NTP原理以及Redhat6.5下配置NTP时间服务器

一. 基本概念1

NTP是网络时间协议(Network Time Protocol)，它是用来同步网络中各个计算机的时间的协议。

在计算机的世界里，时间非常地重要，例如对于火箭发射这种科研活动，对时间的统一性和准确性要求就非常地高，是按照A这台计算机的时间，还是按照B这台计算机的时间?NTP就是用来解决这个问题的，NTP(Network Time Protocol，网络时间协议)是用来使网络中的各个计算机时间同步的一种协议。它的用途是把计算机的时钟同步到世界协调时UTC，其精度在局域网内可达0.1ms，在互联网上绝大多数的地方其精度可以达到1-50ms。

它可以使计算机对其服务器或时钟源(如石英钟，GPS等等)进行时间同步，它可以提供高精准度的时间校正，而且可以使用加密确认的方式来防止恶毒的协议攻击。 
 
0层的服务器采用的是原子钟、GPS钟等物理设备，stratum 1与stratum 0 是直接相连的，往后的stratum与上一层stratum通过网络相连，同一层的server也可以交互。

1、C/S合一

ntpd对下层client来说是service server，对于上层server来说它是client，也就是说新版的NTP服务程序已经不对服务端和客户端进行区分了，统一叫做ntpd。ntpd根据配置文件的参数决定是要为其他服务器提供时钟服务或者是从其他服务器同步时钟。所有的配置都在/etc/ntp.conf文件中。

2、NTP客户端同步间隔

NTP服务会间隔多长时间想时钟服务器请求一次时钟同步呢？默认最小时间间隔为64s，默认最大时间间隔是1024s（17分钟左右）。64s是比较合理的，默认间隔也是可调的（Note that most device drivers will not operate properly if the poll interval is less than 64 s and that the broadcast server and manycast client associations will also use the default, unless overridden.）。

3、容忍误差范围

NTP服务并不是在任何情况下都会进行同步的。当时钟服务器时间和本地时间相差大于1000s时，NTP服务就会认为是人为调整了时钟或出现了硬件故障，例如CMOS电池损坏等。此时，NTP服务就会退出，需要人工（ntpdate …）进行时钟同步。

采用-g选项可以让ntpd忽略1000s或更大误差，设置时钟到server system time, 但是ntpd还是会因此退出。

4、层次（strata）

stratum根据上层server的层次而设定（+1）。

对于提供network time service provider的主机来说，stratum的设定要尽可能准确。

而作为局域网的time service provider，通常将stratum设置为10 （Stratum 10 is conventional for unsynchronized local clocks; it is high enough that nobody is likely to mistake it for a desirable clock to synchronize with.），如下：

server  127.127.1.0     # local clock
fudge   127.127.1.0     stratum 10
#stratum设置为其它值也是可以的，其范围为0~15

二. 基本概念2

1.时间和时区

如果有人问你说现在几点? 你看了看表回答他说晚上8点了. 这样回答看上去没有什么问题,但是如果问你的这个人在欧洲的话那么你的回答就会让他很疑惑,因为他那里还太阳当空呢.

这里就有产生了一个如何定义时间的问题. 因为在地球环绕太阳旋转的24个小时中,世界各地日出日落的时间是不一样的.所以我们才有划分时区(timezone) 的必要,也就是把全球划分成24个不同的时区. 所以我们可以把时间的定义理解为一个时间的值加上所在地的时区(注意这个所在地可以精确到城市)

地理课上我们都学过格林威治时间(GMT), 它也就是0时区时间. 但是我们在计算机中经常看到的是UTC. 它是Coordinated Universal Time的简写. 虽然可以认为UTC和GMT的值相等(误差相当之小),但是UTC已经被认定为是国际标准,所以我们都应该遵守标准只使用UTC

那么假如现在中国当地的时间是晚上8点的话,我们可以有下面两种表示方式

20:00 CST

12:00 UTC

这里的CST是Chinese Standard Time,也就是我们通常所说的北京时间了. 因为中国处在UTC+8时区,依次类推那么也就是12:00 UTC了.

第一,不管通过任何渠道我们想要同步系统的时间,通常提供方只会给出UTC+0的时间值而不会提供时区(因为它不知道你在哪里).所以当我们设置系统时间的时候,设置好时区是首先要做的工作

第二,很多国家都有夏令时,那就是在一年当中的某一天时钟拨快一小时(比如从UTC+8一下变成UTC+9了),那么同理到时候还要再拨慢回来.如果我们设置了正确的时区,当需要改变时间的时候系统就会自动替我们调整

2.如何设置Linux Time Zone

在Linux下glibc提供了我们事先编译好的许多timezone文件, 他们就放在/usr/share/zoneinfo这个目录下,这里基本涵盖了大部分的国家和城市

# ls -F /usr/share/zoneinfo/

Africa/      Chile/   Factory    Iceland      Mexico/   posix/      Universal

America/     CST6CDT  GB         Indian/      Mideast/  posixrules  US/

Antarctica/  Cuba     GB-Eire    Iran         MST       PRC         UTC

Arctic/      EET      GMT        iso3166.tab  MST7MDT   PST8PDT     WET

Asia/        Egypt    GMT0       Israel       Navajo    right/      W-SU

Atlantic/    Eire     GMT-0      Jamaica      NZ        ROC         zone.tab

Australia/   EST      GMT+0      Japan        NZ-CHAT   ROK         Zulu

Brazil/      EST5EDT  Greenwich  Kwajalein    Pacific/  Singapore

Canada/      Etc/     Hongkong   Libya        Poland    Turkey

CET          Europe/  HST        MET          Portugal  UCT

在这里面我们就可以找到自己所在城市的time zone文件. 那么如果我们想查看对于每个time zone当前的时间我们可以用zdump命令

代码:

# zdump Hongkong

Hongkong  Fri Jul  6 06:13:57 2007 HKT

那么我们又怎么来告诉系统我们所在time zone是哪个呢? 方法有很多,这里举出两种

第一个就是修改/etc/localtime这个文件,这个文件定义了我么所在的local time zone.

我们可以在/usr/share/zoneinfo下找到我们的time zone文件然后拷贝去到/etc/localtimezone(或者做个symbolic link)

假设我们现在的time zone是BST(也就是英国的夏令时间,UTC+1)

代码:

# date

Thu Jul  5 23:33:40 BST 2007我们想把time zone换成上海所在的时区就可以这么做

代码:

# ln -sf /usr/share/zoneinfo/posix/Asia/Shanghai /etc/localtime

# date

Fri Jul  6 06:35:52 CST 2007

这样时区就改过来了(注意时间也做了相应的调整)

3. Real Time Clock(RTC) and System Clock

说道设置时间这里还要明确另外一个概念就是在一台计算机上我们有两个时钟:一个称之为硬件时间时钟(RTC),还有一个称之为系统时钟(System Clock)

硬件时钟是指嵌在主板上的特殊的电路, 它的存在就是平时我们关机之后还可以计算时间的原因

系统时钟就是操作系统的kernel所用来计算时间的时钟. 它从1970年1月1日00:00:00 UTC时间到目前为止秒数总和的值 在linux下系统时间在开机的时候会和硬件时间同步(synchronization),之后也就各自独立运行了

那么既然两个时钟独自运行,那么时间久了必然就会产生误差了,下面我们来看一个例子

代码:

# date

Fri Jul  6 00:27:13 BST 2007

# hwclock --show

Fri 06 Jul 2007 12:27:17 AM BST  -0.968931 seconds

通过hwclock --show 命令我们可以查看机器上的硬件时间(always in local time zone), 我们可以看到它和系统时间还是有一定的误差的, 那么我们就需要把他们同步。

如果我们想要把硬件时间设置成系统时间我们可以运行以下命令

代码:

# hwclock --hctosys  

反之,我们也可以把系统时间设置成硬件时间

代码:

# hwclock --systohc  

那么如果想设置硬件时间我们可以开机的时候在BIOS里设定.也可以用hwclock命令

代码:

# hwclock --set --date="mm/dd/yy hh:mm:ss"  

如果想要修改系统时间那么用date命令就最简单了

代码:

# date -s "dd/mm/yyyy hh:mm:ss"  

现在我们知道了如何设置系统和硬件的时间. 但问题是如果这两个时间都不准确了怎么办? 那么我们就需要在互联网上找到一个可以提供我们准确时间的服务器然后通过一种协议来同步我们的系统时间,那么这个协议就是NTP了. 注意接下去我们所要说的同步就都是指系统时间和网络服务器之间的同步了

三、NTP服务的简介

NTP（Network Time Protocol，网络时间协议）是用来使计算机时间同步化的一种协议，它可以使计算机对其服务器或时钟源做同步化，它可以提供 高精准度的时间校正。

使用的端口

 默认NTP服务端口：

 UDP/123

本文配置的NTP工作模式：

 使用client/server方式，该方式适用于一台时间服务器接收上层时间服务器的时间信息，并提供时间信息给下层用户。

测试环境：

NTPserver：222.24.24.21

NTPclient：222.24.24.19

配置环境：

关闭selinux：

vi /etc/selinux/config

SELINUX=disabled

关闭iptables：

service iptables stop

chkconfig iptables off

安装NTP软件包

是否已经安装了NTP包可以用这条命令来确定：

# rpm -qa | grep ntp

ntp-4.2.2p1-9.el5_4.1

出现以上代码则表示已安装NTP包，否则用下面方法安装：

代码:

# rpm -ivh ntp-4.2.2p1-5.el5.rpm 

或者用yum源安装

yum -y install ntp   /*yum安装NTP服务*/

chkconfig --add ntpd  /*添加NTP*/

chkconfig ntpd on   /*开机自启动NTP服务*/

要找到在互联网上给我们提供同步服务的NTP Server

http://www.pool.ntp.org是NTP的官方网站,在这上面我们可以找到离我们城市最近的NTP Server. NTP建议我们为了保障时间的准确性,最少找两个个NTP Server

那么比如在英国的话就可以选择下面两个服务器

0.uk.pool.ntp.org

1.uk.pool.ntp.org

它的一般格式都是number.country.pool.ntp.org【数字、国家、ntp服务器】

第二步要做的就是在打开NTP服务器之前先和这些服务器做一个同步,使得我们机器的时间尽量接近标准时间.

这里我们可以用ntpdate命令手动更新时间

代码:

# ntpdate 0.uk.pool.ntp.org

6 Jul 01:21:49 ntpdate[4528]: step time server 213.222.193.35 offset -38908.575181 sec

# ntpdate 0.pool.ntp.org

6 Jul 01:21:56 ntpdate[4530]: adjust time server 213.222.193.35 offset -0.000065 sec

假如你的时间差的很离谱的话第一次会看到调整的幅度比较大,所以保险起见可以运行两次. 那么为什么在打开NTP服务之前先要手动运行同步呢?

1. 因为根据NTP的设置,如果你的系统时间比正确时间要快的话那么NTP是不会帮你调整的,所以要么你把时间设置回去,要么先做一个手动同步

2. 当你的时间设置和NTP服务器的时间相差很大的时候,NTP会花上较长一段时间进行调整.所以手动同步可以减少这段时间

配置NTP Server

文件路径：/etc/ntp.conf

# 1. 先处理权限方面的问题，包括放行上层服务器以及开放局域网用户来源：
restrict default kod nomodify notrap nopeer noquery     <==拒绝 IPv4 的用户
restrict -6 default kod nomodify notrap nopeer noquery  <==拒绝 IPv6 的用户
restrict 220.130.158.71   <==放行 tock.stdtime.gov.tw 进入本 NTP 的服务器
restrict 59.124.196.83    <==放行 tick.stdtime.gov.tw 进入本 NTP 的服务器
restrict 59.124.196.84    <==放行 time.stdtime.gov.tw 进入本 NTP 的服务器
restrict 127.0.0.1        <==底下两个是默认值，放行本机来源
restrict -6 ::1
restrict 192.168.100.0 mask 255.255.255.0 nomodify <==放行局域网用户来源，或者列出单独IP

# 2. 设定主机来源，请先将原本的 [0|1|2].centos.pool.ntp.org 的设定批注掉：
server 220.130.158.71 prefer  <==以这部主机为最优先的server
server 59.124.196.83
server 59.124.196.84

# 3.默认的一个内部时钟数据，用在没有外部 NTP 服务器时，使用它为局域网用户提供服务：
server    127.127.1.0     # local clock
fudge     127.127.1.0 stratum 10

# 4.预设时间差异分析档案与暂不用到的 keys 等，不需要更动它：
driftfile /var/lib/ntp/drift
keys      /etc/ntp/keys

将时间同步到BIOS时间（Real Time Clock RTC）

文件路径：/etc/sysconfig/ntpd

OPTIONS="-u ntp:ntp -p /var/run/ntpd.pid"
SYNC_HWCLOCK=yes
# 将他改成 yes 吧！这样 BIOS 的时间也会跟着改变的！（需要重启生效）

启动：

/etc/init.d/ntpd start 或 /etc/init.d/ntpd restart

查看端口使用情况：

netstat -tlunp | grep ntp

查看本机作为client更新time的过程：

ntptrace

查看ntpd的运行信息：

ntpstat

查看所有层次time service provider的详细信息：

ntpq –pn

Client单独用ntpdate更新时间：

ntpdate ntp_server_ip

其后可能需要hwclock -w （clock -w）写入BIOS timer

查看NTP服务的运行状况

现在我们已经启动了NTP的服务,但是我们的系统时间到底和服务器同步了没有呢? 为此NTP提供了一个很好的查看工具: ntpq (NTP query)

我建议大家在打开NTP服务器后就可以运行ntpq命令来监测服务器的运行.这里我们可以使用watch命令来查看一段时间内服务器各项数值的变化

remote：亦即是 NTP 主機的 IP 或主機名稱囉～注意最左邊的符號

如果有『 * 』代表目前正在作用當中的上層 NTP

如果是『 + 』代表也有連上線，而且可作為下一個提供時間更新的候選者。

refid：參考的上一層NTP主機的位址

st：就是stratum階層囉！

when：幾秒鐘前曾經做過時間同步化更新的動作；

poll：下一次更新在幾秒鐘之後；

reach：已經向上層NTP伺服器要求更新的次數

delay：網路傳輸過程當中延遲的時間，單位為 10^(-3) 秒

offset：時間補償的結果，單位與10^(-3) 秒

jitter：Linux 系統時間與 BIOS 硬體時間的差異時間，單位為 10^(-3) 秒。

那么大家细心的话就会发现两个问题: 第一我们连接的是0.uk.pool.ntp.org为什么和remote server不一样? 第二那个最前面的+和*都是什么意思呢?

第一个问题不难理解,因为NTP提供给我们的是一个cluster server所以每次连接的得到的服务器都有可能是不一样.同样这也告诉我们了在指定NTP Server的时候应该使用hostname而不是IP

第二个问题和第一个相关,既然有这么多的服务器就是为了在发生问题的时候其他的服务器还可以正常地给我们提供服务.那么如何知道这些服务器的状态呢? 这就是第一个记号会告诉我们的信息

* 它告诉我们远端的服务器已经被确认为我们的主NTP Server,我们系统的时间将由这台机器所提供

+ 它将作为辅助的NTP Server和带有*号的服务器一起为我们提供同步服务. 当*号服务器不可用时它就可以接管

－远程服务器被clustering algorithm认为是不合格的NTP Server

x 远程服务器不可用

了解这些之后我们就可以实时监测我们系统的时间同步状况了

NTP安全设置

运行一个NTP Server不需要占用很多的系统资源,所以也不用专门配置独立的服务器,就可以给许多client提供时间同步服务, 但是一些基本的安全设置还是很有必要的

那么这里一个很简单的思路就是第一我们只允许局域网内一部分的用户连接到我们的服务器. 第二个就是这些client不能修改我们服务器上的时间

关于权限设定部分

权限的设定主要以 restrict 这个参数来设定，主要的语法为：

restrict IP地址 mask子网掩码参数

其中 IP 可以是IP地址，也可以是 default ，default 就是指所有的IP

参数有以下几个：

ignore　：关闭所有的NTP联机服务

nomodify：客户端不能更改服务端的时间参数，但是客户端可以通过服务端进行网络校时。

notrust ：客户端除非通过认证，否则该客户端来源将被视为不信任子网

noquery ：不提供客户端的时间查询

注意：如果参数没有设定，那就表示该 IP (或子网)没有任何限制！

在/etc/ntp.conf文件中我们可以用restrict关键字来配置上面的要求

首先我们对于默认的client拒绝所有的操作

代码:

restrict default kod nomodify notrap nopeer noquery

然后允许本机地址一切的操作

代码:

restrict 127.0.0.1

最后我们允许局域网内所有client连接到这台服务器同步时间.但是拒绝让他们修改服务器上的时间

代码:

restrict 192.168.1.0 mask 255.255.255.0 nomodify

把这三条加入到/etc/ntp.conf中就完成了我们的简单配置. NTP还可以用key来做authentication,这里就不详细介绍了

NTP client的设置

只要将client的server指向NTP Server的地址就可。

观察NTP Client的时间同步情况，从server1同步了47次

注意的点

1、ntpd服务启动之前应该先使用ntpdate命令先调整时间，原因有两点：

    1) 如果服务器时间和上层服务器时间相差太大（或者服务器时间晚于上层服务器时间），ntpd服务会停止工作，因为它认为过大的时间差距是人为造成的，可能是有特殊的原因的，所以ntpd自动关闭了，以便不影响人为的操作。

    2) 如果服务器时间和上层服务器时间相差不大，ntpd服务器虽然不会停止工作，但是ntpd调整时间的原理是一点点的微调，可能需要同步多次，经历很长时间才能调整过来，如下图所示，中间经过了很长时间的调整，时间才同步过来。而ntpdate是一次性调整到位。基于以上原因，应该先使用ntpdate一次性调整到位，然后再让ntpd工作。

2、ntpd服务不能和ntpdate同时工作。

    两个服务都是调整时间的，所以不能同时工作，不能将ntpdate加入crond服务作为定时任务工作。只需要像上面所说的在ntpd服务启动之前执行一次ntpdate就可以了，然后就让ntpd单独工作即可。