src/ntp.cpp

   1
   2 #ifdef WIN32
   3 #include <winsock2.h>
   4 #else
   5 #include <sys/socket.h>
   6 #include <sys/time.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 #include "util.h"
  17
  18 extern int GetRandInt(int nMax);
  19
  20 /*
  21  * NTP uses two fixed point formats.  The first (l_fp) is the "long"
  22  * format and is 64 bits long with the decimal between bits 31 and 32.
  23  * This is used for time stamps in the NTP packet header (in network
  24  * byte order) and for internal computations of offsets (in local host
  25  * byte order). We use the same structure for both signed and unsigned
  26  * values, which is a big hack but saves rewriting all the operators
  27  * twice. Just to confuse this, we also sometimes just carry the
  28  * fractional part in calculations, in both signed and unsigned forms.
  29  * Anyway, an l_fp looks like:
  30  *
  31  *    0                   1                   2                   3
  32  *    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
  33  *   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  34  *   |                         Integral Part                         |
  35  *   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  36  *   |                         Fractional Part                       |
  37  *   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  38  * REF http://www.eecis.udel.edu/~mills/database/rfc/rfc2030.txt
  39  */
  40
  41
  42 typedef struct {
  43   union {
  44     uint32_t Xl_ui;
  45     int32_t Xl_i;
  46   } Ul_i;
  47   union {
  48     uint32_t Xl_uf;
  49     int32_t Xl_f;
  50   } Ul_f;
  51 } l_fp;
  52
  53
  54 inline void Ntp2Unix(uint32_t &n, time_t &u)
  55 {
  56     // Ntp's time scale starts in 1900, Unix in 1970.
  57
  58     u = n - 0x83aa7e80; // 2208988800 1970 - 1900 in seconds
  59 }
  60
  61 inline void ntohl_fp(l_fp *n, l_fp *h)
  62 {
  63     (h)->Ul_i.Xl_ui = ntohl((n)->Ul_i.Xl_ui);
  64     (h)->Ul_f.Xl_uf = ntohl((n)->Ul_f.Xl_uf);
  65 }
  66
  67 struct pkt {
  68   uint8_t  li_vn_mode;     /* leap indicator, version and mode */
  69   uint8_t  stratum;        /* peer stratum */
  70   uint8_t  ppoll;          /* peer poll interval */
  71   int8_t  precision;      /* peer clock precision */
  72   uint32_t    rootdelay;      /* distance to primary clock */
  73   uint32_t    rootdispersion; /* clock dispersion */
  74   uint32_t refid;          /* reference clock ID */
  75   l_fp    ref;        /* time peer clock was last updated */
  76   l_fp    org;            /* originate time stamp */
  77   l_fp    rec;            /* receive time stamp */
  78   l_fp    xmt;            /* transmit time stamp */
  79
  80   uint32_t exten[1];       /* misused */
  81   uint8_t  mac[5 * sizeof(uint32_t)]; /* mac */
  82 };
  83
  84 int nServersCount = 107;
  85
  86 std::string NtpServers[107] = {
  87     // Microsoft
  88     "time.windows.com",
  89
  90     // Google
  91     "time1.google.com",
  92     "time2.google.com",
  93     "time3.google.com",
  94     "time4.google.com",
  95
  96     // Russian Federation
  97     "ntp.ix.ru",
  98     "ntp1.stratum2.ru",
  99     "ntp2.stratum2.ru",
 100     "ntp3.stratum2.ru",
 101     "ntp4.stratum2.ru",
 102     "ntp5.stratum2.ru",
 103     "ntp6.stratum2.ru",
 104     "ntp7.stratum2.ru",
 105     "ntp1.stratum1.ru",
 106     "ntp2.stratum1.ru",
 107     "ntp3.stratum1.ru",
 108     "ntp4.stratum1.ru",
 109     "ntp1.vniiftri.ru",
 110     "ntp2.vniiftri.ru",
 111     "ntp3.vniiftri.ru",
 112     "ntp4.vniiftri.ru",
 113     "ntp21.vniiftri.ru",
 114     "ntp1.niiftri.irkutsk.ru",
 115     "ntp2.niiftri.irkutsk.ru",
 116     "vniiftri.khv.ru",
 117     "vniiftri2.khv.ru",
 118     "ntp0.zenon.net",
 119     "ntp.mobatime.ru",
 120     "0.ru.pool.ntp.org",
 121     "1.ru.pool.ntp.org",
 122     "2.ru.pool.ntp.org",
 123     "3.ru.pool.ntp.org",
 124
 125     // United States
 126     "ntp-01.caltech.edu",
 127     "ntp-02.caltech.edu",
 128     "ntp-03.caltech.edu",
 129     "ntp-04.caltech.edu",
 130     "nist1-pa.ustiming.org",
 131     "time-a.nist.gov ",
 132     "time-b.nist.gov ",
 133     "time-c.nist.gov ",
 134     "time-d.nist.gov ",
 135     "nist1-macon.macon.ga.us",
 136     "nist.netservicesgroup.com",
 137     "nisttime.carsoncity.k12.mi.us",
 138     "nist1-lnk.binary.net",
 139     "wwv.nist.gov",
 140     "time-a.timefreq.bldrdoc.gov",
 141     "time-b.timefreq.bldrdoc.gov",
 142     "time-c.timefreq.bldrdoc.gov",
 143     "time.nist.gov",
 144     "utcnist.colorado.edu",
 145     "utcnist2.colorado.edu",
 146     "ntp-nist.ldsbc.net",
 147     "nist1-lv.ustiming.org",
 148     "time-nw.nist.gov",
 149     "nist-time-server.eoni.com",
 150     "nist-time-server.eoni.com",
 151     "ntp1.bu.edu",
 152     "ntp2.bu.edu",
 153     "ntp3.bu.edu",
 154     "0.us.pool.ntp.org",
 155     "1.us.pool.ntp.org",
 156     "2.us.pool.ntp.org",
 157     "3.us.pool.ntp.org",
 158
 159     // South Africa
 160     "ntp1.meraka.csir.co.za",
 161     "ntp.is.co.za",
 162     "ntp2.is.co.za",
 163     "igubu.saix.net",
 164     "ntp1.neology.co.za",
 165     "ntp2.neology.co.za",
 166     "tick.meraka.csir.co.za",
 167     "tock.meraka.csir.co.za",
 168     "ntp.time.org.za",
 169     "ntp1.meraka.csir.co.za",
 170     "ntp2.meraka.csir.co.za",
 171     "0.za.pool.ntp.org",
 172     "1.za.pool.ntp.org",
 173     "2.za.pool.ntp.org",
 174     "3.za.pool.ntp.org",
 175
 176     // Italy
 177     "ntp1.inrim.it",
 178     "ntp2.inrim.it",
 179     "0.it.pool.ntp.org",
 180     "1.it.pool.ntp.org",
 181     "2.it.pool.ntp.org",
 182     "3.it.pool.ntp.org",
 183
 184     // Netherlands
 185     "ntp0.nl.net",
 186     "ntp1.nl.net",
 187     "ntp2.nl.net",
 188     "ntp.utwente.nl",
 189     "0.nl.pool.ntp.org",
 190     "1.nl.pool.ntp.org",
 191     "2.nl.pool.ntp.org",
 192     "3.nl.pool.ntp.org",
 193
 194     // United Kingdom
 195     "ntp2d.mcc.ac.uk",
 196     "ntp2c.mcc.ac.uk",
 197     "ntp.exnet.com",
 198     "ntp.cis.strath.ac.uk",
 199     "ntppub.le.ac.uk",
 200     "0.uk.pool.ntp.org",
 201     "1.uk.pool.ntp.org",
 202     "2.uk.pool.ntp.org",
 203     "3.uk.pool.ntp.org",
 204
 205     // Japan
 206     "ntp.nict.jp",
 207     "0.jp.pool.ntp.org",
 208     "1.jp.pool.ntp.org",
 209     "2.jp.pool.ntp.org",
 210     "3.jp.pool.ntp.org",
 211
 212     // ... To be continued
 213 };
 214
 215 bool InitWithRandom(SOCKET &sockfd, socklen_t &servlen, struct sockaddr *pcliaddr)
 216 {
 217     int nAttempt = 0;
 218
 219     while(nAttempt < 100)
 220     {
 221         sockfd = -1;
 222         nAttempt++;
 223
 224         int nServerNum = GetRandInt(nServersCount);
 225
 226         std::vector<CNetAddr> vIP;
 227         bool fRet = LookupHost(NtpServers[nServerNum].c_str(), vIP, 10, true);
 228         if (!fRet)
 229             continue;
 230
 231         struct sockaddr_in servaddr;
 232         servaddr.sin_family = AF_INET;
 233         servaddr.sin_port = htons(123);
 234
 235         bool found = false;
 236         for(unsigned int i = 0; i < vIP.size(); i++)
 237         {
 238             if ((found = vIP[i].GetInAddr(&servaddr.sin_addr)))
 239             {
 240                 break;
 241             }
 242         }
 243
 244         if (!found)
 245             continue;
 246
 247         sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 248
 249         if (sockfd == INVALID_SOCKET)
 250             continue; // socket initialization error
 251
 252         if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr)) == -1 )
 253         {
 254             continue; // "connection" error
 255         }
 256
 257         *pcliaddr = *((struct sockaddr *) &servaddr);
 258         servlen = sizeof(servaddr);
 259         return true;
 260     }
 261
 262     return false;
 263 }
 264
 265 bool InitWithHost(std::string &strHostName, SOCKET &sockfd, socklen_t &servlen, struct sockaddr *pcliaddr)
 266 {
 267     sockfd = -1;
 268
 269     std::vector<CNetAddr> vIP;
 270     bool fRet = LookupHost(strHostName.c_str(), vIP, 10, true);
 271     if (!fRet)
 272         return false;
 273
 274     struct sockaddr_in servaddr;
 275     servaddr.sin_family = AF_INET;
 276     servaddr.sin_port = htons(123);
 277
 278     bool found = false;
 279     for(unsigned int i = 0; i < vIP.size(); i++)
 280     {
 281         if ((found = vIP[i].GetInAddr(&servaddr.sin_addr)))
 282         {
 283             break;
 284         }
 285     }
 286
 287     if (!found)
 288         return false;
 289
 290     sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 291
 292     if (sockfd == INVALID_SOCKET)
 293         return false; // socket initialization error
 294
 295     if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr)) == -1 )
 296     {
 297         return false; // "connection" error
 298     }
 299
 300
 301     *pcliaddr = *((struct sockaddr *) &servaddr);
 302     servlen = sizeof(servaddr);
 303
 304     return true;
 305 }
 306
 307
 308 int64_t DoReq(SOCKET sockfd, socklen_t servlen, struct sockaddr cliaddr)
 309 {
 310
 311 #ifdef WIN32
 312     u_long nOne = 1;
 313     if (ioctlsocket(sockfd, FIONBIO, &nOne) == SOCKET_ERROR)
 314     {
 315         printf("ConnectSocket() : ioctlsocket non-blocking setting failed, error %d\n", WSAGetLastError());
 316 #else
 317     if (fcntl(sockfd, F_SETFL, O_NONBLOCK) == SOCKET_ERROR)
 318     {
 319         printf("ConnectSocket() : fcntl non-blocking setting failed, error %d\n", errno);
 320 #endif
 321         return -2;
 322     }
 323
 324     struct pkt *msg = new pkt;
 325     struct pkt *prt  = new pkt;
 326
 327     msg->li_vn_mode=227;
 328     msg->stratum=0;
 329     msg->ppoll=4;
 330     msg->precision=0;
 331     msg->rootdelay=0;
 332     msg->rootdispersion=0;
 333
 334     msg->ref.Ul_i.Xl_i=0;
 335     msg->ref.Ul_f.Xl_f=0;
 336     msg->org.Ul_i.Xl_i=0;
 337     msg->org.Ul_f.Xl_f=0;
 338     msg->rec.Ul_i.Xl_i=0;
 339     msg->rec.Ul_f.Xl_f=0;
 340     msg->xmt.Ul_i.Xl_i=0;
 341     msg->xmt.Ul_f.Xl_f=0;
 342
 343     int len=48;
 344     int retcode = sendto(sockfd, (char *) msg, len, 0, &cliaddr, servlen);
 345     if (retcode < 0) {
 346         printf("sendto() failed: %d", retcode);
 347         return -3;
 348     }
 349
 350     fd_set fdset;
 351     struct timeval timeout = {5, 0};
 352     FD_ZERO(&fdset);
 353     FD_SET(sockfd, &fdset);
 354
 355     retcode = select(sockfd + 1, &fdset, NULL, NULL, &timeout);
 356     if (retcode <= 0)
 357     {
 358         printf("recvfrom() error");
 359         return -4;
 360     }
 361
 362     recvfrom(sockfd, (char *) msg, len, 0, NULL, NULL);
 363
 364     ntohl_fp(&msg->rec, &prt->rec);
 365     ntohl_fp(&msg->xmt, &prt->xmt);
 366
 367     time_t seconds_receive;
 368     time_t seconds_transmit;
 369
 370     Ntp2Unix(prt->rec.Ul_i.Xl_ui, seconds_receive);
 371     Ntp2Unix(prt->xmt.Ul_i.Xl_ui, seconds_transmit);
 372
 373     delete msg;
 374     delete prt;
 375
 376     return (seconds_receive + seconds_transmit) / 2;
 377 }
 378
 379 int64_t NtpGetTime()
 380 {
 381     struct sockaddr cliaddr;
 382
 383     SOCKET sockfd;
 384     socklen_t servlen;
 385
 386     if (!InitWithRandom(sockfd, servlen, &cliaddr))
 387         return -1;
 388
 389     int64_t nTime = DoReq(sockfd, servlen, cliaddr);
 390
 391     closesocket(sockfd);
 392
 393     return nTime;
 394 }
 395
 396 int64_t NtpGetTime(CNetAddr& ip)
 397 {
 398     struct sockaddr cliaddr;
 399
 400     SOCKET sockfd;
 401     socklen_t servlen;
 402
 403     if (!InitWithRandom(sockfd, servlen, &cliaddr))
 404         return -1;
 405
 406     ip = CNetAddr(((sockaddr_in *)&cliaddr)->sin_addr);
 407     int64_t nTime = DoReq(sockfd, servlen, cliaddr);
 408
 409     closesocket(sockfd);
 410
 411     return nTime;
 412 }
 413
 414 int64_t NtpGetTime(std::string &strHostName)
 415 {
 416     struct sockaddr cliaddr;
 417
 418     SOCKET sockfd;
 419     socklen_t servlen;
 420
 421     if (!InitWithHost(strHostName, sockfd, servlen, &cliaddr))
 422         return -1;
 423
 424     int64_t nTime = DoReq(sockfd, servlen, cliaddr);
 425
 426     closesocket(sockfd);
 427
 428     return nTime;
 429 }