NTP與PTP

NTP（Network Time Protocol，網路時間協議）是由RFC 1305定義的時間同步協議，用來在分布式時間伺服器和用戶端之間進行時間同步。NTP基於UDP報文進行傳輸，使用的UDP連接埠號碼為123。

使用NTP的目的是對網路內所有具有時鐘的裝置進行時鐘同步，使網路內所有裝置的時鐘保持一致，從而使裝置能夠提供基於統一時間的多種應用。

對於運行NTP的本地系統，既可以接收來自其他時鐘源的同步，又可以作為時鐘源同步其他的時鐘，並且可以和其他裝置互相同步。

NTP工作原理

NTP的基本工作原理如 圖 所示。Device A和Device B通過網路相連，它們都有自己獨立的系統時鐘，需要通過NTP實現各自系統時鐘的自動同步。為便於理解，作如下假設：

在Device A和Device B的系統時鐘同步之前，Device A的時鐘設定為10:00:00am，Device B的時鐘設定為11:00:00am。

 Device B作為NTP時間伺服器，即Device A將使自己的時鐘與Device B的時鐘同步。

   NTP報文在Device A和Device B之間單向傳輸所需要的時間為1秒。

       系統時鐘同步的工作過程如下：

   Device A發送一個NTP報文給Device B，該報文帶有它離開Device A時的時間戳記，該時間戳記為10:00:00am（T1）。

  當此NTP報文到達Device B時，Device B加上自己的時間戳記，該時間戳記為11:00:01am（T2）。

  當此NTP報文離開Device B時，Device B再加上自己的時間戳記，該時間戳記為11:00:02am（T3）。

  當Device A接收到該響應報文時，Device A的本地時間為10:00:03am（T4）。

至此，Device A已經擁有足夠的資訊來計算兩個重要的參數：

 NTP報文的往返時延Delay=（T4-T1）-（T3-T2）=2秒。

  Device A相對Device B的時間差offset=（（T2-T1）+（T3-T4））/2=1小時。

這樣，Device A就能夠根據這些資訊來設定自己的時鐘，使之與Device B的時鐘同步。

NTP的報文格式

NTP有兩種不同類型的報文，一種是時鐘同步報文，另一種是控制報文。控制報文僅用於需要網路管理的場合，它對於時鐘同步功能來說並不是必需的，這裡不做介紹。

 

主要欄位的解釋如下：

l              LI（Leap Indicator）：長度為2位元，值為“11”時表示警示狀態，時鐘未被同步。為其他值時NTP本身不做處理。

l              VN（Version Number）：長度為3位元，表示NTP的版本號碼，目前的最新版本為3。

l              Mode：長度為3位元，表示NTP的工作模式。不同的值所表示的含義分別是：0未定義、1表示主動對等體模式、2表示被動對等體模式、3表示客戶模式、4表示伺服器模式、5表示廣播模式或組播模式、6表示此報文為NTP控制報文、7預留給內部使用。

l              Stratum：系統時鐘的層數，取值範圍為1～16，它定義了時鐘的準確度。層數為1的時鐘準確度最高，準確度從1到16依次遞減，層數為16的時鐘處於未同步狀態，不能作為參考時鐘。

l              Poll：輪詢時間，即兩個連續NTP報文之間的時間間隔。

l              Precision：系統時鐘的精度。

l              Root Delay：本地到主參考時鐘源的往返時間。

l              Root Dispersion：系統時鐘相對於主參考時鐘的最大誤差。

l              Reference Identifier：參考時鐘源的標識。

l              Reference Timestamp：系統時鐘最後一次被設定或更新的時間。

l              Originate Timestamp：NTP請求報文離開發送端時發送端的本地時間。

l              Receive Timestamp：NTP請求報文到達接收端時接收端的本地時間。

l              Transmit Timestamp：應答報文離開應答者時應答者的本地時間。

l              Authenticator：驗證資訊。

NTP的工作模式

 裝置可以採用多種NTP工作模式進行時間同步：

             用戶端/伺服器模式

             對等體模式

            廣播模式

            組播模式

使用者可以根據需要選擇合適的工作模式。在不能確定伺服器或對等體IP地址、網路中需要同步的裝置很多等情況下，可以通過廣播或組播模式實現時鐘同步；用戶端/伺服器和對等體模式中，裝置從指定的伺服器或對等體獲得時鐘同步，增加了時鐘的可靠性。
1. 用戶端/伺服器模式

在用戶端/伺服器模式中，用戶端向伺服器發送時鐘同步報文，報文中的Mode欄位設定為3（客戶模式）。伺服器端收到報文後會自動工作在伺服器模式，並發送應答報文，報文中的Mode欄位設定為4（伺服器模式）。用戶端收到應答報文後，進行時鐘過濾和選擇，並同步到優選的伺服器。

在該模式下，用戶端能同步到伺服器，而伺服器無法同步到用戶端。

2. 對等體模式

 在對等體模式中，主動對等體和被動對等體之間首先互動Mode欄位為3（用戶端模式）和4（伺服器模式）的NTP報文。之後，主動對等體向被動對等體發送時鐘同步報文，報文中的Mode欄位設定為1（主動對等體），被動對等體收到報文後自動工作在被動對等體模式，並發送應答報文，報文中的Mode欄位設定為2（被動對等體）。經過報文的互動，對等體模式建立起來。主動對等體和被動對等體可以互相同步。如果雙方的時鐘都已經同步，則以層數小的時鐘為準

3. 廣播模式

在廣播模式中，伺服器端周期性地向廣播位址255.255.255.255發送時鐘同步報文，報文中的Mode欄位設定為5（廣播模式）。用戶端偵聽來自伺服器的廣播報文。當用戶端接收到第一個廣播報文後，用戶端與伺服器互動Mode欄位為3（客戶模式）和4（伺服器模式）的NTP報文，以獲得用戶端與伺服器間的網路延遲。之後，用戶端就進入廣播用戶端模式，繼續偵聽廣播報文的到來，根據到來的廣播報文對系統時鐘進行同步。

4. 組播模式

在組播模式中，伺服器端周期性地向使用者配置的組播地址（若使用者沒有配置組播地址，則使用預設的NTP組播地址224.0.1.1）發送時鐘同步報文，報文中的Mode欄位設定為5（組播模式）。用戶端偵聽來自伺服器的組播報文。當用戶端接收到第一個組播報文後，用戶端與伺服器互動Mode欄位為3（客戶模式）和4（伺服器模式）的NTP報文，以獲得用戶端與伺服器間的網路延遲。之後，用戶端就進入組播客戶模式，繼續偵聽組播報文的到來，根據到來的組播報文對系統時鐘進行同步。