基于QT的NTP客户端和服务器端协议和代码详解（1）

一、前言

最近一段时间一直在弄NTP协议。本来需要做NTP的服务器端程序，但是由于不知道自己编写的代码能不能运行，所以还需要编写NTP客户端程序来验证。最后决定客户端和服务器端程序都需要编写。

二、现有问题

前期在网上搜索了很多相关资料，有写NTP客户端程序的，有写NTP服务器端程序的，有介绍NTP协议的。发现问题如下：

（1）客户端方面：程序中仅仅介绍发送和接收方式，却没有介绍怎么设定相关参数。协议方面也仅仅介绍了各个报文对应什么含义，具体怎么填充却没有详细介绍；

（2）服务器端方面：程序很少，并且也没有介绍参数怎么设定，协议方面也和客户端协议一样，对具体数据填充都仅仅停留在含义方面。

三、解决办法

在现有资料的基础上，首先解决客户端程序问题，并且多次尝试程序中具体数据代表意义，并且发送到实际网络中，分析发送报文的可能性和接收报文的可能性，确定发送报文的正确性和接收报文的解析。再次解决服务器端程序问题，分析接收报文和回复报文的具体含义，并且通过已经验证的客户端程序和报文进行模拟，同时接入现有时钟装置进行实际验证，确定接收报文的解析和发送报文的正确性。

前提条件：（1）网络NTP，可以验证客户端的正确性；（2）自我收发NTP，可以验证客户端和服务器端的互联及模拟；（3）时钟同步装置，可以验证服务器的正确性。

四、客户端

1.协议

先说下需要填充的量：前置信息（必须）、标识符（非必须）、传送时间戳（必须）。

（1）前置信息：闰秒，版本，模式，层，测试间隔，精度。这几个全部测试过了：

闰秒主要针对服务器端回复信息，与客户端的填充没有什么关系，所以可以不填充，那就填0，如果你想填其他的也可以，和服务器端回复信息没什么关系。

版本号也测试过了，是兼容的，客户端填1,2,3都可以，服务器回复的时候都是回复3。应该网上的NTP服务器都是用的3版本。所以填充最新的3就行。网上有的写返回的是最新的版本4，但是我连接下所有的网络NTP服务器，返回的都是3。

模式这个是必须填写3，因为是客户端，这个是必须固定的，其他的会出现意想不到的问题。服务器回复的时候回复4。也就是说这个是发送信息者的信息，所以对应填充就行。

层这个随意，这个定义只针对服务器端的回复报文，所以也都填充成0。

测试间隔和精度这个也随意，改变之后不改变服务器端回复的报文，所以也都填充成0。

（2）标识符，这个很有意思，这个发送的时候，对于网络NTP服务器没有任何影响。改变之后不改变服务器端回复信息。所以这个也是随意的。但是如果有特殊要求的话，需要填入对应字符。

（3）传送时间戳。这个也测试了下，只有填写到最后的位置才能让服务器端返回正确的数据。参考所有网上写的，都是说原始时间戳是客户端发送的时间，其实这个是针对服务器端返回的报文，却不针对客户端报文。其实正确的理解方式应该是，传送时间戳是离开客户端和服务器端的时间，不管是客户端还是服务器端都是要填充这个数据。客户端数据发送时间填充到这里，服务器端数据发送时间也填充到这里，而不是协议里面写的填充到原始时间戳那里。

2.报文解析

客户端发送报文举例如下：

1B 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 E9 D4 0C E9 91 01 00 00

具体分析下：

1B：0001 1011 00代表无闰秒预告。011代表NTP版本号3。011代表客户端模式。最好这样填充，以免出现兼容问题。

E9 D4 0C E9 91 01 00 00 这个是客户端的传送时间戳。有个问题需要注意，NTP采用的是小端模式，具体为啥不清楚，所以解析的时候必须反过来，也就是：00 00 01 91 E9 0C D4 E9，这个才是真正的时间戳，转化为十进制：1726191817961。这里需要注意：1726191817是秒数，961是毫秒数。利用时间戳转换工具和自己编写的软件转换时间：

所以这种解析方式是正确的，并且只能这样填充。所以填充步骤：先获得时间戳，记得是毫秒戳，然后转化为8个字节的数据，然后大小端互换，然后填充进去。

其他的都填充0就可以，至于想试试的小伙伴可以全部都试试。基本的格式是第1个字节和最后8个字节必须填充好，这样可以从网络NTP服务器中获得正确的时间。

3.程序

程序编写前提：对QT掌握的熟练，基本的操作是必须得。前面的文章有介绍QT的基本操作，可以看看。对于基本的操作部分仅仅贴出代码，主要介绍和NTP客户端相关的程序。

这篇文章仅仅介绍NTP客户端的发送程序，至于接收的报文，下篇文章再介绍。

这个是客户端的界面。程序里面都是根据汉字意思翻译过去的变量，所以应该挺好理解。

注：编写有交互的软件最好是发送报文和接收报文都显示，这样方便用现有的软件对程序进行调试。这个前期我采用网络调试助手中的UDP去的调试的。很方便。

程序应该添加什么头文件，这个是必须得。什么pro里面添加network，头文件添加：

#include  <QUdpSocket>

这些都是基本操作，就不详细解释了。

初始化阶段程序，形成界面，至于界面做成什么样子，自己修改就行，这里重复代码比较多，所以仅仅是给出个大概。

ntpclient::ntpclient(QWidget *parent) :QWidget(parent),ui(new Ui::ntpclient)
{ui->setupUi(this);m_socket=new QUdpSocket(this);connect(m_socket, &QUdpSocket::readyRead, this, &ntpclient::on_readData);connect(ui->connect,&QPushButton::clicked,this, &ntpclient::myconnect);connect(ui->send,&QPushButton::clicked,this, &ntpclient::sendData);model = new QStandardItemModel();ui->tableView->setModel(model);ui->tableView->verticalHeader()->hide();ui->tableView->horizontalHeader()->hide();ui->tableView->horizontalHeader()->setStretchLastSection(true);ui->tableView->horizontalHeader()->setSectionResizeMode(QHeaderView::Stretch);ui->tableView->verticalHeader()->setSectionResizeMode(QHeaderView::Stretch);for (int i=0;i<10;i++){const QStringList rows[] ={QStringList{QString::number(0),QString::number(0),QString::number(0),QString::number(0)}};for (const QStringList &row : rows){items.clear();for (const QString &text : row){items.append(new QStandardItem(text));}model->appendRow(items);}}uint8_t row;row = model->rowCount();for (int i=0;i<row;i++){model->item(i,0)->setTextAlignment(Qt::AlignCenter);model->item(i,1)->setTextAlignment(Qt::AlignCenter);model->item(i,2)->setTextAlignment(Qt::AlignCenter);model->item(i,3)->setTextAlignment(Qt::AlignCenter);}model->item(0,0)->setText("闰秒");model->item(0,0)->setBackground(QColor("LightGray"));ui->tableView->setStyleSheet("gridline-color: rgb(0, 0, 0)");}

当然对应h文件里面也需要添加对应变量，放进去之后自己调试下就行，相关基本操作就不再一一说了，熟悉QT的应该挺容易理解的。

 #include <QUdpSocket>#include <QStandardItemModel>   QUdpSocket *m_socket;QByteArray toNtpPacket();void myconnect();void connectServer(QString url);        // 连接Ntp服务void close();QStandardItemModel *model;QList<QStandardItem *> items;

这样基本的工作就做好了。下面介绍和NTP客户端相关的发送程序。

第一个：连接NTP服务器。这个包含2个：自己的服务器，网络服务器。

void ntpclient::myconnect()
{connectServer("ntp.tencent.com");//    connectServer("127.0.0.1");
}
void ntpclient::connectServer(QString url)
{m_socket->connectToHost(url, 123);if(m_socket->waitForConnected()){qDebug() << "连接成功";}else{qDebug() << "连接失败";}
}

主要两个参数：IP需要改变。PORT是固定的123。

网络NTP服务器，那么填入需要的网站，这个搜素的话有很多，选一个能用的。注意：腾讯的比较快，其他的都测试了都比较慢，并且有的连接不上，所以最好选用这个，测试方便。端口号一定是123。这个是应规定，NTP服务器就是用的这个端口号。

自己的服务器：这个又分为两种，同一台电脑上，两台电脑上。

同一台电脑：IP是127.0.0.1。为啥是这个，我用网络助手和自己最后编程的软件都测试过了。自己的电脑是自己虚拟自己的IP地址，如果采用同一台电脑模拟客户端和服务器端的话，IP就是

这个。客户端和服务器端都是这个，并且这个端口他也会自己虚拟出来一个端口用。所以这个没办法。

两台电脑上：一台电脑上客户端，另一台电脑服务器端。这样这样IP就是自己的物理地址。注意：由于采用UDP模式，两台电脑可以用网线直接互联，这个测试过了，不需要路由器啥的，直接网线怼一起就行。

前期没有服务器端代码，只能采用网络调试助手去调试，互联一下，看看网络助手能不能接收到数据，能接收到就行，乱码也行，说明路通了。然后再一步一步的修改代码，直至得到正确的数据。

第二个：填充报文。

QByteArray ntpclient::toNtpPacket()
{QByteArray result(40, 0);quint8 li = 0;                   // LI闰秒标识器，占用2个bit，0 即可；quint8 vn = 3;                   // VN 版本号，占用3个bits，表示NTP的版本号，现在为3；quint8 mode = 3;                 // Mode 模式，占用3个bits，表示模式。 3 表示 client， 2 表示 serverquint8 stratum = 0;              // 系统时钟的层数，取值范围为1～16，它定义了时钟的准确度。层数为1的时钟准确度最高，准确度从1到16依次递减，层数为16的时钟处于未同步状态，不能作为参考时钟。quint8 poll = 0;                 // 轮询时间，即两个连续NTP报文之间的时间间隔(4-14)qint8 precision = 0;             // 系统时钟的精度,精确到秒的平方级（-6 到 -20）result[0] = char((li << 6) | (vn <<3) | (mode));result[1] = char(stratum & 0xff);result[2] = char(poll & 0xff);result[3] = char(precision & 0xff);qint64 currentLocalTimestamp = QDateTime::currentMSecsSinceEpoch();result.append((const char *)&currentLocalTimestamp, sizeof(qint64));qDebug()<<currentLocalTimestamp;return result;
}

里面填充和前面介绍的一样。为了方便取了40个数据，后面直接append，就把时间戳给加上了。里面的QDateTime::currentMSecsSinceEpoch()已经将数据转化好了，毫秒戳，大小端互换，所以直接填充就好。

题外话：这个数据就解析的很烦躁，不知道他的解析规则，只能自己猜，为啥，为啥，为啥又不对。最后找了很多文章才发现是大小端互换，并且后面是3位毫秒。所以数据出来的时候都不知道为啥是这个。为啥和网络的时间戳对不上，怎么都解析不出来。最后才发现是这样解析的。

第三个：发送报文

void ntpclient::sendData()
{QByteArray arr = toNtpPacket();qint64 len = m_socket->write(arr);if(len != arr.count()){qWarning() << "发送NTP请求帧失败：" << arr.toHex(' ');}uint8_t gnReceiveData[48];ui->textEdit_2->clear();for(int i=0; i<48; i++){gnReceiveData[i] = arr[i];ui->textEdit_2->insertPlainText(QString("%1").arg(gnReceiveData[i],2,16,QLatin1Char('0')).toUpper());ui->textEdit_2->insertPlainText(" ");}
}

直接发送字符，然后在ui界面显示发送报文。

至此客户端发送程序完毕。