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 = 65;
  85
  86 std::string NtpServers[65] = {
  87     // Microsoft
  88     "time.windows.com",
  89
  90     // Google
  91     "time1.google.com",
  92     "time2.google.com",
  93
  94     // Russian Federation
  95     "ntp.ix.ru",
  96     "0.ru.pool.ntp.org",
  97     "1.ru.pool.ntp.org",
  98     "2.ru.pool.ntp.org",
  99     "3.ru.pool.ntp.org",
 100     "ntp1.stratum2.ru",
 101     "ntp2.stratum2.ru",
 102     "ntp3.stratum2.ru",
 103     "ntp4.stratum2.ru",
 104     "ntp5.stratum2.ru",
 105     "ntp6.stratum2.ru",
 106     "ntp7.stratum2.ru",
 107     "ntp1.stratum1.ru",
 108     "ntp2.stratum1.ru",
 109     "ntp3.stratum1.ru",
 110     "ntp4.stratum1.ru",
 111     "ntp1.vniiftri.ru",
 112     "ntp2.vniiftri.ru",
 113     "ntp3.vniiftri.ru",
 114     "ntp4.vniiftri.ru",
 115     "ntp21.vniiftri.ru",
 116     "ntp1.niiftri.irkutsk.ru",
 117     "ntp2.niiftri.irkutsk.ru",
 118     "vniiftri.khv.ru",
 119     "vniiftri2.khv.ru",
 120
 121     // United States
 122     "nist1-pa.ustiming.org",
 123     "time-a.nist.gov ",
 124     "time-b.nist.gov ",
 125     "time-c.nist.gov ",
 126     "time-d.nist.gov ",
 127     "nist1-macon.macon.ga.us",
 128     "nist.netservicesgroup.com",
 129     "nisttime.carsoncity.k12.mi.us",
 130     "nist1-lnk.binary.net",
 131     "wwv.nist.gov",
 132     "time-a.timefreq.bldrdoc.gov",
 133     "time-b.timefreq.bldrdoc.gov",
 134     "time-c.timefreq.bldrdoc.gov",
 135     "time.nist.gov",
 136     "utcnist.colorado.edu",
 137     "utcnist2.colorado.edu",
 138     "ntp-nist.ldsbc.net",
 139     "nist1-lv.ustiming.org",
 140     "time-nw.nist.gov",
 141     "nist-time-server.eoni.com",
 142     "nist-time-server.eoni.com",
 143     "ntp1.bu.edu",
 144     "ntp2.bu.edu",
 145     "ntp3.bu.edu",
 146
 147     // South Africa
 148     "ntp1.meraka.csir.co.za",
 149     "ntp.is.co.za",
 150     "ntp2.is.co.za",
 151     "igubu.saix.net",
 152     "ntp1.neology.co.za",
 153     "ntp2.neology.co.za",
 154     "tick.meraka.csir.co.za",
 155     "tock.meraka.csir.co.za",
 156     "ntp.time.org.za",
 157     "ntp1.meraka.csir.co.za",
 158     "ntp2.meraka.csir.co.za",
 159
 160     // Italy
 161     "ntp1.inrim.it",
 162     "ntp2.inrim.it",
 163
 164     // ... To be continued
 165 };
 166
 167 bool InitWithRandom(SOCKET &sockfd, socklen_t &servlen, struct sockaddr *pcliaddr)
 168 {
 169     int nAttempt = 0;
 170
 171     while(nAttempt < 100)
 172     {
 173         sockfd = -1;
 174         nAttempt++;
 175
 176         int nServerNum = GetRandInt(nServersCount);
 177
 178         std::vector<CNetAddr> vIP;
 179         bool fRet = LookupHost(NtpServers[nServerNum].c_str(), vIP, 10, true);
 180         if (!fRet)
 181             continue;
 182
 183         struct sockaddr_in servaddr;
 184         servaddr.sin_family = AF_INET;
 185         servaddr.sin_port = htons(123);
 186
 187         bool found = false;
 188         for(unsigned int i = 0; i < vIP.size(); i++)
 189         {
 190             if ((found = vIP[i].GetInAddr(&servaddr.sin_addr)))
 191             {
 192                 break;
 193             }
 194         }
 195
 196         if (!found)
 197             continue;
 198
 199         sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 200
 201         if (sockfd == INVALID_SOCKET)
 202             continue; // socket initialization error
 203
 204         if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr)) == -1 )
 205         {
 206             continue; // "connection" error
 207         }
 208
 209         *pcliaddr = *((struct sockaddr *) &servaddr);
 210         servlen = sizeof(servaddr);
 211         return true;
 212     }
 213
 214     return false;
 215 }
 216
 217 bool InitWithHost(std::string &strHostName, SOCKET &sockfd, socklen_t &servlen, struct sockaddr *pcliaddr)
 218 {
 219     sockfd = -1;
 220
 221     std::vector<CNetAddr> vIP;
 222     bool fRet = LookupHost(strHostName.c_str(), vIP, 10, true);
 223     if (!fRet)
 224         return false;
 225
 226     struct sockaddr_in servaddr;
 227     servaddr.sin_family = AF_INET;
 228     servaddr.sin_port = htons(123);
 229
 230     bool found = false;
 231     for(unsigned int i = 0; i < vIP.size(); i++)
 232     {
 233         if ((found = vIP[i].GetInAddr(&servaddr.sin_addr)))
 234         {
 235             break;
 236         }
 237     }
 238
 239     if (!found)
 240         return false;
 241
 242     sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 243
 244     if (sockfd == INVALID_SOCKET)
 245         return false; // socket initialization error
 246
 247     if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr)) == -1 )
 248     {
 249         return false; // "connection" error
 250     }
 251
 252
 253     *pcliaddr = *((struct sockaddr *) &servaddr);
 254     servlen = sizeof(servaddr);
 255
 256     return true;
 257 }
 258
 259
 260 int64_t DoReq(SOCKET sockfd, socklen_t servlen, struct sockaddr cliaddr)
 261 {
 262
 263 #ifdef WIN32
 264     u_long nOne = 1;
 265     if (ioctlsocket(sockfd, FIONBIO, &nOne) == SOCKET_ERROR)
 266     {
 267         printf("ConnectSocket() : ioctlsocket non-blocking setting failed, error %d\n", WSAGetLastError());
 268 #else
 269     if (fcntl(sockfd, F_SETFL, O_NONBLOCK) == SOCKET_ERROR)
 270     {
 271         printf("ConnectSocket() : fcntl non-blocking setting failed, error %d\n", errno);
 272 #endif
 273         return -2;
 274     }
 275
 276     struct pkt *msg = new pkt;
 277     struct pkt *prt  = new pkt;
 278
 279     msg->li_vn_mode=227;
 280     msg->stratum=0;
 281     msg->ppoll=4;
 282     msg->precision=0;
 283     msg->rootdelay=0;
 284     msg->rootdispersion=0;
 285
 286     msg->ref.Ul_i.Xl_i=0;
 287     msg->ref.Ul_f.Xl_f=0;
 288     msg->org.Ul_i.Xl_i=0;
 289     msg->org.Ul_f.Xl_f=0;
 290     msg->rec.Ul_i.Xl_i=0;
 291     msg->rec.Ul_f.Xl_f=0;
 292     msg->xmt.Ul_i.Xl_i=0;
 293     msg->xmt.Ul_f.Xl_f=0;
 294
 295     int len=48;
 296     int retcode = sendto(sockfd, (char *) msg, len, 0, &cliaddr, servlen);
 297     if (retcode < 0) {
 298         printf("sendto() failed: %d", retcode);
 299         return -3;
 300     }
 301
 302     retcode = 0;
 303     int nWait = 0;
 304
 305     while(retcode <= 0) {
 306         Sleep(1000);
 307         retcode = recvfrom(sockfd, (char *) msg, len, 0, NULL, NULL);
 308
 309         if (nWait > 4) {
 310             printf("recvfrom() timeout");
 311             return -4;
 312         }
 313
 314         nWait++;
 315     }
 316
 317     ntohl_fp(&msg->rec, &prt->rec);
 318     ntohl_fp(&msg->xmt, &prt->xmt);
 319
 320     time_t seconds_receive;
 321     time_t seconds_transmit;
 322
 323     Ntp2Unix(prt->rec.Ul_i.Xl_ui, seconds_receive);
 324     Ntp2Unix(prt->xmt.Ul_i.Xl_ui, seconds_transmit);
 325
 326     delete msg;
 327     delete prt;
 328
 329     return (seconds_receive + seconds_transmit) / 2;
 330 }
 331
 332 int64_t NtpGetTime()
 333 {
 334     struct sockaddr cliaddr;
 335
 336     SOCKET sockfd;
 337     socklen_t servlen;
 338
 339     if (!InitWithRandom(sockfd, servlen, &cliaddr))
 340         return -1;
 341
 342     int64_t nTime = DoReq(sockfd, servlen, cliaddr);
 343
 344     closesocket(sockfd);
 345
 346     return nTime;
 347 }
 348
 349 int64_t NtpGetTime(std::string &strHostName)
 350 {
 351     struct sockaddr cliaddr;
 352
 353     SOCKET sockfd;
 354     socklen_t servlen;
 355
 356     if (!InitWithHost(strHostName, sockfd, servlen, &cliaddr))
 357         return -1;
 358
 359     int64_t nTime = DoReq(sockfd, servlen, cliaddr);
 360
 361     closesocket(sockfd);
 362
 363     return nTime;
 364 }