NTP の応答を表示する

QueryNTPStatus.ps1

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# NTP の応答を表示する
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# NTP 積算秒数の起点時刻 (JST)
$ntpEpoch = New-Object System.Datetime @(1900, 1, 1, 9, 0, 0)

# 符号付き Int8 を取得
Function getInt8($byte) {

    $a = [int32]$byte

    if ($a -ge 128) {
        $a -= 256
    }

    return $a

}

# Big Endian の符号なし Int16 を取得
Function getUInt16BE($bytes, $startIndex) {

    # BE→LE 変換
    $a = $bytes[($startIndex + 1) .. $startIndex]

    # UInt16 取得
    $b = [System.BitConverter]::ToUInt16($a, 0)

    return $b

}

# Big Endian の符号なし Int32 を取得
Function getUInt32BE($bytes, $startIndex) {

    # BE→LE 変換
    $a = $bytes[($startIndex + 3) .. $startIndex]

    # UInt32 取得
    $b = [System.BitConverter]::ToUInt32($a, 0)

    return $b

}

# 固定小数点(整数部 16bit / 小数部 16bit) を取得
Function getFixedPointDecimal1616($bytes, $startIndex) {

    # 整数部取得
    $int = getUInt16BE $bytes $startIndex

    # 小数部取得
    $dec = getUInt16BE $bytes ($startIndex + 2)

    # 合成
    $value = $int + $dec * [Math]::Pow(2,-16)

    return $value

}

# 固定小数点(整数部 32bit / 小数部 32bit) を取得
Function getFixedPointDecimal3232($bytes, $startIndex) {

    # 整数部取得
    $int = getUInt32BE $bytes $startIndex

    # 小数部取得
    $dec = getUInt32BE $bytes ($startIndex + 4)

    # 合成
    $value = $int + $dec * [Math]::Pow(2,-32)

    return $value

}

# タイムスタンプ値から JST を求める
Function getJST($timeSerial) {

    $date = $ntpEpoch.AddSeconds($timeSerial)

    return $date

}

# 現在時刻(UTC)からタイムスタンプ値を求める
Function getNTPSerial($date) {

    $buf = @()

    # 積算秒数を求める
    $timeSerial = ($date - $ntpEpoch).TotalSeconds

    # 整数部
    $int = [Math]::Floor($timeSerial)
    $intBytes = [System.BitConverter]::GetBytes([UInt32]$int)
    $buf += $intBytes[3..0]  # LE→BE変換

    # 小数部
    $dec = ($timeSerial % 1) * [Math]::Pow(2,32)
    $decBytes = [System.BitConverter]::GetBytes([UInt32]$dec)
    $buf += $decBytes[3..0]  # LE→BE変換

    return $buf

}

# 送信電文作成
Function getSendBytes() {
    $buf = @()

    # header 
    $li = 0                 # 空設定
    $vn = 3                 # Version 3
    $mode = 3               # Client Mode 
    $buf += [byte](($li * 64) + ($vn * 8) + $mode)

    # stratum
    $buf += [byte]2         # 空設定

    # poll
    $buf += [byte]10        # 空設定

    # precision
    $buf += [byte]0         # 空設定

    # RootDelay
    $buf += @([Byte]0) * 4  # 空設定

    # RootDispersion
    $buf += @([Byte]0) * 4  # 空設定

    # ReferenceID
    $buf += @([Byte]0) * 4  # 空設定

    # Reference Timestamp
    $buf += @([Byte]0) * 8  # 空設定

    # Origin Timestamp
    $buf += @([Byte]0) * 8  # 空設定

    # Receive Timestamp
    $buf += @([Byte]0) * 8  # 空設定

    # Transmit Timestamp
    $buf += getNTPSerial ([Datetime]::Now)

    return $buf

}

# NTP サーバーと通信
Function inquiryNTP($ntpServerAddress, $sendBytes)
{
    $udp = New-Object Net.Sockets.UdpClient
    $udp.Client.ReceiveTimeout = 2000

    try
    {
        # UDP Port 123 に送信
        $a = $udp.Send($sendBytes, $sendBytes.Length, $ntpServerAddress, 123)

        # 応答を受信
        $ret = $udp.Receive([ref]$null)

        # 終了
        $udp.Close()

        return $ret

    } catch {
        Throw

    } finally {
        $udp.Dispose()

    }

}

# 受信電文解析
Function getResult($recvBytes) {
    $result = @{}

    # header 
    $result["LI"] = ($recvBytes[0] -band 0xC0) / 64
    $result["VN"] = ($recvBytes[0] -band 0x38) / 8
    $result["Mode"] = $recvBytes[0] -band 0x7

    # stratum
    $result["Stratum"] = [int]$recvBytes[1]

    # poll
    $result["Poll"] = [int]$recvBytes[2]

    # precision
    $result["Precision"] = getInt8 $recvBytes[3]

    # RootDelay
    $result["RootDelay"] = getFixedPointDecimal1616 $recvBytes 4

    # RootDispersion
    $result["RootDispersion"] = getFixedPointDecimal1616 $recvBytes 8

    # ReferenceID
    $refID = $recvBytes[12..15]
    $result["RefID"] = [System.BitConverter]::ToUInt32($refID, 0)

    $IsIP = ($refID | ? {(0x20 -le $_) -and ($_ -le 0x7e)}).Length -eq 4
    if ($IsIP) {
        $result["RefIP"] = [System.Text.Encoding]::ASCII.GetString($refID)
    } else {
        $result["RefIP"] = "{0}.{1}.{2}.{3}" -f $refID
    }

    # Reference Timestamp
    $result["ReferenceTS"] = getFixedPointDecimal3232 $recvBytes 16
    $result["ReferenceJST"] = getJST $result["ReferenceTS"]

    # Origin Timestamp
    $result["OriginTS"] = getFixedPointDecimal3232 $recvBytes 24
    $result["OriginJST"] = getJST $result["OriginTS"]

    # Receive Timestamp
    $result["ReceiveTS"] = getFixedPointDecimal3232 $recvBytes 32
    $result["ReceiveJST"] = getJST $result["ReceiveTS"]

    # Transmit Timestamp
    $result["TransmitTS"] = getFixedPointDecimal3232 $recvBytes 40
    $result["TransmitJST"] = getJST $result["TransmitTS"]

    return $result

}

# 結果表示
Function display($result) {

    $li = @("警告なし", "最後の1分が61秒", "最後の1分が59秒", "警告。時刻が同期していない")
    $mode = @("予約", "Symmetric Active", "Symmetric Passive", "Client", "Server", "Broadcast", "予約", "予約")
    $stratum = @(0..255)
    $stratum[0] = "0 (原子時計等。または時刻同期していない)"
    $stratum[1] = "1 (1次参照。原子時計等を参照)"
    $stratum[16] = "16 (最下層。同期できない)"

    Write-Output ("  閏インジケーター      : {0} ({1})" -f $result["LI"], $li[$result["LI"]]) 
    Write-Output ("  階層　　　　　　      : {0}" -f $stratum[$result["Stratum"]])
    Write-Output ("  モード　　　　　      : {0} ({1})" -f $result["Mode"], $mode[$result["Mode"]])
    Write-Output ("  精度　　　　　　      : {0}" -f $result["Precision"])
    Write-Output ("  ルート遅延　　　      : {0}" -f $result["RootDelay"])
    Write-Output ("  ルート分散(拡散)　    : {0}" -f $result["RootDispersion"])
    Write-Output ("  参照 ID 　　　　　　  : 0x{0:X} ({1})"  -f $result["RefID"] , $result["RefIP"])
    Write-Output ("  時刻源参照時刻 (JST)　: {0:yyyy/MM/dd HH:mm:ss.fff} ({1})" -f $result["ReferenceJST"], $result["ReferenceTS"] )
    Write-Output ("  要求送信時刻　 (JST)　: {0:yyyy/MM/dd HH:mm:ss.fff} ({1})" -f $result["OriginJST"],    $result["OriginTS"]    )
    Write-Output ("  要求受信時刻　 (JST)　: {0:yyyy/MM/dd HH:mm:ss.fff} ({1})" -f $result["ReceiveJST"],   $result["ReceiveTS"]   )
    Write-Output ("  応答送信時刻　 (JST)　: {0:yyyy/MM/dd HH:mm:ss.fff} ({1})" -f $result["TransmitJST"],  $result["TransmitTS"]  )

}

# 時刻サーバー問い合わせ
Function QueryNTPStatus($ntpServerAddress) {

    Write-Output ("{0}" -f $ntpServerAddress)

    try {
        $send = getSendBytes
        $recv = inquiryNTP $ntpServerAddress $send
        $result = getResult $recv
        display $result

    } catch {
        Throw

    }

    Write-Output ("")

}

QueryNTPStatusUsage.ps1

QueryNTPStatus "ntp.nict.jp"

powershell 5.1 & Win10 (ver1803) で確認。

表示例

ntp.nict.jp
閏インジケーター : 0 (警告なし)
階層　　　　　　 : 1 (1次参照。原子時計等を参照)
モード　　　　　 : 2 (Symmetric Passive)
精度　　　　　　 : -20
ルート遅延　　　 : 0
ルート分散(拡散)　 : 0
参照 ID 　　　　　　 : 0x5443494E (NICT)
時刻源参照時刻 (JST)　: 2018/12/05 20:08:48.000 (3752996928)
要求送信時刻　 (JST)　: 2018/12/05 20:08:48.634 (3752996928.63423)
要求受信時刻　 (JST)　: 2018/12/05 20:08:48.861 (3752996928.86148)
応答送信時刻　 (JST)　: 2018/12/05 20:08:48.861 (3752996928.86148)

同期先 NTP サーバーの stratum や ルート分散 (Dispersion) を確認する用途で使用。