QtNtp时间同步客户端 原创
QtNtp时间同步客户端
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1、概述
- Qt版本：V5.12.5
- Ntp协议
NTP（Network Time Protocol，网络时间协议）是由RFC 1305定义的时间同步协议，用来在分布式时间服务器和客户端之间进行时间同步。NTP基于UDP报文进行传输，使用的UDP端口号为123。
使用NTP的目的是对网络内所有具有时钟的设备进行时钟同步，使网络内所有设备的时钟保持一致，从而使设备能够提供基于统一时间的多种应用。
对于运行NTP的本地系统，既可以接收来自其他时钟源的同步，又可以作为时钟源同步其他的时钟，并且可以和其他设备互相同步。
- NTP时间同步客户端程序说明
- 使用UDP进行通信；
- 毫秒级时间精度；
- 使用多个阿里云NTP时间同步服务器、腾讯云NTP时间同步服务器；
- 支持windows、linux下修改系统时间。
注意： 由于设置系统时间的功能比较重要，所以不管是Windows还是Linux都需要最高权限才可以。
- Windows下需要【以管理员身份运行】打开QtCreator或者编译后给NtpClient.exe设置权限【属性->兼容性->以管理员身份运行此程序】，否则无法修改系统时间；
- Linux下编译后使用【sudo ./NtpClient】 运行程序。
2、实现效果
3、关键代码
- NtpClient.h
#ifndef NTPCLIENT_H
#define NTPCLIENT_H
#include <QObject>
class QUdpSocket;
#if 0 // NTP协议帧（未使用）
typedef struct
{
char LI_VN_Mode;
char Stratum;
char Poll;
char Precision;
int RootDelay;
int RootDispersion;
int ReferenceIdentifier;
quint64 ReferenceTimeStamp; // 系统时钟最后一次被设定或更新的时间
quint64 OriginateTimeStamp; // NTP请求报文离开发送端时发送端的本地时间
quint64 ReceiveTimeStamp; // NTP请求报文到达Server端时接收端的本地时间。
quint64 TransmitTimeStamp; // 发送时间戳，客户端发送时填写，server接收到后会将TransmitTimeStamp值写入OriginateTimeStamp，然后NTP应答报文离开Server时在OriginateTimeStamp的本地时间。
}NtpPacket;
#endif
class NtpClient : public QObject
{
Q_OBJECT
public:
explicit NtpClient(QObject *parent = nullptr);
void connectServer(QString url); // 连接Ntp服务
void close();
void getTime();
signals:
void updateData(const QString& time); // 添加显示到界面上文本框中的信息
private slots:
void on_connected();
void on_readData();
void sendData();
void setDateTime(QDateTime& dateTime);
private:
QUdpSocket* m_socket = nullptr;
};
#endif // NTPCLIENT_H
- NtpClient.cpp
#include "ntpclient.h"
#include <QDateTime>
#include <QUdpSocket>
#include <QDebug>
#include <QtEndian>
#include <QElapsedTimer>
#include <QMetaEnum>
#ifdef Q_OS_WIN
#include <Windows.h>
#endif
#ifdef Q_OS_LINUX
#include <sys/time.h>
#endif
NtpClient::NtpClient(QObject *parent) : QObject(parent)
{
m_socket = new QUdpSocket(this);
connect(m_socket, &QUdpSocket::connected, this, &NtpClient::on_connected);
connect(m_socket, &QUdpSocket::readyRead, this, &NtpClient::on_readData);
}
/**
* @brief 连接Ntp服务器，端口号默认123
* @param url Ntp服务器IP地址或网址
*/
void NtpClient::connectServer(QString url)
{
close();
m_socket->connectToHost(url, 123);
}
void NtpClient::close()
{
m_socket->abort();
}
void NtpClient::on_connected()
{
qDebug() << "连接成功！";
QMetaEnum m = QMetaEnum::fromType<QAbstractSocket::SocketState>(); // 获取QUdpSocket连接状态字符串
emit updateData(QString("连接成功：%1 %2").arg(m_socket->peerName()).arg(m.key(m_socket->state())));
}
void NtpClient::getTime()
{
sendData();
}
QByteArray 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 server
quint8 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 = 4; // 轮询时间，即两个连续NTP报文之间的时间间隔(4-14)
qint8 precision = -6; // 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 *)¤tLocalTimestamp, sizeof(qint64));
return result;
}
/**
* @brief 发送NTP请求帧
*/
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(' ');
}
}
/**
* @brief 将QByteArray类型时间戳数据转换为整形并且进行大小端转换
* @param bt
* @return
*/
quint32 byteToUInt32(QByteArray bt) {
if(bt.count() != 4) return 0;
quint32 value;
memcpy(&value, bt.data(), 4);
return qToBigEndian(value); // 大端转小端
}
/**
* @brief 将Ntp时间戳转换成QDateTime可用的时间戳
* @param bt
* @return
*/
qint64 byte64ToMillionSecond(QByteArray bt) {
qint64 second = byteToUInt32(bt.left(4));
qint64 millionSecond = byteToUInt32(bt.mid(4, 4));
return (second * 1000L) + ((millionSecond * 1000L) >> 32);
}
/**
* @brief 接收返回的NTP数据帧并解析
*/
void NtpClient::on_readData()
{
QElapsedTimer timer; // 统计数据解析消耗的时间
timer.start();
QByteArray buf = m_socket->readAll();
qint64 currentLocalTimestamp = QDateTime::currentDateTime().toMSecsSinceEpoch(); // 客户端接收到响应报文时的时间戳 T4
if(buf.count() < 48) // Ntp协议帧长度为48字节
{
return;
}
QDateTime epoch(QDate(1900, 1, 1), QTime(0, 0, 0)); // ntp时间计时从1900年开始
QDateTime unixStart(QDate(1970, 1, 1), QTime(0, 0, 0)); // UNIX操作系统考虑到计算机产生的年代和应用的时限综合取了1970年1月1日作为UNIX TIME的纪元时间(开始时间)
qint64 unixDiff = epoch.msecsTo(unixStart);
// 解析ntp协议中的时间
qint64 referenceTimestamp = byte64ToMillionSecond(buf.mid(16, 8)) - unixDiff; // 参考时间戳
qint64 originTimestamp; // 原始时间戳 T1
memcpy(&originTimestamp, buf.mid(24, 8), 8);
qint64 receiveTimestamp = byte64ToMillionSecond(buf.mid(32, 8)) - unixDiff; // 接收时间戳 T2
qint64 translateTimestamp = byte64ToMillionSecond(buf.mid(40, 8)) - unixDiff; // 传送时间戳 T3
QDateTime dateTime;
#if 0
qDebug() << "-----------NTP协议中包含的所有时间-----------";
dateTime.setMSecsSinceEpoch(referenceTimestamp);
qDebug() << "参考时间戳： " << dateTime.toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss zzz");
dateTime.setMSecsSinceEpoch(originTimestamp);
qDebug() << "原始时间戳T1：" << dateTime.toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss zzz");
dateTime.setMSecsSinceEpoch(receiveTimestamp);
qDebug() << "接收时间戳T2：" << dateTime.toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss zzz");
dateTime.setMSecsSinceEpoch(translateTimestamp);
qDebug() << "传送时间戳T3：" << dateTime.toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss zzz");
dateTime.setMSecsSinceEpoch(currentLocalTimestamp);
qDebug() << "本地时间戳T4：" << dateTime.toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss zzz");
qDebug() << "------------------------------------------";
#endif
QString strTime;
#if 1 // 计算方式1：时间差offset=（（T2-T1）+（T3-T4））/2 实际时间=程序处理时间（timer.elapsed()） + 接收数据时间T4 + 客户端与服务端的时间差（offset）
qint64 currentLocalTimestamp1 = timer.elapsed() + currentLocalTimestamp + qint64((receiveTimestamp - originTimestamp + translateTimestamp - currentLocalTimestamp) / 2);
dateTime.setMSecsSinceEpoch(currentLocalTimestamp1);
strTime = dateTime.toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss zzz");
emit updateData(strTime);
#else // 计算方式2：往返时延Delay=（T4-T1）-（T3-T2） 实际时间=程序处理时间（timer.elapsed()） + 服务器数据发出时间（T3）+ 通信时延（Delay）
qint64 currentLocalTimestamp2 = timer.elapsed() + translateTimestamp + (((currentLocalTimestamp - originTimestamp) - (translateTimestamp - receiveTimestamp)) / 2);
dateTime.setMSecsSinceEpoch(currentLocalTimestamp2);
strTime = dateTime.toString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss zzz");
#endif
qDebug() << strTime;
setDateTime(dateTime);
}
/**
* @brief 设置系统时间（注意：这个功能需要使用管理员权限或者超级用户权限）
* @param dateTime
*/
void NtpClient::setDateTime(QDateTime& dateTime)
{
QDate date = dateTime.date();
QTime time = dateTime.time();
#ifdef Q_OS_WIN
SYSTEMTIME system_time = {0};
memset(&system_time, 0, sizeof(SYSTEMTIME));
system_time.wYear = date.year();
system_time.wMonth = date.month();
system_time.wDay = date.day();
system_time.wHour = time.hour();
system_time.wMinute = time.minute();
system_time.wSecond = time.second();
system_time.wMilliseconds = time.msec();
if (SetLocalTime(&system_time)) // 仅限于管理员。
{
emit updateData("设置时间成功！");
}
else
{
emit updateData("设置时间失败！");
}
#endif
#ifdef Q_OS_LINUX
struct tm tptr;
struct timeval tv;
tptr.tm_year = date.year() - 1900; // 这里必须-1900，否则设置不成功
tptr.tm_mon = date.month() - 1; // [0-11]
tptr.tm_mday = date.day();
tptr.tm_hour = time.hour();
tptr.tm_min = time.minute();
tptr.tm_sec = time.second();
tv.tv_sec = mktime(&tptr); // 将tptr赋值给tv_sec
tv.tv_usec = time.msec() * 1000; // 设置微秒值
if (0 == settimeofday(&tv, NULL)) // 仅限于超级用户, 使用sudo ./NtpClient
{
emit updateData("设置时间成功！");
}
else
{
emit updateData("设置时间失败！");
}
#endif
}
4、源代码
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