NTP網(wǎng)絡(luò)授時(shí)技術(shù)(共6頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1. 引言網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議NTP（Network Time Protocol）是用于互聯(lián)網(wǎng)中時(shí)間同步的標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。NTP的用途是把計(jì)算機(jī)的時(shí)間同步到某些時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。NTP的設(shè)計(jì)充分考慮了互聯(lián)網(wǎng)上時(shí)間同步的復(fù)雜性。NTP提供的機(jī)制嚴(yán)格、實(shí)用、有效，適應(yīng)于在各種規(guī)模、速度和連接通路情況的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下工作。NTP以GPS時(shí)間代碼傳送的時(shí)間消息為參考標(biāo)準(zhǔn)，采用了Client/Server結(jié)構(gòu)，具有相當(dāng)高的靈活性，可以適應(yīng)各種互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。NTP不僅校正現(xiàn)行時(shí)間，而且持續(xù)跟蹤時(shí)間的變化，能夠自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，即使網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，也能維持時(shí)間的穩(wěn)定。NTP產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)開銷甚少，并具有保證網(wǎng)絡(luò)

2、安全的應(yīng)對(duì)措施。這些措施的采用使NTP可以在互聯(lián)網(wǎng)上獲取可靠和精確的時(shí)間同步，并使NTP成為互聯(lián)網(wǎng)上公認(rèn)的時(shí)間同步工具。目前，在通常的環(huán)境下，NTP提供的時(shí)間精確度在WAN上為數(shù)十毫秒，在LAN上則為亞毫秒級(jí)或者更高。在專用的時(shí)間服務(wù)器上，則精確度更高。2. 互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的時(shí)間同步要求在互聯(lián)網(wǎng)上，一般的計(jì)算機(jī)和互聯(lián)設(shè)備在時(shí)間穩(wěn)定度方面的設(shè)計(jì)上沒有明確的指標(biāo)要求。這些設(shè)備的時(shí)鐘振蕩器工作在不受校對(duì)的自由振蕩的狀況。由于溫度變化、電磁干擾、振蕩器老化和生產(chǎn)調(diào)試等原因，時(shí)鐘的振蕩頻率和標(biāo)準(zhǔn)頻率之間存在一些誤差。按誤差的來源、現(xiàn)象和結(jié)果可以按固有的或者外來的、短期的或者長(zhǎng)期的、以及隨機(jī)的或者固定的等進(jìn)

3、行分類。這些誤差初看來似乎微不足道，而在長(zhǎng)期積累后會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。假設(shè)一臺(tái)設(shè)備采用了精確度相當(dāng)高的時(shí)鐘，設(shè)其精確度為0.001%，那么它在一秒中產(chǎn)生的偏差只是10微秒，一天產(chǎn)生的時(shí)間偏差接近1秒，而運(yùn)行一年后則誤差將大于5分鐘。必須指出，一般互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的時(shí)鐘精確度遠(yuǎn)低于這個(gè)指標(biāo)。設(shè)備的時(shí)間校準(zhǔn)往往取決于使用者的習(xí)慣，手段常為參照自選的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行手工設(shè)定。在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行時(shí)間同步具有重要意義?；ヂ?lián)網(wǎng)起源于軍事用途明顯的ARPA網(wǎng)。在軍事應(yīng)用領(lǐng)域，時(shí)間從來就是一個(gè)非常重要的考慮因素。對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)間同步和NTP的研究，就是在美國(guó)國(guó)防部的資助下啟動(dòng)和進(jìn)行的。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和延伸到社會(huì)的各個(gè)方面，在

4、其他的領(lǐng)域?qū)r(shí)間同步也提出了多種要求，例如各種實(shí)時(shí)的網(wǎng)上交易、制造過程控制、通信網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間配置、網(wǎng)絡(luò)安全性設(shè)計(jì)、分布性的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算和處理、交通航班航路管理以及數(shù)據(jù)庫(kù)文件管理和呼叫記錄等多種涉及時(shí)間戳的應(yīng)用，都需要精確、可靠和公認(rèn)的時(shí)間。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程中產(chǎn)生了一些比較簡(jiǎn)單的與時(shí)間有關(guān)的應(yīng)用和服務(wù)。它們通過時(shí)間標(biāo)記的通信使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的時(shí)間向統(tǒng)一的參考源看齊靠攏，在所覆蓋的網(wǎng)絡(luò)范圍上得到一致同步，確保獲得精確可靠的時(shí)間，這包括了TCP/IP中ICMP的時(shí)間標(biāo)記、Digital公司的DTS服務(wù)等。這些應(yīng)用為NTP提供了理論借鑒和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。 3. 校時(shí)的基本原理NTP協(xié)議校時(shí)的基本原理如下，其中：T

5、1：客戶方發(fā)送查詢請(qǐng)求時(shí)間(以客戶方時(shí)間系統(tǒng)為參照)；T2：服務(wù)器收到查詢請(qǐng)求時(shí)間(以服務(wù)器時(shí)間系統(tǒng)為參照)；T3：服務(wù)器回復(fù)時(shí)間信息包時(shí)間(以服務(wù)器時(shí)間系統(tǒng)為參照)；T4：客戶方收到時(shí)間信息包時(shí)間(以客戶方時(shí)間系統(tǒng)為參照)。Timestamp NameIDWhen Generated Originate TimestampT1time request sent by client Receive TimestampT2time request received at server Transmit TimestampT3time reply sent by server Destinatio

6、n TimestampT4time reply received at client t 為服務(wù)器和客戶端之間的時(shí)間偏差；d 為兩者之間的往返時(shí)間 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；在這里（d，t）為客戶端和服務(wù)器端之間時(shí)間的相對(duì)偏差。在計(jì)算出多組（d，t）后，通過濾波算法、選擇算法和選擇算法對(duì)，最后對(duì)本地時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)節(jié)。在NTP中時(shí)間精確度強(qiáng)烈依賴于時(shí)鐘振蕩器的穩(wěn)定度和時(shí)鐘調(diào)節(jié)的精密度。在NTP中，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)能力的變化產(chǎn)生的誤差為抖動(dòng)；振蕩器頻率穩(wěn)定度產(chǎn)

7、生的誤差為漂移。目前使用自適應(yīng)混合時(shí)鐘調(diào)整算法。該調(diào)整算法校準(zhǔn)計(jì)算機(jī)時(shí)鐘的時(shí)間，補(bǔ)償固有頻率誤差，根據(jù)測(cè)得的抖動(dòng)和漂移動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)。算法使用了鎖相環(huán)路PLL和鎖頻環(huán)路FLL兩者的合成。PLL消除抖動(dòng)非常有效，而只能間接地降低漂移，而FLL正好相反。因此，在抖動(dòng)主導(dǎo)的環(huán)境，使用PLL效果明顯；在漂移占主導(dǎo)地位的環(huán)境中，F(xiàn)LL效果明顯。調(diào)整算法如圖的反饋控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。4. NTP的算法NTP涉及4個(gè)算法：時(shí)間濾波算法、時(shí)間選擇算法、聚類算法和時(shí)鐘調(diào)節(jié)算法。嚴(yán)格地說，這些算法并不是協(xié)議的固有部分，但是NTP的實(shí)現(xiàn)卻有賴于這些算法。4.1. 時(shí)間濾波算法該算法的功能是確認(rèn)數(shù)據(jù)包的有效性和從某

8、個(gè)給定的時(shí)間參考源的時(shí)間樣本中選取最佳的樣本。它可以分成健全性校驗(yàn)和濾波兩個(gè)部分。健全性校驗(yàn)的內(nèi)容有：數(shù)據(jù)包的唯一性，數(shù)據(jù)包內(nèi)容的符合性，服務(wù)器工作是否正常，往返延遲和離差數(shù)值是否合理，如果協(xié)議配置了安全性要求，則還將進(jìn)行鑒權(quán)。4.2. 時(shí)間選擇算法NTP客戶機(jī)可以有若干時(shí)間同步參考源。時(shí)間選擇算法則用于在若干時(shí)間參考源中選取最佳的若干參考源。 NTP首先使用濾波算法的結(jié)果濾波離差 和同步距離 確定對(duì)于各個(gè)時(shí)間源的有效的時(shí)間域值，也稱之為交越值。然后對(duì)所有的時(shí)間逐一進(jìn)行校驗(yàn)，如落入交越值規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí)，認(rèn)為有效，否則將被予以剔除。4.3. 聚類算法NTP內(nèi)部有一張時(shí)間參考源的表格，記錄可供訪問

9、的所有時(shí)間參考源。這些參考源中最為優(yōu)秀的方能作為候選者進(jìn)入?yún)⒖荚吹膬?yōu)選目錄。從可靠性和效率的折中考慮，通常在參考源中選取10個(gè)最佳的時(shí)鐘進(jìn)入優(yōu)選目錄。聚類算法根據(jù)前面濾波和選擇兩個(gè)算法的結(jié)果，對(duì)優(yōu)選目錄中的時(shí)間參考源重新選擇。衡量標(biāo)準(zhǔn)說到底是精確度，具體表現(xiàn)則為NTP的級(jí)、離差、延時(shí)、偏移和偏移的一次導(dǎo)數(shù)等的加權(quán)組合?，F(xiàn)行候選者如能通過聚類算法則留用，否則將被剔除出優(yōu)選目錄，并在其他參考源中選取一個(gè)最佳者加入優(yōu)選目錄。通過聚類算法，可以減少網(wǎng)絡(luò)時(shí)間漂移產(chǎn)生的不良影響。4.4. 時(shí)鐘調(diào)節(jié)時(shí)鐘調(diào)節(jié)是NTP實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。時(shí)間精確度強(qiáng)烈依賴于時(shí)鐘振蕩器的穩(wěn)定度和時(shí)鐘調(diào)節(jié)的精密度。在NTP中，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)能力的變化產(chǎn)生的誤差為抖動(dòng)；振蕩器頻率穩(wěn)定度產(chǎn)生的誤差為漂移。目前使用自適應(yīng)混合時(shí)鐘調(diào)整算法。該調(diào)整算法校準(zhǔn)計(jì)算機(jī)時(shí)鐘的時(shí)間，補(bǔ)償固有頻率誤差，根據(jù)測(cè)得的抖動(dòng)和漂移動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)