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无论PC端还是移动端系统都自带时间同步功能，基于的都是NTP协议，这里使用C#来实现基于NTP协议的网络校时功能（也就是实现时间同步）。
1、NTP原理
NTP【Network Time Protocol】是用来使计算机时间同步化的一种协议，它可以使计算机对其服务器或时钟源（如石英钟，GPS等等)做同步化，它可以提供高精准度的时间校正（LAN上与标准间差小于1毫秒，WAN上几十毫秒），且可介由加密确认的方式来防止恶毒的协议攻击。
先介绍下NTP数据包格式（其标准化文档为RFC2030，NTP版本是第4版本）：
1 2 3
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
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|LI | VN |Mode | Stratum | Poll | Precision |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Root Delay |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Root Dispersion |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Reference Identifier |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| Reference Timestamp (64) |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| Originate Timestamp (64) |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| Receive Timestamp (64) |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| Transmit Timestamp (64) |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Key Identifier (optional) (32) |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
| |
| Message Digest (optional) (128) |
| |
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
其中协议字段的含义如下所示：
字段名称 单播
请求报文 响应报文
------------------------------------------------
LI 0 0-2
VN 4 3-4
Mode 3 4
Stratum 0 1-14
Poll 0 ignore
Precision 0 ignore
Root Delay 0 ignore
Root Dispersion 0 ignore
Reference Identifier 0 ignore
Reference Timestamp 0 ignore
Originate Timestamp 0 请求报文发送时间（T1）
Receive Timestamp 0 请求报文到达服务端时间（T2）
Transmit Timestamp 本地时间（T1） 服务端应答报文离开时服务端本地时间（T3）
可以看到客户端发送本地时间（T1）过去后，服务端响应报文会将客户端报文发送时间放在字段Originate Timestamp字段中发回来，同时报文中带有请求报文到达服务端的时间（T2)和服务端应答报文离开服务端时的服务端时间（T3），而客户端接收到来自服务端发送的响应报文时的本地时间为T4，根据这四个参数可以计算：
NTP报文的往返时延delay=（T4-T1）-（T3-T2）
客户端与服务端时间差（时钟补偿）offset=（（T2-T1）+（T3-T4））/2
以上时间差计算是假定报文往返相同的情况下，如果请求报文时延和响应报文所花费时间不一致，则计算的时间差offset并不准确(一般来说肯定有误差，误差最大为往返时延的1/2)，但这点精度还在容忍范围。如此可以计算服务器端时间ServerTime = LocalTime + offset。
2、代码实现
2.1 报文构造
前面已经讲过，发送的报文Mode为3，版本为4，发送时间是本地时间，其余字段为0，代码如下（可选项不用）
1 private const byte NTPDataLength = 48; 2 // NTP 数据包 (基于RFC 2030) 3 byte[] NTPData = new byte[NTPDataLength]; 4 5 //NTP数据包初始化 6 private void Initialize() 7 { 8 //版本4，模式客户端（3） 9 NTPData[0] = 0x1B; 10 //其他初始化为0 11 for (int i = 1; i < 48; i++) 12 { 13 NTPData[i] = 0; 14 } 15 //发送端本地时间 16 TransmitTimestamp = DateTime.Now; 17 }
2.2报文发送
NTP协议基于UDP，端口号为123，报文构造好后则发送报文，需要先获取NTP服务器端地址，百度搜索下第一个就是豆瓣的，笔者使用的是上海交通大学网络中心NTP服务器地址ntp.sjtu.edu.cn，参照国外一位作者的代码（该代码写于2001年，后续笔者会对该代码进行部分改动并封装，后面会放出改动的代码），通过域名解析的方式获得IP地址，然后进行连接。
1 //在DNS服务器中查询NTP服务器的IP 地址（这里就不要输入IP地址了，否则报错） 2 IPHostEntry hostadd = Dns.GetHostEntry(TimeServer); 3 IPEndPoint EPhost = new IPEndPoint(hostadd.AddressList[0], 123); 4 5 //连接NTP服务器 6 UdpClient TimeSocket = new UdpClient(); 7 TimeSocket.Connect(EPhost); 8 9 //初始化NTP数据报文 10 Initialize(); 11 //发送NTP报文 12 TimeSocket.Send(NTPData, NTPData.Length);
2.3报文接收
报文接收后，首先要记录接收报文时的本地时间，代码非常简单，如下
1 NTPData = TimeSocket.Receive(ref EPhost); 2 //记录接收到报文时的本地时间 3 ReceptionTimestamp = DateTime.Now;
2.4报文解析
首先介绍下时间格式，如下所示，时间分为秒和秒的小数部分，左边是高位，右边是低位，代码如下：
1 2 3
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
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Seconds |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Seconds Fraction (0-padded) |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
1 private ulong GetMilliSeconds(byte offset) 2 { 3 ulong intpart = 0, fractpart = 0; 4 5 for (int i = 0; i <= 3; i++) 6 { 7 intpart = 256 * intpart + NTPData[offset + i]; 8 } 9 for (int i = 4; i <= 7; i++) 10 { 11 fractpart = 256 * fractpart + NTPData[offset + i]; 12 } 13 14 ulong milliseconds = intpart * 1000 + (fractpart * 1000) / 0x100000000L; 15 return milliseconds; 16 }
主要讲解下秒的小数部分的表示，小数部分由32位整数表示，如果全部为1，并除以以0x100000000，也就是0xFFFFFFFF/0x100000000=0.999999999767(后面的就省略了)，可以看到通过换算小数部分最大值可以精确表示到0.999999999，也就是纳秒级别，这里忽略了大约200多皮秒的时间。对我们来说，只要毫秒时间可以了，所以毫秒计算公式为
milliseconds = 1000* fraction / 0x100000000
获得总毫秒时间后换算为具体年月日时间，代码如下
1 private DateTime ComputeDate(ulong milliseconds) 2 { 3 TimeSpan span =TimeSpan.FromMilliseconds((double)milliseconds); 4 DateTime time = new DateTime(1900, 1, 1); 5 time += span; 6 return time; 7 }
基于此，计算上面所讲的T1、T2、T3
1 // T1 请求报文客户端时间 2 public DateTime OriginateTimestamp 3 { 4 get 5 { 6 return 7 ComputeDate(GetMilliSeconds(offOriginateTimestamp)); 8 } 9 } 10 11 // T2 接收到请求报文时服务器端时间 12 public DateTime ReceiveTimestamp 13 { 14 get 15 { 16 DateTime time = ComputeDate(GetMilliSeconds(offReceiveTimestamp)); 17 // 协调世界时转为当地时间 18 TimeSpan offspan = TimeZone.CurrentTimeZone.GetUtcOffset(DateTime.Now); 19 return time + offspan; 20 } 21 } 22 23 // T3 响应报文发送时服务器端时间 24 public DateTime TransmitTimestamp 25 { 26 get 27 { 28 DateTime time = ComputeDate(GetMilliSeconds(offTransmitTimestamp)); 29 // 协调世界时转为当地时间 30 TimeSpan offspan = TimeZone.CurrentTimeZone.GetUtcOffset(DateTime.Now); 31 return time + offspan; 32 } 33 }
这样可以计算得到时钟补偿offset = (ReceiveTimestamp - OriginateTimestamp) - (ReceptionTimestamp - TransmitTimestamp)
3、代码封装
代码封装基于原国外代码基础之上，重复造车轮意义不大，原代码没有进行时钟补偿，直接使用了服务器端发送时间即 TransmitTimestamp(T3)，对其封装后直接获取当前时间就可以了，不用再做修改了，代码如下(比较简单，就没有注释了)
1 public class BeijingTime 2 { 3 private const string HOST = "ntp.sjtu.edu.cn"; 4 5 private static BeijingTime _instance = null; 6 private NTPClient _client; 7 8 private TimeSpan _tsClock = new TimeSpan(0); 9 10 private bool _IsConnect = false; //没有建立连接 11 12 private BeijingTime() 13 { 14 _client = new NTPClient(HOST); 15 } 16 17 public bool IsConnect 18 { 19 get { return _IsConnect; } 20 } 21 22 public DateTime BeijingTimeNow 23 { 24 get { return DateTime.Now.Add(_tsClock); } 25 } 26 27 /// <summary> 28 /// 设置本地时间，返回失败可能是因为权限不足，请在管理员权限下使用 29 /// </summary> 30 /// <param name="dtLocal"></param> 31 /// <returns></returns> 32 public bool SetLocalTime(DateTime dtLocal) 33 { 34 return _client.SetTime(dtLocal); 35 } 36 37 public bool Connect() 38 { 39 try 40 { 41 _client.Connect(); 42 _IsConnect = true; 43 _tsClock = new TimeSpan(_client.LocalClockOffset); 44 45 return true; 46 } 47 catch (Exception) 48 { 49 _IsConnect = false; 50 return false; 51 } 52 } 53 54 public static BeijingTime Instance 55 { 56 get 57 { 58 if (_instance == null) 59 { 60 _instance = new BeijingTime(); 61 } 62 63 return _instance; 64 } 65 } 66 }
4、测试结果
下载封装好的代码，如下方式调用
1 static void Main(string[] args) 2 { 3 Utility.BeijingTime beijing = Utility.BeijingTime.Instance; 4 beijing.Connect(); 5 Console.WriteLine(string.Format("时钟补偿:{0:f6}",(beijing.BeijingTimeNow - DateTime.Now).TotalSeconds)); 6 Console.WriteLine(string.Format("本地时间:{0}",beijing.BeijingTimeNow.ToString())); 7 Console.ReadLine(); 8 }
结果如下：因为本身使用Windows自带同步功能同步过，所以结果还是蛮精确的
5、后记
网上虽然有很多相关介绍的文章，但个别地方讲的并不仔细，大多代码也不能直接拿来用，就参照国外的源代码和RFC2030文档写了这篇文章，并修改了代码，方便不愿意看原理的人直接下载代码就可以使用。NTP协议内容很多，这里只讲了客户端请求服务端的方式。限于笔者个人水平，文章中难免会出现疏漏，还望指正。
参考文章
1、http://blog.sina.com.cn/s/blog_772ee6f30100pbzw.html
2、http://www.ietf.org/rfc/rfc2030.txt
3、http://blog.163.com/yzc_5001/blog/static/2061963420121283050787/
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原文地址：http://www.cnblogs.com/gguuoojun/p/4588370.html
