NTP协议格式解析

1. NTP时间戳格式

SNTP使用在RFC 1305 及其以前的版本所描述标准NTP时间戳的格式。与因特网标准标准一致， NTP 数据被指定为整数或定点小数，位以big-endian风格从左边0位或者高位计数。除非不这样指定，全部数量都将设成unsigned的类型，并且可能用一个在bit0前的隐含0填充全部字段宽度。
因为SNTP时间戳是重要的数据和用来描述协议主要产品的，一个专门的时间戳格式已经建立。 NTP用时间戳表示为一64 bits unsigned 定点数，以秒的形式从1900 年1月1 日的0：0：0算起。整数部分在前32位里，后32bits（seconds Fraction）用以表示秒以下的部分。在Seconds Fraction 部分，无意义的低位应该设置为0。这种格式把方便的多精度算法和变换用于UDP/TIME 的表示（单位：秒），但使得转化为ICMP的时间戳消息表示法(单位：毫秒)的过程变得复杂了。它代表的精度是大约是200 picoseconds，这应该足以满足最高的要求了。
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±+
| Seconds |
±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±+
| Seconds Fraction (0-padded) |
±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±±+

2. NTP 报文格式

NTP 和SNTP 是用户数据报协议( UDP) 的客户端 [POS80 ]，而UDP自己是网际协议( IP) [DAR81 ] 的客户端. IP 和UDP 报头的结构在被引用的指定资料里描述，这里就不更进一步描述了。UDP的端口是123，UDP头中的源断口和目的断口都是一样的，保留的UDP头如规范中所述。
以下是SNTP 报文格式的描述，它紧跟在IP 和UDP 报头之后。SNTP的消息格式与RFC-1305中所描述的NTP格式是一致的，不同的地方是：

一些SNTP的数据域已被风装，也就是说已初始化为一些预定的值。NTP 消息的格式被显示如下。
在这里插入图片描述
如下一部分描述，在SNTP 里大多数这些字段被预规定的数据给赋初值。为完整起见，每个字段的功能在下面被简要总结。

LI 闰秒标识器：这是一个二位码，预报当天最近的分钟里要被插入或删除的闰秒秒数。用1/0表示，分别说明如下：
LI Value 含义
00 0 无预告
01 1 最近一分钟有61秒
10 2 最近一分钟有59秒
11 3 警告状态（时钟未同步）

 VN 版本号：这是一个三bits的整数，表示NTP的版本号，现在为4

Mode 模式：这是一个三bits的整数，表示模式，定义如下：

在点对点模式下，客户端机在请求中设置此字段为3，服务器在回答时设置此字段为4；在广播模式下，服务器在回答时设置此字段为5。
stratum（层）：这是一个8bits的整数（无符号），表示本地时钟的层次水平，数值定义如下：

5． Poll 测试间隔：八位signed integer，表示连续信息之间的最大间隔，精确到秒的平方及。本字段的值从4（16s）到14（16284s）；然而，大多数应用使用6（64s）到10（1024s）。
6．Precision 精度：八位signed integer，表示本地时钟精度，精确到秒的平方级。值从 -6（主平）到-20（微妙级时钟）。
Root Delay根时延：32位带符号定点小数，表示在主参考源之间往返的总共时延，以小数位后15~16bits。数值根据相关的时间与频率可正可负，从负的几毫秒到正的几百毫秒。
8 Root Dispersion根离散：32位带符号定点小数，表示在主参考源有关的名义错误，以小数位后15_{16bits。范围：0}几百毫秒。
Reference Identifier参考时钟标识符：32bits，用来标识特殊的参考源。在stratum 0（未指定）或stratum 1（基本参考）的情况下，该字段以四个八位字节，左对齐，零填充的string表示。当没有NTP枚举时，使用下列ASCII标识符：

3. SNTP 客户端操作

SNTP客户端与NTP/SNTP 服务器通信的模式是一个非持久状态的远程过程调用。在单播方式，客户端发给服务器(方式3) 请求并且期望服务器答复 (方式4)。在广播方式，客户端送并不请求只是等待一台或更多的服务器的广播消息(方式5) ，这取决于设置。根据客户端和服务器设置，单播客户端和广播服务器通常在从64 给1024 s 的间隔里发送消息。
单播客户端初始化SNTP 报文首部，再把消息发送到服务器，然后从服务器回复的报文中剥去时间包。为此，上面提到的所有报文首部字段，除第一个八位字节外都设置成0。在这个八位字节里Li 字段设置为0( 没有警告) 和方式字段设置为3(客户端)。VN 字段必须同NTP 或者SNTP 服务器的软件版本一致；但是，NTP 版本3( RFC 1305)的服务器也将接受第2( RFC 1119) 版本的消息以及版本1( RFC 1059)的消息，而NTP 版本2服务器也将接受NTP 为版本1的消息。版本0 ( RFC 959) 消息不再被支持。因为今天因特网已有了NTP 服务器操作的3个版本，推荐VN 字段设置1。
在单播及广播方式下，单播服务器回答及广播以上所述的所有字段；但是，在SNTP下，各字段中，只有传送时间戳在非零情况下才有明确的意思.这个字段的整数部分包含服务器此刻的时间，其格式与UDP/TIME 协议相同[POS83].这个字段的fraction部分通常是有效的, SNTP的精确度证明可以精确到秒。如果传送用时间戳字段是全0，则该消息将被忽略。
在单播方式下，一种简单的计算可以用来计算与服务器有关的往返传播延迟d及本地时钟补偿t，通常对在数十毫秒内。为此，客户端在请求包中将本地时钟时间按NTP的格式写入源时间戳。当收到答复时，客户端将目的时间戳作为到达时间，并根据它的本地时钟，将其转变成NTP格式。下述表格总结4个时间戳。

用时间戳名字 ID 产生
原始时间戳 T1 时间请求由客户端送
收到时间戳 T2 时间请求在服务器收到
传送时间戳 T3 时间答复通过服务器送
目的地时间戳 T4 时间答复在客户端收到
往返传播延迟d和本地时钟补偿t定义为：
D =( T4 - T1) - ( T2 - T3)
T =(( T2 - T1) +( T3 - T4)) /2。
下述表格是SNTP客户端操作的总结。在表格里显示有两种推荐的错误检查方式。在全部NTP 版本里，如果Li 字段为3；或者阶层字段不在第1-15范围里；或者传送用时间戳是0，服务器决不同步或者不予同步成过去24小时内有效的时间源。在客户端的判断中，保留字段值也可能被检查。是否相信传送用时间戳取决于对这些字段中的一个或多个字段的有效性判断。
字段名请求回答
Li 0 闰秒指示器；如果是3 (非同步)，则放弃该消息
VN 1( 参见正文) 忽略
方式 3( 客户端) 忽略
阶层 0 忽略
轮询 0 忽略
精度 0 忽略
根延迟 0 忽略
根差量 0 忽略
参考标识符 0 忽略
参考时间戳 0 忽略
原始用时间戳 0 忽略( 参见正文)
收到用时间戳 0 忽略( 参见正文)
传送的时间戳 0 时间；如果是0(非同步)，则忽略该消息
Authenticator. (不使用) 忽略

4. SNTP 服务器操作

在单播方式和广播方式下保留的字段被同样地设置。假定服务器是被同步成一台无线电时钟或者其它正确的主要参考源，则阶层字段设置为1(主要服务器)，Li 字段设置为0；如果不是，阶层字段设置0，Li 字段设置3。精度字段的设置反映出本地时钟的最大的读数误差。对所有的实际情况来说，在NTP格式里被计算的值是小数点右边的有效数值，值被表示成负数时间戳形式。为了主服务器，根延迟和根差量字段可以设置成0，根差量字段能设置成任意数值(表示时钟的最大的期望误差值)。参考标识符设置指明主要参考源，如在上面在表格里说明的。
这些时间戳字段被设置如下。如果服务器未被同步或是首先启动的话，全部时间戳字段设置成零。如果同步，参考用时间戳设置成最后更新时间（来源于无线电时钟）或者设置成消息被送出的时间（如果更新时间不可以获得）。接收时间戳和传送时间戳字段设置成当时消息发出的时间。在单播方式下，原始时间戳字段直接从请求包的传送时间戳拷贝过来。因为客户端要用它来检查应答，所以复制完整很重要。用广播方式下，这个字段被设置成消息被送出的时间。下面的表格总结这些操作。
字段名请求回答
Li 忽略 0(正常)， 3(非同步)
VN 1， 2 或者3 3 或者从请求包中拷贝
方式 3(参见正文) 2，4 或者5(参见正文)
阶层忽略服务器阶层
投票忽略拷贝请求包
精度忽略服务器精度
根延迟忽略 0
根差量忽略 0(参见正文)
参考标识符忽略来源标识符
参考时间戳忽略 0 或者当前的时间
创造时间戳忽略 0 或者当前的时间或者从传送时间戳请求复制
收到时间戳忽略 0 或者当前的时间
传送时间戳 (参见正文) 0 或者当前的时间
Authenticator 忽略 (不使用)
当例如可能发生在刚启动或在运行期间主要参考源不起作用时，有一些多数客户端允许的无效时间戳的范围。一台运行不正常的服务器的最重要的标志是Li 字段，其中3 的值表明一种非同步的状态。当这值被出现时，客户端应该丢掉该条服务器消息，而不管其它字段的内容。