src/ntp.cpp

   1 #include <sys/time.h>
   2
   3 #ifdef WIN32
   4 #include <winsock2.h>
   5 #else
   6 #include <sys/socket.h>
   7 #include <netinet/in.h>
   8 #include <arpa/inet.h>
   9 #include <netdb.h>
  10 #endif
  11 #ifndef WIN32
  12 #include <unistd.h>
  13 #endif
  14
  15 #include "netbase.h"
  16
  17 extern int GetRandInt(int nMax);
  18
  19 /*
  20  * NTP uses two fixed point formats.  The first (l_fp) is the "long"
  21  * format and is 64 bits long with the decimal between bits 31 and 32.
  22  * This is used for time stamps in the NTP packet header (in network
  23  * byte order) and for internal computations of offsets (in local host
  24  * byte order). We use the same structure for both signed and unsigned
  25  * values, which is a big hack but saves rewriting all the operators
  26  * twice. Just to confuse this, we also sometimes just carry the
  27  * fractional part in calculations, in both signed and unsigned forms.
  28  * Anyway, an l_fp looks like:
  29  *
  30  *    0                   1                   2                   3
  31  *    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
  32  *   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  33  *   |                         Integral Part                         |
  34  *   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  35  *   |                         Fractional Part                       |
  36  *   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  37  * REF http://www.eecis.udel.edu/~mills/database/rfc/rfc2030.txt
  38  */
  39
  40
  41 typedef struct {
  42   union {
  43     uint32_t Xl_ui;
  44     int32_t Xl_i;
  45   } Ul_i;
  46   union {
  47     uint32_t Xl_uf;
  48     int32_t Xl_f;
  49   } Ul_f;
  50 } l_fp;
  51
  52
  53 inline void Ntp2Unix(uint32_t &n, time_t &u)
  54 {
  55     // Ntp's time scale starts in 1900, Unix in 1970.
  56
  57     u = n - 0x83aa7e80; // 2208988800 1970 - 1900 in seconds
  58 }
  59
  60 inline void HTONL_FP(l_fp *h, l_fp *n)
  61 {
  62     (n)->Ul_i.Xl_ui = htonl((h)->Ul_i.Xl_ui);
  63     (n)->Ul_f.Xl_uf = htonl((h)->Ul_f.Xl_uf);
  64 }
  65
  66 inline void ntohl_fp(l_fp *n, l_fp *h)
  67 {
  68     (h)->Ul_i.Xl_ui = ntohl((n)->Ul_i.Xl_ui);
  69     (h)->Ul_f.Xl_uf = ntohl((n)->Ul_f.Xl_uf);
  70 }
  71
  72 struct pkt {
  73   uint8_t  li_vn_mode;     /* leap indicator, version and mode */
  74   uint8_t  stratum;        /* peer stratum */
  75   uint8_t  ppoll;          /* peer poll interval */
  76   int8_t  precision;      /* peer clock precision */
  77   uint32_t    rootdelay;      /* distance to primary clock */
  78   uint32_t    rootdispersion; /* clock dispersion */
  79   uint32_t refid;          /* reference clock ID */
  80   l_fp    ref;        /* time peer clock was last updated */
  81   l_fp    org;            /* originate time stamp */
  82   l_fp    rec;            /* receive time stamp */
  83   l_fp    xmt;            /* transmit time stamp */
  84
  85   uint32_t exten[1];       /* misused */
  86   uint8_t  mac[5 * sizeof(uint32_t)]; /* mac */
  87 };
  88
  89 int nServersCount = 65;
  90
  91 std::string NtpServers[65] = {
  92     // Microsoft
  93     "time.windows.com",
  94
  95     // Google
  96     "time1.google.com",
  97     "time2.google.com",
  98
  99     // Russian Federation
 100     "ntp.ix.ru",
 101     "0.ru.pool.ntp.org",
 102     "1.ru.pool.ntp.org",
 103     "2.ru.pool.ntp.org",
 104     "3.ru.pool.ntp.org",
 105     "ntp1.stratum2.ru",
 106     "ntp2.stratum2.ru",
 107     "ntp3.stratum2.ru",
 108     "ntp4.stratum2.ru",
 109     "ntp5.stratum2.ru",
 110     "ntp6.stratum2.ru",
 111     "ntp7.stratum2.ru",
 112     "ntp1.stratum1.ru",
 113     "ntp2.stratum1.ru",
 114     "ntp3.stratum1.ru",
 115     "ntp4.stratum1.ru",
 116     "ntp1.vniiftri.ru",
 117     "ntp2.vniiftri.ru",
 118     "ntp3.vniiftri.ru",
 119     "ntp4.vniiftri.ru",
 120     "ntp21.vniiftri.ru",
 121     "ntp1.niiftri.irkutsk.ru",
 122     "ntp2.niiftri.irkutsk.ru",
 123     "vniiftri.khv.ru",
 124     "vniiftri2.khv.ru",
 125
 126     // United States
 127     "nist1-pa.ustiming.org",
 128     "time-a.nist.gov ",
 129     "time-b.nist.gov ",
 130     "time-c.nist.gov ",
 131     "time-d.nist.gov ",
 132     "nist1-macon.macon.ga.us",
 133     "nist.netservicesgroup.com",
 134     "nisttime.carsoncity.k12.mi.us",
 135     "nist1-lnk.binary.net",
 136     "wwv.nist.gov",
 137     "time-a.timefreq.bldrdoc.gov",
 138     "time-b.timefreq.bldrdoc.gov",
 139     "time-c.timefreq.bldrdoc.gov",
 140     "time.nist.gov",
 141     "utcnist.colorado.edu",
 142     "utcnist2.colorado.edu",
 143     "ntp-nist.ldsbc.net",
 144     "nist1-lv.ustiming.org",
 145     "time-nw.nist.gov",
 146     "nist-time-server.eoni.com",
 147     "nist-time-server.eoni.com",
 148     "ntp1.bu.edu",
 149     "ntp2.bu.edu",
 150     "ntp3.bu.edu",
 151
 152     // South Africa
 153     "ntp1.meraka.csir.co.za",
 154     "ntp.is.co.za",
 155     "ntp2.is.co.za",
 156     "igubu.saix.net",
 157     "ntp1.neology.co.za",
 158     "ntp2.neology.co.za",
 159     "tick.meraka.csir.co.za",
 160     "tock.meraka.csir.co.za",
 161     "ntp.time.org.za",
 162     "ntp1.meraka.csir.co.za",
 163     "ntp2.meraka.csir.co.za",
 164
 165     // Italy
 166     "ntp1.inrim.it",
 167     "ntp2.inrim.it",
 168
 169     // ... To be continued
 170 };
 171
 172 #ifdef WIN32
 173 bool InitWithRandom(int &sockfd, int &servlen, struct sockaddr *pcliaddr)
 174 #else
 175 bool InitWithRandom(int &sockfd, socklen_t &servlen, struct sockaddr *pcliaddr)
 176 #endif
 177 {
 178     int nAttempt = 0;
 179
 180     while(nAttempt < 100)
 181     {
 182         sockfd = -1;
 183         nAttempt++;
 184
 185         int nServerNum = GetRandInt(nServersCount);
 186
 187         std::vector<CNetAddr> vIP;
 188         bool fRet = LookupHost(NtpServers[nServerNum].c_str(), vIP, 10, true);
 189         if (!fRet)
 190             continue;
 191
 192         struct sockaddr_in servaddr;
 193         servaddr.sin_family = AF_INET;
 194         servaddr.sin_port = htons(123);
 195
 196         bool found = false;
 197         for(unsigned int i = 0; i < vIP.size(); i++)
 198         {
 199             if ((found = vIP[i].GetInAddr(&servaddr.sin_addr)))
 200             {
 201                 break;
 202             }
 203         }
 204
 205         if (!found)
 206             continue;
 207
 208         sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 209
 210         if (sockfd == -1)
 211             continue; // socket initialization error
 212
 213         if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr)) == -1 )
 214         {
 215             continue; // "connection" error
 216         }
 217
 218         *pcliaddr = *((struct sockaddr *) &servaddr);
 219         servlen = sizeof(servaddr);
 220         return true;
 221     }
 222
 223     return false;
 224 }
 225
 226 #ifdef WIN32
 227 bool InitWithHost(std::string &strHostName, int &sockfd, int &servlen, struct sockaddr *pcliaddr)
 228 #else
 229 bool InitWithHost(std::string &strHostName, int &sockfd, socklen_t &servlen, struct sockaddr *pcliaddr)
 230 #endif
 231 {
 232     sockfd = -1;
 233
 234     std::vector<CNetAddr> vIP;
 235     bool fRet = LookupHost(strHostName.c_str(), vIP, 10, true);
 236     if (!fRet)
 237         return false;
 238
 239     struct sockaddr_in servaddr;
 240     servaddr.sin_family = AF_INET;
 241     servaddr.sin_port = htons(123);
 242
 243     bool found = false;
 244     for(unsigned int i = 0; i < vIP.size(); i++)
 245     {
 246         if ((found = vIP[i].GetInAddr(&servaddr.sin_addr)))
 247         {
 248             break;
 249         }
 250     }
 251
 252     if (!found)
 253         return false;
 254
 255     sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 256
 257     if (sockfd == -1)
 258         return false; // socket initialization error
 259
 260     if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr)) == -1 )
 261     {
 262         return false; // "connection" error
 263     }
 264
 265     *pcliaddr = *((struct sockaddr *) &servaddr);
 266     servlen = sizeof(servaddr);
 267
 268     return true;
 269 }
 270
 271
 272 #ifdef WIN32
 273 int64_t DoReq(int sockfd, int servlen, struct sockaddr cliaddr)
 274 #else
 275 int64_t DoReq(int sockfd, socklen_t servlen, struct sockaddr cliaddr)
 276 #endif
 277 {
 278     struct pkt *msg = new pkt;
 279     struct pkt *prt  = new pkt;
 280
 281     msg->li_vn_mode=227;
 282     msg->stratum=0;
 283     msg->ppoll=4;
 284     msg->precision=0;
 285     msg->rootdelay=0;
 286     msg->rootdispersion=0;
 287
 288     msg->ref.Ul_i.Xl_i=0;
 289     msg->ref.Ul_f.Xl_f=0;
 290     msg->org.Ul_i.Xl_i=0;
 291     msg->org.Ul_f.Xl_f=0;
 292     msg->rec.Ul_i.Xl_i=0;
 293     msg->rec.Ul_f.Xl_f=0;
 294     msg->xmt.Ul_i.Xl_i=0;
 295     msg->xmt.Ul_f.Xl_f=0;
 296
 297     int len=48;
 298     sendto(sockfd, (char *) msg, len, 0, &cliaddr, servlen);
 299     int n = recvfrom(sockfd, msg, len, 0, NULL, NULL);
 300
 301     ntohl_fp(&msg->rec, &prt->rec);
 302     ntohl_fp(&msg->xmt, &prt->xmt);
 303
 304     time_t seconds_receive;
 305     time_t seconds_transmit;
 306
 307     Ntp2Unix(prt->rec.Ul_i.Xl_ui, seconds_receive);
 308     Ntp2Unix(prt->xmt.Ul_i.Xl_ui, seconds_transmit);
 309
 310     delete msg;
 311     delete prt;
 312
 313     return (seconds_receive + seconds_transmit) / 2;
 314 }
 315
 316 int64_t NtpGetTime()
 317 {
 318     int sockfd;
 319     struct sockaddr cliaddr;
 320
 321 #ifdef WIN32
 322     int servlen;
 323 #else
 324     socklen_t servlen;
 325 #endif
 326
 327     if (!InitWithRandom(sockfd, servlen, &cliaddr))
 328         return -1;
 329
 330     int64_t nTime = DoReq(sockfd, servlen, cliaddr);
 331
 332 #ifdef WIN32
 333     closesocket(sockfd);
 334 #else
 335     close(sockfd);
 336 #endif
 337
 338     return nTime;
 339 }
 340
 341 int64_t NtpGetTime(std::string &strHostName)
 342 {
 343     int sockfd;
 344     struct sockaddr cliaddr;
 345
 346 #ifdef WIN32
 347     int servlen;
 348 #else
 349     socklen_t servlen;
 350 #endif
 351
 352     if (!InitWithHost(strHostName, sockfd, servlen, &cliaddr))
 353         return -1;
 354
 355     int64_t nTime = DoReq(sockfd, servlen, cliaddr);
 356
 357 #ifdef WIN32
 358     closesocket(sockfd);
 359 #else
 360     close(sockfd);
 361 #endif
 362
 363     return nTime;
 364 }