_t transmit_timestamp[2];    // 传输时间戳
} ntp_packet;void ntp_get_time_once() {int sockfd;struct sockaddr_in server_addr;ntp_packet packet = {0};time_t ntp_time;int retries = 0;int recv_len;struct timeval timeout;timeout.tv_sec = NTP_RCV_TIMEOUT;timeout.tv_usec = 0;// 创建socketsockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);if (sockfd < 0) {perror("socket failed");return;}// 设置接收超时时间setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &timeout, sizeof(timeout));// 设置NTP服务器地址memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(NTP_PORT);server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(NTP_SERVER);// 初始化NTP请求数据包packet.li_vn_mode = (0x3 << 6) | (0x3 << 3) | 0x3; // NTP版本3、客户端模式packet.transmit_timestamp[0] = htonl(NTP_UNIX_OFFSET);// 重试逻辑while (retries < MAX_RETRIES) {// 发送NTP请求if (sendto(sockfd, (const char*)&packet, sizeof(packet), 0, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {perror("sendto failed");close(sockfd);return;}// 接收NTP响应recv_len = recvfrom(sockfd, (char*)&packet, sizeof(packet), 0, NULL, NULL);if (recv_len >= 0) {// 成功接收，计算NTP时间ntp_time = (time_t)(ntohl(packet.transmit_timestamp[0]) - NTP_UNIX_OFFSET);printf("NTP time: %s", ctime(&ntp_time));close(sockfd);return;} else {perror("recvfrom failed, retrying...");retries++;}}// 达到最大重试次数后失败printf("NTP sync failed after %d retries.\n", MAX_RETRIES);close(sockfd);
}int main() {ntp_get_time_once();return 0;
}

我这里代码就是简单地重新请求固定次数后就退出。大家可以根据实际情况进行更改，比如一定要获取到了再返回。

3 结果

编译上面的代码并运行，可以看到输出了当前的时间：
在这里插入图片描述
这里阿里的NTP服务器返回的是标准的UTC时间，加上12小时为当前的北京时间。

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.hqwc.cn/news/697710.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系编程知识网进行投诉反馈email:809451989@qq.com，一经查实，立即删除！

相关文章

（八）SQL基础知识练习题（选择题）（下）#CDA学习打卡

（八）SQL基础知识练习题（选择题）（下）#CDA学习打卡

本文整理了SQL基础知识相关的练习题&#xff0c;共133道&#xff0c;可作为CDA一级的补充习题&#xff0c;也适用于刚入门初级SQL想巩固基础的同学。来源&#xff1a;如荷学数据科学题库&#xff08;技术专项-SQL&#xff09;。暂时按照原题库顺序present&#xff0c;如有需要之…
阅读更多...
vue+springboot用户注销功能

vue+springboot用户注销功能

vue文件前端 <el-button type"warning" plain click"handleDeletion">注 销</el-button> // 注销 const handleDeletion (userName) > {ElMessageBox.confirm(注销该用户所有信息后无法恢复&#xff0c;您确认注销吗?, 注销确认, { type…
阅读更多...
啥都吃的打字练习软件TL（TypeLetters）

啥都吃的打字练习软件TL（TypeLetters）

今天给大家安利一款啥都吃的打字练习软件——TL&#xff08;TypeLetters&#xff09;。 为什么说TL啥都吃呢&#xff1f;很简单&#xff0c;因为不管是科技的、还是时事的、或者潮流的、或者热点的&#xff0c;凡是英文的资料TL都能通通吃下去&#xff0c;所以说TL是来者不拒&…
阅读更多...
24年湖南三支一扶报名详细流程（电脑报名）

24年湖南三支一扶报名详细流程（电脑报名）

24年湖南三支一扶报名详细流程&#xff08;电脑报名&#xff09; #湖南三支一扶 #湖南三支一扶考试 #三支一扶报名照片 #三支一扶考试 #三支一扶 #湖南省三支一扶
阅读更多...
新的语言学习系统: 记忆镶嵌

新的语言学习系统: 记忆镶嵌

摘要 记忆镶嵌是由多个关联记忆网络协同工作来完成感兴趣的预测任务。与transformer类似,记忆镶嵌具有组合能力和上下文学习能力。与transformer不同,记忆镶嵌以相对透明的方式实现这些能力。该研究在玩具示例上展示了这些能力,并且还表明记忆镶嵌在中等规模语言建模任务上的表…
阅读更多...
Python | Leetcode Python题解之第88题合并两个有序数组

Python | Leetcode Python题解之第88题合并两个有序数组

题目&#xff1a; 题解&#xff1a; class Solution:def merge(self, nums1: List[int], m: int, nums2: List[int], n: int) -> None:"""Do not return anything, modify nums1 in-place instead."""p1, p2 m - 1, n - 1tail m n - 1whi…
阅读更多...
跟TED演讲学英文：How the US is destroying young people‘s future by Scott Galloway

跟TED演讲学英文：How the US is destroying young people‘s future by Scott Galloway

How the US is destroying young people’s future Link: https://www.ted.com/talks/scott_galloway_how_the_us_is_destroying_young_people_s_future? Speaker: Scott Galloway Date: April 2024 文章目录 How the US is destroying young peoples futureIntroductionVoc…
阅读更多...
【格式控制】（中北大学-程序设计基础（2））

【格式控制】（中北大学-程序设计基础（2））

目录 题目 源码 结果示例 题目 从键盘输入一批数值&#xff0c;要求保留3位小数&#xff0c;在输出时上下行小数点对齐。 源码 #include <iostream>using namespace std;int main(void) {double a, b, c;cout << "请输入三个实数&#xff0c;中间用空格…
阅读更多...
标准流、浮动、flex布局

标准流、浮动、flex布局

标准流 浮动 特点&#xff1a; 具备顶对齐&#xff0c;行内块显示特点&#xff0c;浮动的盒子是脱离了标准流。 如果父级的宽度不够&#xff0c;浮动的盒子会掉下来 <style>.one{width: 200px;height: 200px;background-color: aqua;float: left;}.two{width: 200px;he…
阅读更多...
Linux下网络命令

Linux下网络命令

目录 需求1-查看本机是否存在22端口解法1解法2解法3 需求2-查看其他主机是否存在22端口解法1解法2解法3 需求3-查看TCP连接解法1/2 需求4-统计80端口tcp连接次数解法 需求5-查看总体网络速度解法 需求6-查看进程流量解法 需求7-dns解法 需求8-traceroute到baidu解法 需求9-查看…
阅读更多...
Linux（多线程）

Linux（多线程）

//blockQueue.hpp #pragma once #include <iostream> #include <queue> #include <pthread.h> const int gcap 5; template <class T> class BlockQueue { public:BlockQueue(const int cap gcap):_cap(cap)//初始化阻塞队列的容量{pthread_mutex_in…
阅读更多...
景源畅信电商：经营抖店需要用电脑吗？

景源畅信电商：经营抖店需要用电脑吗？

在数字时代的浪潮中&#xff0c;抖音小店(简称抖店)成为了众多创业者和品牌的新宠。它不仅提供了便捷的线上销售渠道&#xff0c;还通过短视频的形式拉近了卖家与买家的距离。对于这样一个新兴的电商平台&#xff0c;许多跃跃欲试的商家都关心同一个问题&#xff1a;经营抖店究…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023