NTP-SNTP時鐘協(xié)議原理

NTP/SNTP--網(wǎng)絡(luò)時鐘同步協(xié)議NTP--網(wǎng)絡(luò)時鐘同步協(xié)議概述NTP/SNTP簡介NTP工作原理NTP報文格式NTP協(xié)議算法NTP工作模式NTP應(yīng)用建議IEEE1588原理概述 隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，在許多要求實時性的應(yīng)用場合，通信系統(tǒng)必須保證傳輸實時性的確定性、精確性、穩(wěn)定性。網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(networktimeprotocol，NTP)由美國德拉瓦大學(xué)的DavidLMills教授于1985年提出，是用于設(shè)計使Internet上的計算機保持時間同步的一種通信協(xié)議。概述

網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議可以估算出數(shù)據(jù)包在Internet上的往返延遲，并可獨立地估算計算機時鐘偏差。在大多數(shù)的環(huán)境中，NTP可以提供l～50ms的可靠時間源。 在實際很多應(yīng)用中，秒級的精確度就足夠了。在這種情況下，簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(simple

networktimeprotocol，SNTP)出現(xiàn)了，它通過簡化原來的訪問協(xié)議，在保證時間精確度的前提下，使得對網(wǎng)絡(luò)時間的開發(fā)和應(yīng)用變得容易。NTP

簡介由RFC1305定義的時間同步協(xié)議在分布式時間服務(wù)器和客戶端之間進行時間同步NTP基于UDP報文傳輸，端口號為123采用分層的方法來定義時鐘的準(zhǔn)確度支持訪問控制和MD5加密驗證可以采用單播、組播或廣播方式發(fā)送協(xié)議報文NTP簡介 簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（SNTP）由RFC1769文檔定義。SNTP能夠與NTP協(xié)議具有互操作性，即SNTP客戶可以與NTP服務(wù)器協(xié)同工作，同樣NTP客戶也可以接收SNTP服務(wù)器發(fā)出的授時信息。

這是因為NTP和SNTP的數(shù)據(jù)包格式是一樣的，計算客戶時間、時間偏差以及包往返時延的算法也是一樣的。因此NTP和SNTP實際上是無法分割的。NTP簡介 時鐘層的概念：

時鐘的層數(shù)決定了時鐘的準(zhǔn)確度，其取值范圍為0～15。參考時鐘的層數(shù)取值范圍為0～15，準(zhǔn)確度從0到15依次遞減。層數(shù)為0的時鐘處于子網(wǎng)特殊位置，是基準(zhǔn)時間參考源，目前普遍采用GPS的UTC時間源。NTP工作原理

NTP主要通過交換時間服務(wù)器和客戶端的時間戳，計算出客戶端相對于服務(wù)器的時延和偏差，從而實現(xiàn)時間的同步。 假設(shè)交換機A和交換機B通過以太網(wǎng)端口相連，B做為NTP服務(wù)器。 同步之前A的時鐘設(shè)定為10:00:00，B的時鐘設(shè)定為11:00:00。

數(shù)據(jù)包在A和B之間單向傳輸所需要的時間為1秒。NTP工作原理NTP工作原理圖NTP工作原理NTP工作原理圖NTP工作原理clientserverT1T2T3T4T1+tT3-td/2d/2時間序列圖雙向時延：d=（T4-T1）-（T3-T2）A相對B的時間差：offset=（（T2-T1）+（T3-T4））/2如果往返的傳輸時間相等，根據(jù)四個時刻可以求得時鐘偏差和傳輸時間NTP報文格式StratPollLIModeVNNTPv3andv4RootDelayRootDispersionReferenceIdentifierReferenceTimestamp(64)OriginateTimestamp(64)ReceiveTimestamp(64)TransmitTimestamp(64)MessageHash(64or128)Seconds(32)Fraction(32)NTP時間戳(64bits)Authenticator字段可選，用來存放認證密鑰或加密碼Key/AlgorithmIdentifier(32)CryptosumAuthenticator(Optional)ExtensionField1(optional)ExtensionField2…(optional)NTPv4onlyPrecExtensionField(填充至32-bit)FieldLengthFieldTypeNTPv4ExtensionField最后一個擴展域（field）填充至64-bitauthenticationonly0258162432LI：閏秒標(biāo)示器VN：版本號Mode：工作模式Stratum：時鐘層Poll：測試間隔Prec：本地時鐘精度RootDelay：根時延RootDispersion：根時誤差ReferenceIdentifier：參考時鐘標(biāo)識NTP協(xié)議算法時間濾波算法時間選擇算法聚類算法時鐘調(diào)節(jié)算法

這些算法并不是NTP協(xié)議的固有部分，但是NTP的實現(xiàn)卻有賴于這些算法。NTP工作模式 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和交換機在以太網(wǎng)中的位置，交換機共有4種NTP工作模式進行時間同步。 1.服務(wù)器/客戶端模式（server/client） 2.對等體模式（symmetricactive/symmetricpassive） 3.廣播模式（broadcastserver/broadcastclient） 4.組播模式（multicastserver/muticastclient）NTP工作模式 1.服務(wù)器/客戶端模式NTP工作模式 2.對等體模式NTP工作模式 3.廣播模式NTP工作模式 4.組播模式NTP應(yīng)用建議盡量在本地局域網(wǎng)部署SNTP服務(wù)器，Internet上公用的SNTP服務(wù)器時延具有不確定性，會對授時精度產(chǎn)生影響。客戶端授時請求要大于1min，以免SNTP服務(wù)器負擔(dān)過重，無法及時響應(yīng)。高可靠性系統(tǒng)中，最好配置多臺SNTP服務(wù)器，利用DNS實現(xiàn)負載均衡?？蛻舳藨?yīng)能夠識別服務(wù)器故障，一旦發(fā)現(xiàn)故障，應(yīng)丟棄時間戳，轉(zhuǎn)向其他服務(wù)器請求授時。附：NTP/SNTP與IEEE1588對比NTP/SNTP授時精度不高的原因（>=1ms）網(wǎng)絡(luò)路徑時間應(yīng)用層表示層數(shù)據(jù)鏈路層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層應(yīng)用層表示層數(shù)據(jù)鏈路層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層寫入/讀取時間戳報文編碼報文解碼不確定不確定不確定三個環(huán)節(jié)都具有不確定性，d1與d2不相等，偏差大在高層（應(yīng)用層）打時間戳，傳輸時間包含三個環(huán)節(jié)附：NTP/SNTP與IEEE1588對比舉例說明網(wǎng)絡(luò)路徑時間應(yīng)用層表示層數(shù)據(jù)鏈路層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層應(yīng)用層表示層數(shù)據(jù)鏈路層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層主時鐘從時鐘345214d1=8d2=11IEEE1588時鐘同步（PTP）

IEEE1588協(xié)議是專門針對網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)等工業(yè)以太網(wǎng)提出的精確時鐘同步協(xié)議，它非常適合變電站內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用要求，加以硬件輔助就能達到μs級的同步精度。 1588協(xié)議的核心思想是網(wǎng)絡(luò)中最精確的時鐘（主時鐘）以基于包交換的方式同步所有其它時鐘（從時鐘）。IEEE1588時鐘同步原理在底層（物理層）打時間戳，避免了報文處理時間的不確定性主時鐘從時鐘T1d1T2得知T1T3跟隨報文含T1時刻得知T4d2T4物理層物理層T1T2T4T3時間戳獲取的位置答復(fù)報文含T4時刻T0主時鐘從時鐘同步報文延時請求報文延時應(yīng)答報文IEEE1588時鐘同步原理主時鐘從時鐘交換機以此類推，可以精確計算每一段傳輸路徑的延時交換機和主時鐘發(fā)送報文計算主時鐘到交換機的傳輸時間IEEE1588時鐘同步原理主時鐘從時鐘交換機交換機可記錄“同步報文”