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シンプルなNTPクライアントの作成

こんにちは、habrauzers。 今日は、単純なNTPクライアントの作成方法についてお話します。 基本的に、パケットの構造と、NTPサーバーからの応答を処理する方法について説明します。 コードはpythonで書かれます。なぜなら、私にとっては、そのようなものに最適な言語は単に見つからないからです。 鑑定家は、コードとntplibコードの類似性に注意を払うでしょう-私はそれに触発されました。

NTPとは正確には何ですか？ NTP-正確な時間サーバーとの相互作用のプロトコル。 このプロトコルは、多くの最新のマシンで使用されています。 たとえば、Windowsのw32tmサービス。

NTPプロトコルには合計で5つのバージョンがあります。 最初の0番目のバージョン（1985、RFC958））は、現在は時代遅れと見なされています。 現在、新しいものが使用されています：1番目（1988、RFC1059）、2番目（1989、RFC1119）、3番目（1992、RFC1305）および4番目（1996、RFC2030）。 1-4バージョンは相互に互換性があり、サーバー操作アルゴリズムのみが異なります。

パッケージ形式




飛躍インジケータ （修正インジケータ）-2番目の調整に関する警告を示す数値。 値：


バージョン番号 -NTPプロトコルのバージョン番号（1〜4）。

モード -パケット送信者の動作モード。 最も一般的な0〜7の値：


階層 （階層化レベル）-サーバーと基準クロックの間の中間層の数（1-サーバーは基準クロックから直接データを取得します、2-サーバーはレベル1のサーバーからデータを取得しますなど）。
ポーリングは、連続したメッセージ間の最大間隔を表す符号付き整数です。 ここで、NTPクライアントはサーバーをポーリングする間隔を示し、NTPサーバーはポーリングする間隔を示します。 値は秒の2進対数です。
精度は、システムクロックの精度を表す符号付き整数です。 値は秒の2進対数です。
ルート遅延 （サーバー遅延）-クロックがNTPサーバーに到達する時間（固定小数点の秒数）。
ルート分散 （サーバー読み取り値の分散 ）-固定小数点を使用した秒数としてのNTPサーバーのクロックの分散。
Ref id （ソース識別子）-ウォッチのID。 サーバーのストラタムが1の場合、ref idは原子時計の名前（4 ASCII文字）です。 サーバーが別のサーバーを使用する場合、このサーバーのアドレスはref idに書き込まれます。
最後の4つのフィールドは、時間-32ビット-整数部、32ビット-小数部です。
参照 -サーバーの最新の時計。
Originate-パケットが送信された時間（サーバーによって満たされます-詳細は以下）。
受信 -パケットがサーバーによって受信された時間。
送信 -サーバーからクライアントにパケットを送信する時間（クライアントによって満たされます。詳細は以下を参照）。

最後の2つのフィールドは考慮しません。

パッケージを書きましょう：

パッケージコード
class NTPPacket: _FORMAT = "!BB bb 11I" def __init__(self, version_number=2, mode=3, transmit=0): # Necessary of enter leap second (2 bits) self.leap_indicator = 0 # Version of protocol (3 bits) self.version_number = version_number # Mode of sender (3 bits) self.mode = mode # The level of "layering" reading time (1 byte) self.stratum = 0 # Interval between requests (1 byte) self.pool = 0 # Precision (log2) (1 byte) self.precision = 0 # Interval for the clock reach NTP server (4 bytes) self.root_delay = 0 # Scatter the clock NTP-server (4 bytes) self.root_dispersion = 0 # Indicator of clocks (4 bytes) self.ref_id = 0 # Last update time on server (8 bytes) self.reference = 0 # Time of sending packet from local machine (8 bytes) self.originate = 0 # Time of receipt on server (8 bytes) self.receive = 0 # Time of sending answer from server (8 bytes) self.transmit = transmit


サーバーにパケットを送信（および受信）するには、パケットをバイトの配列に変換できる必要があります。
この（および逆の）操作のために、pack（）およびunpack（）の2つの関数を作成します。

パック機能
 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))


パッケージに書き込むために数値の小数部分を選択するには、get_fraction（）関数が必要です。
get_fraction（）
 def get_fraction(number, precision): return int((number - int(number)) * 2 ** precision)


アンパック機能
 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


怠け者の場合、アプリケーションとして-パッケージを美しい文字列に変えるコード
 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)


サーバーにパケットを送信する


バージョン 、 モード 、および送信フィールドが入力されたパケットをサーバーに送信する必要があります。 送信では、ローカルマシンの現在の時間（1900年1月1日からの秒数）、バージョン-1〜4のいずれか、モード-3（クライアントモード）を指定する必要があります。

サーバーは、要求を受け入れた後、要求から送信値を送信 元フィールドにコピーすることにより、NTPパケットのすべてのフィールドに入力します。 クライアントが「 Originate」フィールドで自分の時間の値をすぐに入力できない理由は私には謎です。 その結果、パケットが戻ってくると、クライアントには4回あります-要求が送信された時間（ Originate ）、サーバーが要求を受信した時間（ Receive ）、サーバーが応答を送信した時間（ Transmit ）、およびクライアントが応答を受信した時間- 到着 （パケットではありません） これらの値を使用して、正しい時間を設定できます。

パッケージの送受信コード
 # 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)


サーバーからのデータを処理する


サーバーからのデータの処理は、レイモンド・M・サリアン（1978）の古い仕事の英国紳士の行動に似ています：「ある人は時計を持っていませんでしたが、一方で、彼は時々始めるのを忘れた正確な壁時計がありました。 時計を再び起動するのを忘れていた彼は、友人を訪ねてその場所で夜を過ごし、家に戻ったときに時計を正しく設定することができました。 移動時間が事前にわからなかった場合、どうやってこれをやったのでしょうか？答えは次のとおりです。 友人のもとに来て客を残して、彼は彼の到着と出発の時間を書き留めます。 これにより、彼はどのくらい訪問していたかを知ることができます。 家に戻って時計を見ると、人は不在の期間を決定します。 この時間から彼が訪問に費やした時間を引くと、人は往復に費やした時間を見つけます。 旅行に費やした時間の半分をゲストに残す時間を増やしたため、彼は帰宅時間を見つけ、それに応じて時計の針を翻訳する機会を得ました。

リクエストのサーバー稼働時間を確認します。

  1. クライアントからサーバーへのパケットパス時間を見つけます： （（到着-発信）-（送信-受信））/ 2
  2. クライアントとサーバーの時間の違いを見つける：
    受信-発信-（（到着-発信）-（送信-受信））/ 2 =
    2 *受信-2 *発信-到着+発信+送信-受信=
    受信-発信-到着+送信

得られた価値を現地時間に加えて、人生を楽しみましょう。

出力結果
 time_different = answer.get_time_different(arrive_time) result = "Time difference: {}\nServer time: {}\n{}".format( time_different, datetime.datetime.fromtimestamp(time.time() + time_different).strftime("%c"), answer.to_display()) print(result)


便利なリンク 。

Source: https://habr.com/ru/post/J448060/

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