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  • NTP时间同步服务器

    2020-12-22 19:24:10
    1.1 NTP 简介 NTP( Network Time Protocol,网络时间协议)是用来...NTP 服务器就是利用 NTP 协议提供时间同步服务的。 NTP服务端: c701 10.0.0.41 NTP客户端: c702 10.0.0.42 1.1.2 NTP服务器安装 yum -y install n

    1.1 NTP 简介

    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。

    NTP 服务器就是利用 NTP 协议提供时间同步服务的。

    NTP服务端: c701 10.0.0.41

    NTP客户端: c702 10.0.0.42

    1.1.2 NTP服务器安装

    yum -y install ntp        
    

    1.1.3 配置NTP服务

    vim /etc/ntp.conf 
    
    # restrict default kod nomodify notrap nopeer noquery
    # nomodify客户端可以同步
    restrict default nomodify
    
    
    # 将默认时间同步源注释改用可用源
    # server 0.centos.pool.ntp.org iburst
    # server 1.centos.pool.ntp.org iburst
    # server 2.centos.pool.ntp.org iburst
    # server 3.centos.pool.ntp.org iburst
    server ntp1.aliyun.com
    

    1.1.4 重启ntp并设置开机自启

    systemctl restart ntpd
    systemctl enable ntpd
    

    客户端同步时间

    [root@ c702 yum.repos.d]# systemctl stop ntpd
    [root@ c702 yum.repos.d]# ntpdate 10.0.0.41
     6 Nov 18:36:39 ntpdate[2151]: adjust time server 10.0.0.41 offset -0.019067 sec
    

    注意:此处需要等待服务端几分钟。

    添加到定时任务

    cat >>/var/spool/cron/root<<EOF
    #crond m01
    */5 * * * * /usr/sbin/ntpdate 10.0.0.41 >/dev/null 2>&1
    EOF
    
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  • (一)确认ntp的安装1)确认是否已安装ntp【命令】rpm –qa | grep ntp若只有ntpdate而未见ntp,则需删除原有ntpdate。如:ntpdate-4.2.6p5-22.el7_0.x86_64fontpackages-filesystem-1.44-8.el7.noarchpython-ntplib-...

    (一)确认ntp的安装

    1)确认是否已安装ntp

    【命令】rpm –qa | grep ntp

    若只有ntpdate而未见ntp,则需删除原有ntpdate。如:

    ntpdate-4.2.6p5-22.el7_0.x86_64

    fontpackages-filesystem-1.44-8.el7.noarch

    python-ntplib-0.3.2-1.el7.noarch

    2)删除已安装ntp

    【命令】yum –y remove ntpdate-4.2.6p5-22.el7.x86_64

    3)重新安装ntp

    【命令】yum –y install ntp

    (二)配置ntp服务

    1)修改所有节点的/etc/ntp.conf

    【命令】vi /etc/ntp.conf

    【内容】

    restrict 192.168.6.3 nomodify notrap nopeer noquery          //当前节点IP地址

    restrict 192.168.6.2 mask 255.255.255.0 nomodify notrap  //集群所在网段的网关(Gateway),子网掩码(Genmask)

    2)选择一个主节点,修改其/etc/ntp.conf

    【命令】vi /etc/ntp.conf

    【内容】在server部分添加一下部分,并注释掉server 0 ~ n

    server 127.127.1.0

    Fudge 127.127.1.0 stratum 10

    3)主节点以外,继续修改/etc/ntp.conf

    【命令】vi /etc/ntp.conf

    【内容】在server部分添加如下语句,将server指向主节点。

    server 192.168.6.3

    Fudge 192.168.6.3 stratum 10

    ===修改前===

    fc86b3d6f9156e998659a936b37a58a0.png

    ===修改后===

    节点1(192.168.6.3):

    f04405aa461a9b31c1c1dd1a5a94bf32.png

    节点2(192.168.6.4):

    e0d5f383cc3c4f41a734a0c1e114912a.png

    节点3(192.168.6.5):

    7f0352ba71f334add37dd60cbc7746cf.png

    (三)启动ntp服务、查看状态

    1)启动ntp服务

    【命令】service ntpd start

    2)查看ntp服务器有无和上层ntp连通

    【命令】ntpstat

    571fb6d683f93e38b0256588bfda901e.png

    查看ntp状态时,可能会出现如下所示情况

    ① unsynchronised time server re-starting polling server every 8 s

    8853c77af2d541dfd65790c4d5e5a62e.png

    ② unsynchronised polling server every 8 s

    9954ca56f5a97d671a2a06747da9215f.png

    这种情况属于正常,ntp服务器配置完毕后,需要等待5-10分钟才能与/etc/ntp.conf中配置的标准时间进行同步。

    等一段时间之后,再次使用ntpstat命令查看状态,就会变成如下正常结果:

    a97da2b5c27a015448d81788998e279e.png

    3)查看ntp服务器与上层ntp的状态

    【命令】ntpq -p

    f3f24b217df342905850483774f0e33c.png

    remote:本机和上层ntp的ip或主机名,“+”表示优先,“*”表示次优先

    refid:参考上一层ntp主机地址

    st:stratum阶层

    when:多少秒前曾经同步过时间

    poll:下次更新在多少秒后

    reach:已经向上层ntp服务器要求更新的次数

    delay:网络延迟

    offset:时间补偿

    jitter:系统时间与bios时间差

    4)查看ntpd进程的状态

    【命令】watch "ntpq -p"

    【终止】按 Ctrl+C 停止查看进程。

    263798fe9d28de100ead442a353b0d40.png

    第一列中的字符指示源的质量。星号 ( * ) 表示该源是当前引用。

    remote:列出源的 IP 地址或主机名。

    when:指出从轮询源开始已过去的时间(秒)。

    poll:指出轮询间隔时间。该值会根据本地时钟的精度相应增加。

    reach:是一个八进制数字,指出源的可存取性。值 377 表示源已应答了前八个连续轮询。

    offset:是源时钟与本地时钟的时间差(毫秒)。

    (四)设置开机启动

    【命令】chkconfig ntpd on

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  • 1、服务器时间同步简介; 2、Linux下时间服务程序的安装; 3、局域网内NTP服务器的安装、配置、运维操作; 4、Linux系统时间同步设置; 5、Windows 7系统时间同步设置; 6、Windows Server 2008系统时间同步设置。 ...
  • 【干货】NTP时间同步服务器技术详解 【干货】NTP时间同步服务器技术详解 A.1 时间同步原理 时间同步的原理就是按照接收到的时间来调控设备内部的时钟和时刻。在将时刻校对到 秒后,时间同步的调控原理与频率同步对...

    【干货】NTP时间同步服务器技术详解
    【干货】NTP时间同步服务器技术详解

    A.1 时间同步原理

    时间同步的原理就是按照接收到的时间来调控设备内部的时钟和时刻。在将时刻校对到 秒后,时间同步的调控原理与频率同步对时钟的调控原理相似,它既调控时钟的频率又调控 时钟的相位,同时将时钟的相位以数值表示,即时间的时刻。与频率同步不同的是,时间同 步接受非连续的时间信息,非连续调控设备时钟,即设备时钟锁相环的调节控制是周期性的, 其周期对应于获取时间的周期,且与调节方式、时钟的准确度和稳定度有关。

    A.2 时间定义

    在规划和设计时间同步网时,在时间概念方面经常提到以下术语:平均太阳日、世界时、 国际原子时、协调世界时、闰秒等,下面对这些术语分别进行解释和定义。

    a) 平均太阳日

    人们习惯上是以太阳在天球上的位置来确定时间的,但因为地球绕太阳公转运动的轨道 是椭圆,所以真太阳周日视运动的速度是不均匀的(即真太阳时是不均匀的)。为了得到以 真太阳周日视运动为基础而又克服其不均匀性的时间计量系统,人们引进了平均太阳日的概 念。平太阳时的基本单位是平太阳日,1 平均太阳日等于 24 平均太阳小时,1 平均太阳小时 等于 86400 平均太阳秒。

    b) 世界时(UT0/UT1/UT2)

    以平子夜作为 0 时开始的格林威治(英国伦敦南郊原格林尼治天文台的所在地,它又是 世界上地理经度的起始点)平太阳时,就称为世界时。世界时与恒星时有严格的转换关系, 人们是通过在世界各地利用天文望远镜观测恒星后平均得到世界时的,其精度只能达到 10-9。由于地极移动和地球自转的不均匀性,最初得到的世界时,也是不均匀的,我们将其 记为 UT0;人们对 UT0 加上极移改正,得到的结果记为 UT1;再加上地球自转速率季节性 变化的经验改正就得到 UT2。

    c) 国际原子时(TAI)

    原子时间计量标准在 1967 年正式取代了天文学的秒长的定义新秒长规定为:位于海平 面上的铯 Cs133 原子基态的两个超精细能级间在零磁场中跃迁振荡 9192631770 个周期所持续 的时间为一个原子时秒,我们称之为国际原子时(TAI),其稳定度可以达到 10-14 以上。另 外规定原子时起点在 1958 年 1 月 1 日 0 时(UT),即在这一瞬间,原子时和世界时重合。

    d) 协调世界时(UTC)

    相对于以地球自转为基础的世界时来说,原子时是均匀的计量系统,这对于测量时间间 隔非常重要。但世界时时刻反映了地球在空间的位置,并对应于春夏秋冬、白天黑夜的周期,

    是我们熟悉且在日常生活中必不可少的时间。为兼顾这两种需要,引入了协调世界时(UTC) 系统。UTC 在本质上还是一种原子时,因为它的秒长规定要和原子时秒长相等,只是在时 刻上,通过人工干预,尽量靠近世界时。

    e) 闰秒

    UTC 在秒长上使用原子时秒,但是在时刻上,需要通过人工干预,使其尽量靠近世界 时。这就需要对 UTC 进行“闰秒操作”,即每当 UTC 与世界时 UT1 时刻之差超过接近或超 过 0.9 秒时,在当年的 6 月底或 12 月底的 UTC 时刻上增加一秒或减少一秒。

    A.3 时间同步网描述

    时间同步网由时间同步设备节点和时间同步链路共同组成。时间同步大致可以分为以下 三个过程:

    a) 高精度 UTC 时间信息的获得 目前主要通过卫星接收系统实现。

    b) 时间传送

    将时间信息从高级时间同步设备传送到低级时间同步设备以及从时间同步设备传送到 需要时间同步的通信设备。根据设备需要的时间精度不同,可以采用不同的传输手段。

    c) 时间分配 也就是设备通过适当的手段获取时间同步的方法。

    附 录 B 时间接口介绍 (资料性附录)

    目前国际上比较通用的时间接口包括 1PPS+ToD、DCLS、IRIG-B、NTP、PTP、串行口 ASCII 字符串等几种方法,下面将就这几种方法作简单介绍。

    B.1 1PPS+ToD

    秒脉冲信号,不包含时刻信息,但其上升沿标记了准确的每秒的开始,通常用于本地测 试,也可用于局内时间分配,精度达到 100ns 量级。ToD 接口通常采用 RS232/RS422 串行 通讯口,将时间信息进行编码。但由于 ToD 接口没有统一的标准,不同厂家设备间无法实 现互通,故该方法应用范围较小。

    B.2 DCLS

    DCLS 是 IRIG-B 码的另一种传输码形,用直流电位来携带码元信息,等效于 IRIG-B 调 制码的包络。IRIG-DCLS 技术通过租用专线传输。IRIG-B 普通方式与 IRIG-DCLS 方式的比 较如图 2 所示。

    图 2 IRIG B 与 DCLS 对照图

    B.3 IRIG-B

    IRIG 编码源于为磁带记录时间信息,带有明显的模拟技术色彩。由于从 50 年代起就作 为时间传递标准而获得广泛应用。

    IRIG-B 采用 1KHz 的正弦波作为载频进行幅度调制,对最近的 1 秒进行编码。IRIG-B 的帧内包括的内容有:天、时、分、秒及控制信息等。其占用最大通道带宽为 3KHz。所以 可以用普通的双绞线在楼内传输,也可在模拟电话网上进行远距离传输。到了九十年代,为 了适应世纪交替对年份表示的需要,IEEE 1344-1995 规定了 IRIG-B 时间码的新格式,要求 编码中还包括年份,其它方面没变。

    B.4 NTP

    在计算机网络中用于时间同步的协议主要的有三种:时间协议(Time Protocol)、日时协议(Daytime Protocol)和网络时间协议 NTP(Network Time Protocol)。另外还有一个简单网络时 间协议 SNTP(Simple Network Time Protocol)。SNTP 是 NTP 协议的简化版本,所实现的功能 较简单。

    在上述几种网络时间协议中,NTP 协议(RFC 1305)最为复杂,所能实现的时间准确 度最高。也是目前应用最为广泛的时间协议。

    B.5 PTP(IEEE 1588)

    NTP 协议(即网络时间协议)是由软件来实现的,而 PTP 协议既使用软件又结合硬件, 两者互相配合从而达到更精确的时间同步。

    与 NTP 协议类似,从钟表向主钟表发送携带时间戳的报文,主钟表接收并且回应,同 时将接收到的本地时间和发送时刻的本地时间记录到回应报文中;从钟表根据四个时间戳, 计算出本地与对端的来双向总延迟;假设来回延迟是相等的,从钟表就能计算出本地时刻与 远端时刻的差,从而调整本地时刻,直到与对端时刻同步。

    B.6 串行口ASCII字符串

    通过 RS232/RS422 串行通讯口,将时间信息以 ASCII 码字符串方式进行编码,波特率 一般为 9600bps,精度不高,通常还需同时利用 1PPS 信号。

    当前应用最广泛的时间同步技术主要是 DCLS 和 NTP。其中利用 DCLS 技术获得的时间精度较高,但该方法无法实时监测传输时延的变化,只适用于传输链路相对不变的场合; 利用 NTP 获得的时间精度较低,但该方法可以实时监测传输时延的变化,还可以充分利用 现有的网络资源,组网简单,易于维护。

    附 录 C 时间同步设备的应用考虑 (资料性附录)
    在时间同步设备的应用中,应根据时间服务的不同需求和时间同步网的建设成本,采用 适宜的时间同步网技术。在目前阶段,宜采用多种手段组建时间同步网,例如采用DCLS、NTP 等技术来提供普通精度的时间服务,采用PTP技术来提供高精度的时间服务。在相当长的时 期内,将可能是多种手段并存的应用局面。随着技术的发展,将来可能会出现由单一技术(例 如PTP技术)组建的统一的时间频率同步网来满足各种时间同步和频率同步的需求。

    C.1 提供普通精度时间服务

    通信运营市场的竞争日趋激烈,服务质量是赢得竞争的最主要因素之一。为了解决计费 纠纷,提高网络运行效率,各大电信运营商已陆续开始时间同步网的建设、业务设备时间同 步接入的改造等多种手段和方式。通过几年的努力,已初步解决了部分计费系统以及网管系 统等比较急迫的普通精度的时间同步问题。按照目前时间同步设备的技术,是比较容易提供 的普通精度的时间同步服务的,但在具体的推广和应用中,发现存在一些问题:

    (1) 由于时间同步的概念提出的相对较晚,只有少数设备厂家的少数新设备具有时间输 入接口,绝大多数通信设备均没有时间输入接口,因此通常改造设备硬件以增加时 间输入接口的方法,或者采用改造设备软件以增加网管系统调控网元时间功能的方 法。有的运营商对局部地区内的某些设备实施了硬件改造方案,但面对网上不同厂 家的众多网元设备,这种硬件改造方案的工作量、代价和风险都是非常巨大的,无 法大面积、大范围地推广和使用。有的运营商通过对网管系统进行必要的软件升级, 实现对网元设备时间的自动调校,并在网管系统的操作系统中开发专门的时间同步 程序,通过DCN网连至某个时间同步设备,从而获得时间同步。这种软件改造方案的 工作量、代价和风险都相对较小,但必须依托网管系统以及DCN网的网络拓扑,以及 时间同步设备的部署和归属管理等,存在一些非技术性问题。

    (2) 对于基于IP网络以及大量的基于计算机的设备及应用系统,确实有大量的普通精度 的时间同步需求,通常在工程建设过程中已考虑了专用的NTP服务器,但该NTP服务 器通常不纳入运营商已建的时间同步网。

    因此,时间同步设备在普通精度时间服务的应用和推广中,还有很大的需求空间,需要 时间同步网从自身组网、覆盖及管理上,要全面考虑各种业务网络的时间同步需求,制定各 种业务网络接入时间同步的方案,将业务网络的时间同步纳入到时间同步网中。

    C.2 提供高精度时间服务

    目前在通信领域中,对于高精度时间同步需求主要来自CDMA基站和TD-SCDMA基站,现有 的解决方法就是配置GPS,即在每个基站设备上都配置GPS。使用GPS最大问题的就是安全问 题,美国政府从未对GPS信号的质量及使用期限给予任何的承诺和保证,而且美国政府还具 有对特定地区GPS信号进行严重降质处理的能力,这是大量使用GPS后面临的最严峻的安全隐 患。另一方面,由于GPS接收机本身的抗干扰技术、安装的地理环境、电磁干扰及人为操作 等因素的影响,GPS接收机也存在着降质的可能性,而且目前没有太多手段可对GPS降质进行 监视,这也是影响网络质量的潜在问题。此外,在CDMA/TD-SCDMA基站中也大量采用了GPS 接收机,在工程及运行维护中存在安装条件相对较严、故障率偏高等一些问题。因此,必须 考虑除GPS以外的后备技术手段。针对GPS的安全性问题及应用中的问题,目前考虑有两种技

    术手段来保障CDMA网络和TD-SCDMA网络的安全可靠性:采用北斗射频模拟或北斗外置接收 机,或者通过地面高精度传输技术。

    时间同步设备(包括独立型和依附于其他通信设备的功能模块)虽然可以提供高精度时 间输出接口,但仍旧需要面临地面链路高精度时间传送的技术难题。包括高精度时间和频率 信号的时延、损伤、监测等复杂的技术问题等。到目前为止,还没有一个国家能实现依靠地 面链路来传送高精度时间同步,在市场上还未见到任何成熟商用的相关产品。因此,对时间 同步设备提供高精度时间服务仍需进行研究

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  • NTP时间同步服务器(NTP服务器)原理详解NTP时间同步服务器(NTP服务器)原理详解1.前言由计算机网络系统组成的分布式系统,若想协调一致进行:IT行业的“整点开拍”、“秒杀”、“Leader选举”,通信行业的“同步组网”...

    NTP时间同步服务器(NTP服务器)原理详解

    NTP时间同步服务器(NTP服务器)原理详解

    1.前言

    由计算机网络系统组成的分布式系统,若想协调一致进行:IT行业的“整点开拍”、“秒杀”、“Leader选举”,通信行业的“同步组网”之类业务处理,毫秒级甚至微秒级的时间同步是重要基础之一。

    2.术语描述

    2.0 世界时

    世界时UT,可以简单理解为按照地球自转一周来计量24小时的时间标准,由于地球自转速率的变化,世界时的秒长会有微小的变化,每天的快慢可以达到千分之几秒。

    2.1 TAI时间

    世界时不准,因此国际组织定义了TAI时间,即国际原子时( International Atomic Time),其起点是1958年的开始(世界时UT),以铯原子钟走秒连续计时的时间。

    2.2 UTC时间

    计算机网络普遍使用的UTC时间(协调世界时),由国际计量局BIPM综合全世界多个守时实验室的钟组计算得到,为了使UTC时间与地球自转1天的时间(世界时UT)协调一致,每隔1到2年, BIPM会通告在UTC时间6月30日或12月31日最后一分钟“加一秒”或“减一秒”等闰秒调整。也就是说,UTC时间会出现60秒或少了59秒的情况。

    最近一次闰秒是UTC时间2015年6月底:

    2015 年6月30日,23时 59分 59秒

    2015 年6月30日,23时 59分 60秒

    2015 年7月 1日, 0时 0分 0秒

    由于存在闰秒,UTC时间与TAI时间是有差别的,UTC = TAI - n,这个n现在(2016年1月)是36秒,也就是说UTC时间比TAI时间慢了36秒。

    2.3 北京时间

    北京时间也就是东八区时间,在UTC时间基础上加8小时,中国的北京标准时间由位于陕西的国家授时中心发播。

    2.4 GPS时间

    由GPS系统通过卫星信号发播的原子时间,GPS时间用自1980年1月6日零点(UTC时间)起的星期数和该星期内内的秒数来表示。

    工程上,GPS接收机会根据闰秒数将GPS时间换算为我们通常使用的UTC时间。GPS时间的源头是美国海军天文台的守时原子钟组。

    2.5 北斗(BDS)时间

    由北斗卫星导航系统通过卫星信号发播的原子时间,同样,北斗接收机会根据闰秒数将北斗时间换算为我们通常使用的UTC时间。

    北斗时间的时钟源是位于北京的解放军时频中心的守时原子钟组,陕西的国家授时中心好尴尬:(。

    2.6 频率

    时间的导数就是频率,机械发条、石英晶体振荡器、原子钟等各种时钟源通过产生频率信号,按照频率均匀打拍计数,模拟时间的等间隔流逝,就有了可见的“时间”。

    2.7 频率准确度

    手表有准和不准的,反映的就是频率准不准,时钟频率和标准频率的偏差可以用频率准确度来衡量。1E-9量级表示1秒会差1ns,我们使用的个人电脑,它的守时时钟是个32. 768kHz的石英晶振,准确度大概只有2E-5量级(20ppm),也就是说1秒会差0.02ms,1天会跑偏大概2秒。

    2.8 时间同步

    广义的“时间同步”包括的时间和频率的同步。上级时钟将时间频率信号通过各种有线(以太网、SDH数字网、同轴电缆、电话等)、无线(卫星、长波、电台、微波、WIFI、Zigbee等)链路传递给下级时钟,下级时钟接受时间频率信息后,与上级时钟保持相位、频率的一致。

    3.时间同步原理

    3.1 单向授时

    上级时钟主动发播时间信息,下级用户端被动接受时间信息,并调整本地时钟使时差控制在一定范围内。

    要想提高授时精度,用户端必须计算出时间信息在传播链路中的延时,GPS/北斗等卫星授时,可以通过用户端定位与卫星之间距离确定电磁传输延时,消除大部分误差,而电缆、网络等如果是单向授时方式就无法准确计算单向链路时延了。

    3.2 双向授时

    用户端将接受的时间信息原路返回给上级时钟服务端,服务端将往返时间除以二即得到单向链路时延,再把单向时延告诉客户端,在此基础上,客户端得到服务端更准确的时间信息。比如:北斗单向卫星授时精度100ns,双向卫星授时精度可做到20ns。

    3.3 网络时间同步

    网络时间同步,特指在计算机网络内的服务器与客户端之间利用网络报文交换实现的时间同步。

    鉴于计算机网络传输路径的不确定性和中间路由交换设备转发报文时间的不确定性,通过单播或多播实现的单向网络授时是不可靠的。因此,前辈们发明的网络时间同步技术NTP/PTP等,基本原理都是通过对网络报文打时间戳(标记),往返交换报文计算传输时延和同步误差。

    3.4 频率同步

    频率同步指的是主从时钟的频率误差保持在一定范围内,频率同步有2种类型:

    第1种是直接传递模拟频率信号,比如用电缆或光缆传递10MHz、5Mhz、2.048MHz等标准频率,或者传递bit位宽脉冲;

    第2种是通过测量得到的主从时钟时差,通过锁定主从相差实现频率锁定(PLL),或者间接计算频率偏差,完成频率修正。

    4.计算机网络时间同步

    计算机网络时间同步只是时间同步的一种应用场景,其时间传递的链路可能是SDH网、以太网、WIFI无线网络等。

    4.1 NTP

    NTP(Network Time Protocol)从1985年诞生来,目前仍在在大部分的计算机网络中起着同步系统时间的作用。基本原理

    服务器和客户端之间通过二次报文交换,确定主从时间误差,客户端校准本地计算机时间,完成时间同步,有条件的话进一步校准本地时钟频率。时间同步过程

    服务器在UDP的132端口提供授时服务,客户端发送附带T1时间戳(Timestamp)的查询报文给服务器,服务器在该报文上添加到达时刻T2和响应报文发送时刻T3,客户端记录响应报到达时刻T4。

    改个维基的图:时差计算

    维基这个图中用蓝色标注了主从直接来回链路的时延Sigma:

    Sigma = (t4-t1)-(t3-t2)

    因此,假设来回网络链路是对称的,即传输时延相等,那么可以计算客户端与服务器之间的时间误差Delta为:

    Delta = t2-t1-Sigma/2=((t2-t1)+(t3-t4))/2

    客户端调整自身的时间Delta,即可完成一次时间同步。计时方式

    NTP采用UTC时间计时,NTP时间戳包括自1900-01-01 00:00:00开始的UTC总秒数,当前秒的亚秒数。

    当正闰秒时,60秒和下一分钟的0秒的NTP总秒数一致的,因此NTP报文专门定义了闰秒指示域来提示。误差分析

    局域网内计算机利用NTP协议进行时间同步,时间同步精度在5ms左右,主要误差包括:

    1)计算机打时间戳的位置在应用层,受协议栈缓存、任务调度等影响,不能在网络报文到来时马上打戳;

    2)各种中间网络传输设备带来的传输时延不确定性以及链路的不对称性,将进一步降低NTP时间同步精度。

    4.2 PTP

    为克服NTP的各种缺点,PTP(Precision Time Protocol,精确时间同步协议)应运而生,最新协议是IEEE1588v2,可实现亚微秒量级的时间同步精度。基本原理

    主从节点在网络链路层打时间戳,利用支持IEEE1588协议的PHY片,精准记录时间同步网络报文接受或发送的时刻。交换机、路由器等网络中间节点准确记录时间同步报文在其中停留的时间,实现对链路时延的准确计算。时间同步过程

    PTP默认使用组播协议,二层或四层UDP组播都可以,一般我们使用基于UDP组播,使用319和320两个端口。

    PTP定义了三种角色:OC、BC和TC。我们一般接触的是OC:主时钟和从时钟,交换机、路由器一般是BC或TC。

    由于硬件性能有限,网络报文发送时记录的时刻信息,可以在随后的Follow_Up跟随报文中发出,这就是PTP的双步模式(Two-step)。

    下图是两OC主从时钟之间的同步过程:

    · a.主时钟向从时钟发送Sync报文,并在本地记录发送时间t1;从时钟收到该报文后,记录接收时间t2。

    · b.时钟发送Sync报文之后,紧接着发送一个携带有t1的Follow_Up报文。

    · c.从时钟向主时钟发送Delay_Req报文,用于发起反向传输延时的计算,并在本地记录发送时间t3;主时钟收到该报文后,记录接收时间t4。

    · d.主时钟收到Delay_Req报文之后,回复一个携带有t4的Delay_Resp报文。时差计算

    与NTP一样的原理,从时钟根据拥有的t1~t4这四个时间戳,由此可计算出主、从时钟间的往返总延时为:

    Sigma = (t4-t1)-(t3-t2)

    假设网络是对称的,从时钟相对于主时钟的时钟偏差为:

    Delta = t2-t1-Sigma/2=((t2-t1)+(t3-t4))/2计时方式

    与NTP不同,PTP采用TAI世界原子时间计时,而且PTP计时的起点与unix时间一致,即UTC时间1970年1月1日0点。

    PTP主钟会告知从钟,当前UTC相对于TAI的累计偏移量,从钟据此计算当前准确的UTC时间。误差分析

    PTP能准确记录报文发送和接受的时间,也能计算中间链路的延时,剩下影响最大的就是网络链路的不对称性了。

    在实际工程中,网络中间链路设备不支持PTP协议,大大降低了PTP的同步精度。目前,PTP主要应用在通信同步网、电力同步网等行业网络系统里。同步拓扑

    PTP域中所有的时钟节点都按一定层次组织在一起,可通过BMC(Best Master Clock,最佳主时钟)协议动态选举出最优时钟,最优时钟的时间最终将被同步到整个PTP域中。

    BMC算法与STP(Spaning Tree Protocl)生成树协议类似,最终形成无环路的树形网络拓扑,且都是动态选举,能适应最佳主时钟切换的变化。扩展应用——PTP over SDH

    充分利用各行业已有的SDH通信网络,利用PTP-E1信号转换设备,架设PTP同步网络,除了需要考虑链路倒换问题之外,SDH网络的时延稳定性可大幅提升网络时间同步精度。

    4.3 SyncE同步以太网

    以太网最早只能传输数据信号,有另外独立的频率同步网络,随着以太网的快速发展,SyncE(Synchronized Ethernet)同步以太网技术诞生后,企业们有了新的选择。基本原理

    时钟节点利用以太网(1000M、1G、10G等)物理层的空闲间隙,传递位宽时钟信号,实现时钟频率信号(25M、125M等)的自上而下传递。协议控制

    类似于SDH网络等时间间隔传递的SSM同步状态信息,同步以太网(Sync-E)利用链路层ESMC协议封装传递SSM信息,SSM信息包含时钟质量信息,接收端据此选择合适的上级网络时钟。应用

    一般商业PHY片提供SyncE功能选项,开启该功能模式,即可利用PHY恢复出来的频率信号,校准本地时钟频率或分频后用于本地计时。

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