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 = 103;
  85
  86 std::string NtpServers[103] = {
  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     "nist1-pa.ustiming.org",
 127     "time-a.nist.gov ",
 128     "time-b.nist.gov ",
 129     "time-c.nist.gov ",
 130     "time-d.nist.gov ",
 131     "nist1-macon.macon.ga.us",
 132     "nist.netservicesgroup.com",
 133     "nisttime.carsoncity.k12.mi.us",
 134     "nist1-lnk.binary.net",
 135     "wwv.nist.gov",
 136     "time-a.timefreq.bldrdoc.gov",
 137     "time-b.timefreq.bldrdoc.gov",
 138     "time-c.timefreq.bldrdoc.gov",
 139     "time.nist.gov",
 140     "utcnist.colorado.edu",
 141     "utcnist2.colorado.edu",
 142     "ntp-nist.ldsbc.net",
 143     "nist1-lv.ustiming.org",
 144     "time-nw.nist.gov",
 145     "nist-time-server.eoni.com",
 146     "nist-time-server.eoni.com",
 147     "ntp1.bu.edu",
 148     "ntp2.bu.edu",
 149     "ntp3.bu.edu",
 150     "0.us.pool.ntp.org",
 151     "1.us.pool.ntp.org",
 152     "2.us.pool.ntp.org",
 153     "3.us.pool.ntp.org",
 154
 155     // South Africa
 156     "ntp1.meraka.csir.co.za",
 157     "ntp.is.co.za",
 158     "ntp2.is.co.za",
 159     "igubu.saix.net",
 160     "ntp1.neology.co.za",
 161     "ntp2.neology.co.za",
 162     "tick.meraka.csir.co.za",
 163     "tock.meraka.csir.co.za",
 164     "ntp.time.org.za",
 165     "ntp1.meraka.csir.co.za",
 166     "ntp2.meraka.csir.co.za",
 167     "0.za.pool.ntp.org",
 168     "1.za.pool.ntp.org",
 169     "2.za.pool.ntp.org",
 170     "3.za.pool.ntp.org",
 171
 172     // Italy
 173     "ntp1.inrim.it",
 174     "ntp2.inrim.it",
 175     "0.it.pool.ntp.org",
 176     "1.it.pool.ntp.org",
 177     "2.it.pool.ntp.org",
 178     "3.it.pool.ntp.org",
 179
 180     // Netherlands
 181     "ntp0.nl.net",
 182     "ntp1.nl.net",
 183     "ntp2.nl.net",
 184     "ntp.utwente.nl",
 185     "0.nl.pool.ntp.org",
 186     "1.nl.pool.ntp.org",
 187     "2.nl.pool.ntp.org",
 188     "3.nl.pool.ntp.org",
 189
 190     // United Kingdom
 191     "ntp2d.mcc.ac.uk",
 192     "ntp2c.mcc.ac.uk",
 193     "ntp.exnet.com",
 194     "ntp.cis.strath.ac.uk",
 195     "ntppub.le.ac.uk",
 196     "0.uk.pool.ntp.org",
 197     "1.uk.pool.ntp.org",
 198     "2.uk.pool.ntp.org",
 199     "3.uk.pool.ntp.org",
 200
 201     // Japan
 202     "ntp.nict.jp",
 203     "0.jp.pool.ntp.org",
 204     "1.jp.pool.ntp.org",
 205     "2.jp.pool.ntp.org",
 206     "3.jp.pool.ntp.org",
 207
 208     // ... To be continued
 209 };
 210
 211 bool InitWithRandom(SOCKET &sockfd, socklen_t &servlen, struct sockaddr *pcliaddr)
 212 {
 213     int nAttempt = 0;
 214
 215     while(nAttempt < 100)
 216     {
 217         sockfd = -1;
 218         nAttempt++;
 219
 220         int nServerNum = GetRandInt(nServersCount);
 221
 222         std::vector<CNetAddr> vIP;
 223         bool fRet = LookupHost(NtpServers[nServerNum].c_str(), vIP, 10, true);
 224         if (!fRet)
 225             continue;
 226
 227         struct sockaddr_in servaddr;
 228         servaddr.sin_family = AF_INET;
 229         servaddr.sin_port = htons(123);
 230
 231         bool found = false;
 232         for(unsigned int i = 0; i < vIP.size(); i++)
 233         {
 234             if ((found = vIP[i].GetInAddr(&servaddr.sin_addr)))
 235             {
 236                 break;
 237             }
 238         }
 239
 240         if (!found)
 241             continue;
 242
 243         sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 244
 245         if (sockfd == INVALID_SOCKET)
 246             continue; // socket initialization error
 247
 248         if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr)) == -1 )
 249         {
 250             continue; // "connection" error
 251         }
 252
 253         *pcliaddr = *((struct sockaddr *) &servaddr);
 254         servlen = sizeof(servaddr);
 255         return true;
 256     }
 257
 258     return false;
 259 }
 260
 261 bool InitWithHost(std::string &strHostName, SOCKET &sockfd, socklen_t &servlen, struct sockaddr *pcliaddr)
 262 {
 263     sockfd = -1;
 264
 265     std::vector<CNetAddr> vIP;
 266     bool fRet = LookupHost(strHostName.c_str(), vIP, 10, true);
 267     if (!fRet)
 268         return false;
 269
 270     struct sockaddr_in servaddr;
 271     servaddr.sin_family = AF_INET;
 272     servaddr.sin_port = htons(123);
 273
 274     bool found = false;
 275     for(unsigned int i = 0; i < vIP.size(); i++)
 276     {
 277         if ((found = vIP[i].GetInAddr(&servaddr.sin_addr)))
 278         {
 279             break;
 280         }
 281     }
 282
 283     if (!found)
 284         return false;
 285
 286     sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 287
 288     if (sockfd == INVALID_SOCKET)
 289         return false; // socket initialization error
 290
 291     if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr)) == -1 )
 292     {
 293         return false; // "connection" error
 294     }
 295
 296
 297     *pcliaddr = *((struct sockaddr *) &servaddr);
 298     servlen = sizeof(servaddr);
 299
 300     return true;
 301 }
 302
 303
 304 int64_t DoReq(SOCKET sockfd, socklen_t servlen, struct sockaddr cliaddr)
 305 {
 306
 307 #ifdef WIN32
 308     u_long nOne = 1;
 309     if (ioctlsocket(sockfd, FIONBIO, &nOne) == SOCKET_ERROR)
 310     {
 311         printf("ConnectSocket() : ioctlsocket non-blocking setting failed, error %d\n", WSAGetLastError());
 312 #else
 313     if (fcntl(sockfd, F_SETFL, O_NONBLOCK) == SOCKET_ERROR)
 314     {
 315         printf("ConnectSocket() : fcntl non-blocking setting failed, error %d\n", errno);
 316 #endif
 317         return -2;
 318     }
 319
 320     struct pkt *msg = new pkt;
 321     struct pkt *prt  = new pkt;
 322
 323     msg->li_vn_mode=227;
 324     msg->stratum=0;
 325     msg->ppoll=4;
 326     msg->precision=0;
 327     msg->rootdelay=0;
 328     msg->rootdispersion=0;
 329
 330     msg->ref.Ul_i.Xl_i=0;
 331     msg->ref.Ul_f.Xl_f=0;
 332     msg->org.Ul_i.Xl_i=0;
 333     msg->org.Ul_f.Xl_f=0;
 334     msg->rec.Ul_i.Xl_i=0;
 335     msg->rec.Ul_f.Xl_f=0;
 336     msg->xmt.Ul_i.Xl_i=0;
 337     msg->xmt.Ul_f.Xl_f=0;
 338
 339     int len=48;
 340     int retcode = sendto(sockfd, (char *) msg, len, 0, &cliaddr, servlen);
 341     if (retcode < 0) {
 342         printf("sendto() failed: %d", retcode);
 343         return -3;
 344     }
 345
 346     fd_set fdset;
 347     struct timeval timeout = {5, 0};
 348     FD_ZERO(&fdset);
 349     FD_SET(sockfd, &fdset);
 350
 351     retcode = select(sockfd + 1, &fdset, NULL, NULL, &timeout);
 352     if (retcode <= 0)
 353     {
 354         printf("recvfrom() error");
 355         return -4;
 356     }
 357
 358     recvfrom(sockfd, (char *) msg, len, 0, NULL, NULL);
 359
 360     ntohl_fp(&msg->rec, &prt->rec);
 361     ntohl_fp(&msg->xmt, &prt->xmt);
 362
 363     time_t seconds_receive;
 364     time_t seconds_transmit;
 365
 366     Ntp2Unix(prt->rec.Ul_i.Xl_ui, seconds_receive);
 367     Ntp2Unix(prt->xmt.Ul_i.Xl_ui, seconds_transmit);
 368
 369     delete msg;
 370     delete prt;
 371
 372     return (seconds_receive + seconds_transmit) / 2;
 373 }
 374
 375 int64_t NtpGetTime()
 376 {
 377     struct sockaddr cliaddr;
 378
 379     SOCKET sockfd;
 380     socklen_t servlen;
 381
 382     if (!InitWithRandom(sockfd, servlen, &cliaddr))
 383         return -1;
 384
 385     int64_t nTime = DoReq(sockfd, servlen, cliaddr);
 386
 387     closesocket(sockfd);
 388
 389     return nTime;
 390 }
 391
 392 int64_t NtpGetTime(std::string &strHostName)
 393 {
 394     struct sockaddr cliaddr;
 395
 396     SOCKET sockfd;
 397     socklen_t servlen;
 398
 399     if (!InitWithHost(strHostName, sockfd, servlen, &cliaddr))
 400         return -1;
 401
 402     int64_t nTime = DoReq(sockfd, servlen, cliaddr);
 403
 404     closesocket(sockfd);
 405
 406     return nTime;
 407 }