NTP是最常见的协议，按理来说不应该再花精力去了解，直接调用库即可。可是在ESP8266上的MicroPython NTP库居然出错。所以不得不花些精力。
在我自己的EPIC服务器中，每台设备登陆时服务器都会自动授时，方便设备校对时间，做后续的加密同步。这是私有协议，我比较倾向于由设备向第三方授时服务器进行同步。比较好奇现有的NTP服务器是如何工作的。所以查阅了三个源码和两个文档：
NTP协议报文
image
研究了半天，Arduino的ntp源码是最简化的，而MicroPython的untplib直接抄袭自CPython ntplib，而且存在问题。所以按照Arduino的风格重新测试了一下，返回结果正常。
NTP的UDP请求报文中或许只有前4个字节是有意义的。而返回报文中只有[41:43]字节是有意义的，返回的是1900-01-01 00:00:00到目前的格林威治时间的秒和微秒（小数点后几位）。所以还需要做个减法，因为一般Unix时间戳是从1970-01-01 00:00:00开始计时。这个减法需要将闰年计算在内。加减法做完之后，计算出年月日，然后是乘除法，计算出当前时分秒。
至于中间延时，对于一般网络授时可以忽略不计了。要原子钟精度的请使用GPS授时。
NTP的报文可以固化下来，并最简化，把请求固化在ROM中，把接收到的报文取出四个字节，做减法和除法就好了。
CPython测试代码
一堆调试信息，我就不删除了。对于MicroPython来说，甚至不需要binascii调试，使用struct.unpack就足矣。
#!/usr/bin/env python
from socket import *
import binascii
import struct
import datetime
HOST='0.uk.pool.ntp.org'
PORT=123
_PACKET_FORMAT = "!BBBbIIIIIIIIIII"
def asmNtpRequest():
buf = bytearray(48)
buf[0] = 0b11100011 # Lead, ... version
buf[1] = 0 # Stratum, or type of clock
buf[2] = 6 # Polling Interval
buf[3] = 0xEC # Peer Clock Precision
# 8 bytes of zero for Root Delay & Root Dispersion
#buf[12] = 49 # Reference Id, could be any number, none-zero
#buf[13] = 0x4E
#buf[14] = 49
#buf[15] = 52
buf[12] = 1
buf[13] = 2
buf[14] = 3
buf[15] = 4
print("request-size:",len(buf))
print("request-buf:",binascii.hexlify(buf).upper())
return buf
def parseNtpResponse(data):
print(binascii.hexlify(data[40:44]))
try:
unpacked = struct.unpack(_PACKET_FORMAT,
data[0:struct.calcsize(_PACKET_FORMAT)])
except struct.error:
print("struct unpack error")
for b in unpacked:
print(b),hex(b)
ntp = unpacked[-2]
print(ntp, hex(ntp))
ntp = ntp - 2208988800
print("ntp_new", ntp, hex(ntp))
print(datetime.datetime.fromtimestamp(ntp))
setdefaulttimeout(5)
s = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
s.connect((HOST,PORT))
message = asmNtpRequest()
s.send(message)
data = s.recv(48)
print("response-size:",len(data))
print("response-hex:",binascii.hexlify(data).upper())
parseNtpResponse(data)
s.close()
以上只是在CPython上通过，稍后提供MicroPython的代码，可能会叫nntplib.py。即nano-ntplib。
MicroPython代码
MicroPython一些库看着与CPython类似，其实暗坑不少。
from socket import *
import ubinascii
import ustruct
#import datetime
import utime
HOST='0.uk.pool.ntp.org'
PORT=123
_PACKET_FORMAT = "!BBBbIIIIIIIIIII"
def do_connect():
import network
sta_if = network.WLAN(network.STA_IF)
if not sta_if.isconnected():
print('connecting to WiFi...')
sta_if.active(True)
sta_if.connect('CMCC-302', 'Kirin20110606')
while not sta_if.isconnected():
pass
print('ifconfig:', sta_if.ifconfig())
return sta_if
def asmNtpRequest():
buf = bytearray(48)
buf[0] = 0b11100011
buf[1] = 0 # Stratum, or type of clock
buf[2] = 6 # Polling Interval
buf[3] = 0xEC # Peer Clock Precision
# 8 bytes of zero for Root Delay & Root Dispersion
#buf[12] = 49 # Reference Id
#buf[13] = 0x4E
#buf[14] = 49
#buf[15] = 52
buf[12] = 1
buf[13] = 2
buf[14] = 3
buf[15] = 4
print("request-size:",len(buf))
print("request-buf:",ubinascii.hexlify(buf).upper())
return buf
def parseNtpResponse(data):
print(ubinascii.hexlify(data[40:44]))
try:
unpacked = ustruct.unpack(_PACKET_FORMAT,
data[0:ustruct.calcsize(_PACKET_FORMAT)])
except ustruct.error:
print("struct unpack error")
for b in unpacked:
print(b),hex(b)
ntp = unpacked[-2]
print(ntp, hex(ntp))
ntp = ntp - 2208988800
print("ntp_new", ntp, hex(ntp))
#print(datetime.datetime.fromtimestamp(ntp))
print(utime.localtime(ntp))
print("CPython/MicroPython has different result of time.localtime()")
def main():
do_connect()
#setdefaulttimeout(10)
s = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM)
#addrinfo = getaddrinfo(HOST, PORT)
#addr = addrinfo[0][-1]
#s.connect(addr)
s.connect(('194.80.204.184',123))
#s.settimeout(5)
message = asmNtpRequest()
#s.sendall(message)
s.send(message)
data = s.recv(48)
print("response-size:",len(data))
print("response-hex:",ubinascii.hexlify(data).upper())
parseNtpResponse(data)
s.close()
main()
测试下来，CPython/MicroPython在time.localtime()返回时间元组居然差了30年。而且MicroPython for Pyboard/ESP8266都是如此。可能是个Bug。目前依然用Arduino的C++代码移植了一个简单的转换函数。
以上代码加上LED的SPI驱动，做个网络授时时钟完全可行，还可以在MicroPython上构建本地NTP服务，不过这并不重要。希望能够在此基础上构建IFTTT和其他的时间触发服务。
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