1.概述

实现NTP对时服务时，需要解析NTP报文，前面的一些标志可以理解，但是报文中的四个时间网上说法不一，根据自己的理解整理下。

2.NTP报文格式

NTP报文共48个字节，详细释义如下图所示

3.对时机制

1. 客户端发送NTP请求报文：客户端首先向NTP服务器发送一个NTP请求报文，其中包含了该报文离开客户端的时间戳T1。
2. NTP请求报文到达NTP服务器：NTP请求报文在经过网络传输后，到达NTP服务器。在这个时刻，服务器的本地时钟时间为T2。当服务器接收到请求报文时，它将记录T2作为报文到达NTP服务器的时间戳。
3. NTP应答报文发送：服务端处理接收到的请求报文，并在T3时刻发出NTP应答报文。这个应答报文包括了以下时间戳信息：
   T1：请求报文离开客户端时的时间戳。
   T2：请求报文到达NTP服务器时的时间戳。
   T3：应答报文离开NTP服务器时的时间戳。
4. NTP应答报文到达客户端：客户端在接收到NTP应答报文后，记录报文返回的时间戳T4。这个时间戳表示应答报文到达客户端的时间。
5. 计算时间差和延迟：客户端使用上述四个时间戳参数（T1、T2、T3、T4）来计算两个关键参数：
   NTP报文从客户端到服务器的往返延迟（Delay）：Delay = (T4 - T1) - (T3 - T2)
   客户端与服务端之间的时间差（Offset）：Offset = ((T2 - T1) + (T3 - T4)) / 2
6. 客户端调整时钟：NTP客户端根据计算得到的Offset来调整自己的时钟，实现与NTP服务器的时钟同步。
   注意这里的T1，T2，T3，T4跟报文中的四个时间并不是完全对应！！！

3 抓包分析

3.1 第一次交互过程

客户端发送初始报文，将报文离开客户端的时间填入Transmit Timestamp（即上文中的T1）。四个时间字段中只有该字段有值。
服务端对第一次请求的回包，含有四个时间。
Reference Timestamp：服务器最近一次接收上层设备授时后的时间
Origin Timestamp：源端时间。取的是客户端请求报文中的Transmit Timestamp
Receive Timestamp：接收时间。收到请求报文后的服务器本地时间（即上文中T2）
Transmit Timestamp：发送时间。服务端发送回复报文时的服务器本地时间。（即上文中T3）

3.2 后续交互过程

客户端第二次发送请求报文时：

1. 记录接收服务端第一次回复报文的时间，写入Receive Timestamp（即上文中T4）
2. 将服务端回复报文中的Transmit Time填入Origin Time（T3）
3. 记录发送第二次请求报文时的时间，填入Transmit（新的T1）

4.结论

源端报文的Transmit Timestamp始终作为目的端报文中的Origin Timestamp。
将对时机制中的T1，T2，T3，T4与报文中的四个时间分开，不要去想报文中四个时间对应的是T几，就很好理解。

5.NTP时间戳与UTC时间的转换

NTP报文中的四个时间，每个时间戳都用8个字节来表示。前四个字节表示自1900-1-1 00:00:00 以来的秒的个数，后四个字节表示秒的小数。这就是涉及到一个常用时间格式如2024-11-29 16:16:53.322到NTP报文中8字节时间戳的转换。
以上图中服务器回复包中的Transmit Time EA F3 9A 97 F4 EE D5 F4为例，先计算秒的个数，直接计算16进制数0xEAF39A97，结果为3941833367，根据该数，就可以精确到具体某一天的某时某分某秒。首先减去1900-1970的秒数：
3941833367-2208988800=1732844567，因为一般的时间戳转换工具都是计算的从1970年开始的秒数。
使用时间戳在线转换工具得到：

与上图中wireshark解析出来的一致。
再看小数部分，计算0xF4EED5F4,注意该二进制实际上表示的是一个十进制0.xxx的小数。所以转换成十进制整数没用。需要根据十进制小数的二进制表示公式进行换算。

6 十进制小数与二进制小数转换

一个十进制小数比如10.625，转换为二进制小数，需要对整数和小数部分分开处理。
整数部分10，转换为二进制为1010不必多说。
小数部分0.625，根据 乘二取整，顺序排列 方法，乘三次二后，可以得到二进制下的0.101.如果只看二进制小数部分的101，会发现是0.625*2的3次方的结果5的二进制表示。由此可以得到一个快速转换的方法：
十进制小数部分0.xxxxxx * 2的n次方 得到的整数，转换为n位二进制，加上小数点，就是十进制小数的二进制表示方式，这里n为精度，因为有些小数是无法用有限个二进制位数完全表示的。
对应上文中的时间戳的小数部分，其实表示的就是没加小数点之前的n位二进制数，或者说0xF4EED5F4，其实代表的是0.F4EED5F4（这里用十六进制暂时表示二进制，实际应该写为32位的二进制，理解即可）。
根据上述反推，可以得到该十进制小数 = 该n位二进制数 / 2的n次方。
由于windows计算器无法直接计算二进制，先转换为十进制进行计算。这里n为32，2的32次方=4,294,967,296，0xF4EED5F4=4109293044，得到0.956769344…，与wireshark解析出来的时间一致。

总结：
有些协议报文中规定时间分别用秒的整数为和秒的小数为来表示，在程序中实现时，整数部分直接赋值，小数部分先转换为0.xx秒后，在*2的n次方即可。

struct timeval trs_t = {0};
gettimeofday(&trs_t, NULL);
trstime_h = htonl(trs_t.tv_sec + sec_1900to1970);
trstime_l = htonl(trs_t.tv_usec / 1000000 * 0x100000000);