网络时间协议

1) From: http://www.time.edu.cn/ntp.htm

 

网络时间协议简介

       NTP（Network Time Protocol）是由美国德拉瓦大学的David L. Mills教授于1985年提出，除了可以估算封包在网络上的往返延迟外，还可独立地估算计算机时钟偏差，从而实现在网络上的高精准度计算机校时，它是设 计用来在Internet上使不同的机器能维持相同时间的一种通讯协定。时间服务器（time server）是利用NTP的一种服务器，通过它可以使网络中的机器维持时间同步。在大多数的地方，NTP可以提供1-50ms的可信赖性的同步时间源和 网络工作路径。

      网络时间协议（NTP）的详细说明在RFC-1305[Mills 1992]中。RFC-1305对 NTP协议自动机在事件、状态、转变功能和行为方面给出了明确的说明。它以合适的算法以增强时钟的准确性，并且减轻多个由于同步源而产生的差错，实现了准确性低于毫秒的时间服务，以满足目前因特网中路径量测的需要。

       NTP是一个跨越广域网或局域网的复杂的同步时间协议，它通常可获得毫秒级的精度。 RFC2030[Mills 1996]描述了SNTP（Simple Network Time Protocol），目的是为了那些不需要完整NTP实现复杂性的主机，它是NTP的一个子集。通常让局域网上的若干台主机通过因特网与其他的NTP主机 同步时钟，接着再向局域网内其他客户端提供时间同步服务。

     注：清华大学网络中心的服务器采用NTP协议，所以同时支持NTP和SNTP客户端的时间同步请求。 有关NTP更详细的资料，请访问David L. Mills的主页 。

网络时间服务的层状结构

      网络延时与时钟偏差的测量

Timestamp Name	ID	When Generated
Originate Timestamp	T1	time request sent by client
Receive Timestamp	T2	time request received at server
Transmit Timestamp	T3	time reply sent by server
Destination Timestamp	T4	time reply received at client

t 为服务器和客户端之间的时间偏差；d 为两者之间的往返时间
∵ T2=T1+t+d/2; T2-T1=t+d/2; T4=T3-t+d/2; T3-T4=t-d/2;
∴ d=(T4-T1)-(T3-T2); t=((T2-T1)+(T3-T4))/2

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网络时间服务的实现方式

• 网络时间服务的实现方式
  • 无线时钟：服务器系统可以通过串口连接一个无线时钟。无线时钟接收GPS（全球卫星定位系统）的卫星发射的信号来决定当前时间。无线时钟是一个非常精确的时间源，但是需要花一定的费用。
  • 时间服务器：还可以使用网络中NTP时间服务器，通过这个服务器来同步网络中的系统的时钟。http://www.eecis.udel.edu/~mills/ntp/servers.html列出了Internet上有效的一级时间服务器。
  • 局域网内的同步：如果只是需要在本局域网内进行系统间的时钟同步，那么就可以使用局域网中任何一个系统的时钟。你需要选 择局域网中的一个节点的时钟作“权威的”的时间源，然后其它的节点就只需要与这个时间源进行时间同步即可。使用这种方式，所有的节点都会使用一个公共的系 统时钟，但是不需要和局域网外的系统进行时钟同步。如果一个系统在一个局域网的内部，同时又不能使用无线时钟，这种方式是最好的选择。
  • 注：网络中心的一级服务器从GPS获得精确时间。
• 网络时间服务的工作模式
  
  • Sever/Client mode：用户向一个多几个服务器提出服务请求，根据所交换的信息，从中选择认为最准确的时间，并调整本地的时钟。
  • Multicast/Broadcast mode：此种模式是适用于用在高速的LAN上。利用一个或多个服务器在固定的周期向某个多播地址做广播。
  • Symmetric mode：二个以上的Server互相进行时间消息的通讯，可以互相校正对方的时间，以维持整个subnet的时间一致性。
  • 注：对校园网用户采用服务器/客户端模式的时间服务。
• 保持网络节点时间同步的机制
  
  • ntpdate命令：此命令被用来立即同步客户端和服务器的时间。这是同步客户端和服务器的时间的最快方式。系统每次启 动的时候会使用这个命令，用来确保客户端和服务器的时间的同步。这个命令通常指定一个NTP服务器作为一个参数，客户端的时钟被设置为和服务器的时间匹 配。当这个命令使用多个NTP服务器作为参数时，客户端会使用最低级的NTP服务器。如果级别相等，客户端会使用加权平均数。
  • ntpd守护进程：此进程在后台持续运行，并且会定时校验客户端的时钟和NTP服务器的时间。xntpd守护进程通常是 在系统启动的时候启动。因为客户端的时钟可能产生漂移，以致与实际的NTP时钟有差异。xntpd守护进程会周期性地发送一个NTP服务器的网络请求，并 且与客户端的时钟对比，在必要的时候修正客户端的时间，同时将时间差存到名为/etc/ntp.drift文件。默认的xntpd时间检查的间隔为64 秒，在第一次检查的时候，客户端的时钟和NTP服务器上的时钟的差异会被记录下来，同时依靠这个时间差异来计划下一次检查。如果这个时间差异很大，下一次 的时间检查会很快发生。如果这个差异很小，下一次的检查到来的时间会相应的延长。这样就避免每次都去查询网络中的时间服务器，从而可以减轻网络负载。查询 NTP服务器的次数会慢慢变少。直到达到NTP请求的最小值。
  • 注：在命令行方式下，可以采用"ntpd -q"或者"ntpdate [-b] time.edu.cn"进行对时。使用ntpd进行时间同步时，应事先配置好ntp.conf文件。

 

2) SNTP：Simple Network Time Protocol

SNTPV4 由 NTP 改编而来，主要用来同步因特网中的计算机时钟。 SNTP 适用于无需完全使用 NTP 功能的情况。比较以前的 NTP 和 SNTP 版本， SNTPV4 的 引入没有改变 NTP 规范和原有实现过程，它是对 NTP 的进一步改进，支持以一种简单、无状态远程过程调用模式执行精确而可靠的操作，这类似于 UDP / TIME 协议。

　　强烈建议 SNTP 仅用于同步子网的末端情况。 SNTP 客户机操作于子网末端，一个 SNTP 客户机不应靠另一个 SNTP 客户机来同步。 SNTP 服务器位于子网根部（即第 1 层），且不应有其它时间同步源，除了有用的可靠无线电波（RADIO）及调制解调器时间服务器外。一般通过冗余时间同步源、不同子网路径及完整的 NTP 运行算法等共同作用，可实现基本服务器的完全可靠度。如果所有的时间同步源失效或大部分时间不准确，主同步时间源就会切换到使用无线电波或调制解调器，所以，在主服务器上使用 SNTP 而不是 NTP 时要多加注意。

　　与 NTP 及 SNTP 相比， SNTPV4 中唯一改进了协议头使其适用于 IPV6 和 OSI 寻址。此外 SNTPV4 包括了对基本 V3 模式的可选项扩展，包括任意播模式（anycast）和认证方式（用于组播和任意播模式）。

SNTP 信息具有与 NTP 相同的格式：

2	5	8	16	24	32bit
LI	VN	Mode	Stratum	Poll	Precision
Root Delay
Root Dispersion
Reference Identifier
Reference timestamp （64）
Originate Timestamp （64）
Receive Timestamp （64）
Transmit Timestamp （64）
Key Identifier (optional) （32）
Message digest (optional) （128）

LI：跳跃指示器，警告在当月最后一天的最终时刻插入的迫近闺秒（闺秒）。 VN：版本号。 Mode：模式。该字段包括以下值：0－预留；1－对称行为；3－客户机；4－服务器；5－广播；6－NTP 控制信息 Stratum：对本地时钟级别的整体识别。 Poll：有符号整数表示连续信息间的最大间隔。 Precision：有符号整数表示本地时钟精确度。 Root Delay：有符号固定点序号表示主要参考源的总延迟，很短时间内的位15到16间的分段点。 Root Dispersion：无符号固定点序号表示相对于主要参考源的正常差错，很短时间内的位15到16间的分段点。 Reference Identifier：识别特殊参考源。 Originate Timestamp：这是向服务器请求分离客户机的时间，采用64位时标（Timestamp）格式。 Receive Timestamp：这是向服务器请求到达客户机的时间，采用64位时标（Timestamp）格式。 Transmit Timestamp：这是向客户机答复分离服务器的时间，采用64位时标（Timestamp）格式。 Authenticator（Optional）－当实现了 NTP 认证模式,主要标识符和信息数字域就包括已定义的信息认证代码（MAC）信息。

在 RFC2030 中定义.