【正文】 網(wǎng)絡(luò)時間同步系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)目 錄 摘要 1Abstract 11緒論 2 3 3 32 相關(guān)知識 4 4 4 4 5 C/S系統(tǒng)模型的特點以及TCP三次握手 5 Visual C++開發(fā)環(huán)境及相關(guān)知識 63 系統(tǒng)設(shè)計 7 需求分析 7 系統(tǒng)模型設(shè)計 7 84 系統(tǒng)實現(xiàn) 9 9 9 9 10 11 13 13 14 17 195系統(tǒng)測試與數(shù)據(jù)分析 20 20 2023 21 系統(tǒng)時間同步的測試 21 22結(jié)束語 22參考文獻 23致 謝 24網(wǎng)絡(luò)時間同步系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)摘要：如果網(wǎng)絡(luò)中主機的時間與服務(wù)器的時間不同，就會不便于網(wǎng)絡(luò)的運行與管理。因此本畢業(yè)設(shè)計針對這一問題進行了分析，并設(shè)計了C/S結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)時間同步系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，客戶方首先向服務(wù)器發(fā)送連接請求，在連接建立以后向服務(wù)器請求時間同步，服務(wù)器接受請求并將時間發(fā)送給客戶方，客戶方接收后用服務(wù)器的時間來同步自己的時間，這樣使得網(wǎng)絡(luò)中主機的時間與服務(wù)器的時間一致。關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)時間同步；客戶機/服務(wù)器；Winsock；設(shè)計與實現(xiàn)Design and Implementation of Time Synchronism Abstract: If the host and the server are different at network time, it39。s not convenient for the administrator to management the network, so the article analysis the matter and designs the system of time synchronism. In this system, the client sends the request to connect the server to alter the time. The server listens and replys the request, in this way the client and the server will have the same time in the network.Key Words: Network Time；Client/Server；Winsock；Design and Implementation1 緒論隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用的深入發(fā)展，當(dāng)今社會計算機在人們的生活和工作中發(fā)揮著越來越重要的作用，網(wǎng)絡(luò)時間同步技術(shù)顯得越來越為重要。如何精確的同步網(wǎng)絡(luò)中主機的時間，經(jīng)歷了長足的發(fā)展，從七十年代末八十年代初，網(wǎng)絡(luò)時間同步技術(shù)的初步發(fā)展，到各種網(wǎng)絡(luò)時間同步協(xié)議的誕生，網(wǎng)絡(luò)時間同步技術(shù)經(jīng)歷了萌芽、快速發(fā)展、基本成熟、繼續(xù)發(fā)展等階段，時間同步精度與穩(wěn)定性也越來越高，并且得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用[1]。網(wǎng)絡(luò)時間同步技術(shù)廣泛的應(yīng)用在Internet上的計算機，計算機時鐘用于記錄事件的時間信息，如EMAIL信息、文件創(chuàng)建和訪問時間、數(shù)據(jù)庫處理時間等。時鐘還被用于控制備份的操作、為設(shè)計自動構(gòu)造編譯器檢查文件是否變動過以及其他應(yīng)用，在同步設(shè)備系統(tǒng)、光傳輸設(shè)備系統(tǒng)、3G基站設(shè)備系統(tǒng)這些需要精確時間的系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)時間同步系統(tǒng)就顯得尤為重要[2]。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用的深入發(fā)展，人們開始在計算機構(gòu)成的虛擬空間開展活動。許多重要領(lǐng)域必須依靠計算機系統(tǒng)的高可靠性和高效率來精確控制關(guān)鍵的工作與任務(wù)，尤其在分布式系統(tǒng)中需要在大范圍內(nèi)保持網(wǎng)絡(luò)中計算機間的時間同步和時間的準(zhǔn)確性，然而現(xiàn)實中計算機的時鐘工作并不太穩(wěn)定，容易受到溫度、電源等環(huán)境條件的影響[3]，在這些條件的影響下，要精確的同步網(wǎng)絡(luò)中的所有主機的時間，是一件很有必要的事情，這些都推動了網(wǎng)絡(luò)時間同步技術(shù)的研究。查找參考資料，了解有關(guān)的VC++網(wǎng)絡(luò)編程知識以及MFC的運用，系統(tǒng)主要采用VC++語言通過Winsock編程來設(shè)計與實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中主機與服務(wù)器之間的時間同步問題，網(wǎng)絡(luò)時間同步系統(tǒng)主要分為兩個部分：服務(wù)器端程序和客戶端程序。在設(shè)計服務(wù)器程序時候，采用TCP報文傳輸，因為TCP是面向連接的傳輸方式，是一種可靠的傳輸方式，服務(wù)器根據(jù)客戶端的請求建立虛連接，并且響應(yīng)客戶端的請求，利用GetLocalTime函數(shù)得到系統(tǒng)的時間，服務(wù)器監(jiān)聽到客戶方請求的時間以及服務(wù)器響應(yīng)客戶方的時間封裝在報文中，通過Send函數(shù)將存放這些時間的數(shù)組Sbuff發(fā)送到客戶方中，客戶方請求時間同步后，利用receive函數(shù)接收服務(wù)器發(fā)送來的數(shù)組，通過strncpy函數(shù)取出數(shù)組中的時間，并且結(jié)合自己的時間算出報文在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸時間，最后同步自己的時間，此外客戶端以及服務(wù)器還增加了最小化程序到系統(tǒng)托盤的功能，便于程序在后臺運行。為了能夠定期的實現(xiàn)客戶方與服務(wù)器的時間同步功能，在系統(tǒng)中增加了定時器，可以定期的對客戶方進行時間同步，不需要每次都手動的同步客戶方與服務(wù)器的時間。本文第1部分緒論主要說明了本文的研究背景、主要工作和實現(xiàn)方法。第2部分相關(guān)知識介紹了網(wǎng)絡(luò)時間同步的定義、常用的協(xié)議、系統(tǒng)組成，以及VC++開發(fā)環(huán)境及相關(guān)知識。第3部分系統(tǒng)設(shè)計，闡述了需求分析、系統(tǒng)模型設(shè)計和系統(tǒng)工作流程設(shè)計。第4部分系統(tǒng)實現(xiàn)給出系統(tǒng)各個功能模塊的詳細設(shè)計與主要代碼的實現(xiàn)。第5部分系統(tǒng)測試與數(shù)據(jù)分析，說明了檢測目標(biāo)和方法以及檢測結(jié)果。2 相關(guān)知識網(wǎng)絡(luò)時間同步是指將計算機或設(shè)備的時間與網(wǎng)絡(luò)上的時間源保持一致[3]，時間源是網(wǎng)絡(luò)中提供可靠時間的設(shè)備，其標(biāo)準(zhǔn)是時間的精準(zhǔn)可靠，使用互聯(lián)網(wǎng)同步個人計算機的時間是十分方便的，目前國內(nèi)外都免費提供這種服務(wù)。國際上有幾百臺一級時間服務(wù)器提供這種時間同步服務(wù)，其中以美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）的性能最好[4]。在時間同步技術(shù)中常用的協(xié)議主要有：時間協(xié)議(Time Protocol)、日時協(xié)議(Daytime Protocol)和網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（Network Time Protocol，NTP)[5]。時間協(xié)議(Time Protocol)[6]：該協(xié)議提供了一個獨立于站點的，機器可讀的日期和時間信息。時間服務(wù)返回的是以秒數(shù)，是從1990年1月1日午夜到現(xiàn)在的秒數(shù)。設(shè)計這個協(xié)議的一個重要目的在于，網(wǎng)絡(luò)上的許多主機并沒有時間的觀念，在分布式的系統(tǒng)上，主機的時間往往可以人為改變，而且因為機器時鐘內(nèi)的誤差而變得不一致，因此需要使用時間服務(wù)器通過選舉方式得到網(wǎng)絡(luò)時間，讓服務(wù)器有一個準(zhǔn)確的時間觀念。日時協(xié)議(Daytime Protocol)[7]：該協(xié)議是本RFC規(guī)范了一個ARPA Internet munity上的標(biāo)準(zhǔn)。在ARPA Internet上的所有主機應(yīng)當(dāng)采用和實現(xiàn)這個標(biāo)準(zhǔn)。一個有用的測量和調(diào)試工具就是daytime服務(wù)。它的作用就是返回當(dāng)前時間和日期，格式是字符串格式。這種時間傳輸協(xié)議廣泛的被運行MSDOS和類似的操作系統(tǒng)的小型計算機使用，該協(xié)議不指定固定的傳輸格式，只要求按照ASCII標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送數(shù)據(jù)。 最普且最繁雜的是網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（Network Time Protocol，NTP），該協(xié)議是美國德拉瓦大學(xué)的Mills教授于1985年提出的，已經(jīng)發(fā)展了20多年，可以兼容Unix，VMS和Windows等多種操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（NTP）的首次實現(xiàn)記載在Internet Engineering Note之中，其精確度為數(shù)百毫秒。稍后出現(xiàn)了首個時間協(xié)議的規(guī)范，即RFC778，它被命名為DCNET互聯(lián)網(wǎng)時間服務(wù)，而它提供這種服務(wù)還是借助于Internet control Message Protocol (ICMP)，即互聯(lián)網(wǎng)控制消息協(xié)議中的時間戳和時間戳應(yīng)答消息作為NTP[8]。名稱的首次出現(xiàn)是在RFC958之中，該版本也被稱為NTP v0，其目的是為ARPA網(wǎng)提供時間同步。它己完全脫離ICMP，是作為獨立的協(xié)議以完成更高要求的時間其時間同步精度在局域網(wǎng)上可以達到毫秒級，在全球互聯(lián)網(wǎng)上也可以達到幾十毫秒。NTP提供準(zhǔn)確時間，首先要有準(zhǔn)確的時間來源，這一時間應(yīng)該是國際標(biāo)準(zhǔn)時間UTC。 NTP獲得UTC的時間來源可以是原子鐘、天文臺、衛(wèi)星，也可以從Internet上獲取。這樣就有了準(zhǔn)確而可靠的時間源。時間按NTP服務(wù)器的等級傳播。按照離外部UTC 源的遠近將所有服務(wù)器歸入不同的Stratun（層）中。Stratum1在頂層，有外部UTC接入，而Stratum2則從Stratum1獲取時間，Stratum3從Stratum2獲取時間，以此類推，但Stratum層的總數(shù)限制在15以內(nèi)。所有這些服務(wù)器在邏輯上形成階梯式的架構(gòu)相互連接，而Stratum1的時間服務(wù)器是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)[9]。計算機主機一般同多個時間服務(wù)器連接，利用統(tǒng)計學(xué)的算法過濾來自不同服務(wù)器的時間，以選擇最佳的路徑和來源來校正主機時間。即使主機在長時間無法與某一時間服務(wù)器相聯(lián)系的情況下，NTP服務(wù)依然有效運轉(zhuǎn)。在本畢業(yè)設(shè)計中客戶方通過向服務(wù)器端發(fā)送時間同步請求獲取服務(wù)器方的時間來同步自己的時間，然而由于在網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的傳輸需要通過物理介質(zhì)，以及數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)木嚯x長短等因素，因此在報文的傳輸過程中會產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)延遲，所以當(dāng)客戶方從服務(wù)器端獲取服務(wù)器的時間時，其由于報文傳輸過程中所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)延遲，所以此時獲取的時間不是服務(wù)器當(dāng)前的時間，而此時服務(wù)器的時間等于客戶方獲取的時間加上網(wǎng)絡(luò)延遲的時間之和，所以網(wǎng)絡(luò)時間同步原理如圖21所示，其中： Ｔ1：客戶方發(fā)送方查詢請求時間（以客戶方時間系統(tǒng)為參照）； Ｔ2：服務(wù)器受到查詢請求時間（以服務(wù)器時間系統(tǒng)為參照）； Ｔ3：服務(wù)器回復(fù)時間信息包時間（以服務(wù)器時間系統(tǒng)為參照）； Ｔ4：客戶方受到回復(fù)時間信息包的時間（以客戶方時間系統(tǒng)為參照）；