通过网络NTP协议进行时间同步

目的：通过网络进行时间同步 
协议：NTP 协议 
NTP(Network Time Protocol) 用于通过网络进行时间同步。它通常可获得毫秒级的精度。 
NTP采用UDP传输协议，使用端口123。 
SNTP 是一个简化版本的NTP协议，是NTP的子集。 
Windows 2000和XP操作系统，自身已经集成了自动对时功能。可以在时间设置中进行同步服务器的设置。 
原理和数据包内容 
NTP协议中发送和接收的数据包类似，都是48个字节（也可以再多一些，但只需前48个字节就可以进行计算了）。数据包的内容如下： 
通过抓包，分析出一个典型的请求数据包是这样的： 共48字节 
1B 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ------------头部 
D0 AF 5F F5 23 D7 08 00---------------Originate Timestamp (T1)出发时间戳有效位为8 bytes 
========================================================== 
典型的回复数据包如下：长度也为48字节 
1C 02 00 EC 00 00 06 EA 00 00 0C A2 C0 A8 33 CA----数据包头部，共16 bytes 
D0 AF 5E A3 F5 BD 72 BC---------------Reference Timestamp 
D0 AF 5F F5 23 D7 08 00---------------Originate Ti
4000
mestamp (T1) 
D0 AF 61 D7 CD 2E F9 11---------------Receive Timestamp ? (T2) 
D0 AF 61 D7 CD 2F F4 BA---------------Transmit Timestamp ?(T3) 
收到数据包后，本地再产生一个时间戳(T4) 
这里，每个返回数据前4字节为秒的整数部分，后4字节为秒的小数部分 
' NTP 协议中的时间是从1900年开始的。准确说秒数计数的起始时间为格林威治的1900年1月1日0时0分0秒。我们这里另外必须有8个小时的时区补偿值。 
为了代码简洁，减少数制转换，发现发送NTP协议协议请求包时，不用发准确的发送时间戳，用个虚构的时间戳数据就可以了，因此，这里NTP服务器返回的请求时间戳（T1）只用作数据真实性检验，而由程序在发送时刻，获取一个正确的时间戳作为计算用T1就成。 
网络延时 = (T4-T1) - (T2-T3) 
误差补偿秒数 = ((T2-T1) + (T3-T4))/2; 
校对结果时间=现实时间+误差补偿秒数 
这里，我们一般电脑用的，时间精度在1秒以内就可以了，因此，每个时间戳处理都只用了其整数部分。 

NTP协议  

2012-02-02 20:40:36|  分类： 网络技术 |  标签：ntp  |字号 订阅

NTP（Network Time Protocol，网络时间协议）是由RFC 1305定义的时间同步协议，用来在分布式时间服务器和客户端之间进行时间同步。NTP基于UDP报文进行传输，使用的UDP端口号为123。

使用NTP的目的是对网络内所有具有时钟的设备进行时钟同步，使网络内所有设备的时钟保持一致，从而使设备能够提供基于统一时间的多种应用。

对于运行NTP的本地系统，既可以接收来自其他时钟源的同步，又可以作为时钟源同步其他的时钟，并且可以和其他设备互相同步。

NTP工作原理

NTP的基本工作原理如图所示。Device A和Device B通过网络相连，它们都有自己独立的系统时钟，需要通过NTP实现各自系统时钟的自动同步。为便于理解，作如下假设：

在Device A和Device B的系统时钟同步之前，Device A的时钟设定为10:00:00am，Device B的时钟设定为11:00:00am。

 Device B作为NTP时间服务器，即Device A将使自己的时钟与Device B的时钟同步。

   NTP报文在Device A和Device B之间单向传输所需要的时间为1秒。

       系统时钟同步的工作过程如下：

   Device A发送一个NTP报文给Device B，该报文带有它离开Device A时的时间戳，该时间戳为10:00:00am（T1）。

  当此NTP报文到达Device B时，Device B加上自己的时间戳，该时间戳为11:00:01am（T2）。

  当此NTP报文离开Device B时，Device B再加上自己的时间戳，该时间戳为11:00:02am（T3）。

  当Device A接收到该响应报文时，Device A的本地时间为10:00:03am（T4）。

至此，Device A已经拥有足够的信息来计算两个重要的参数：

 NTP报文的往返时延Delay=（T4-T1）-（T3-T2）=2秒。

  Device A相对Device B的时间差offset=（（T2-T1）+（T3-T4））/2=1小时。

这样，Device A就能够根据这些信息来设定自己的时钟，使之与Device B的时钟同步。

NTP的报文格式

NTP有两种不同类型的报文，一种是时钟同步报文，另一种是控制报文。控制报文仅用于需要网络管理的场合，它对于时钟同步功能来说并不是必需的，这里不做介绍。

 

主要字段的解释如下：

l              LI（Leap Indicator）：长度为2比特，值为“11”时表示告警状态，时钟未被同步。为其他值时NTP本身不做处理。

l              VN（Version Number）：长度为3比特，表示NTP的版本号，目前的最新版本为3。

l              Mode：长度为3比特，表示NTP的工作模式。不同的值所表示的含义分别是：0未定义、1表示主动对等体模式、2表示被动对等体模式、3表示客户模式、4表示服务器模式、5表示广播模式或组播模式、6表示此报文为NTP控制报文、7预留给内部使用。

l              Stratum：系统时钟的层数，取值范围为1～16，它定义了时钟的准确度。层数为1的时钟准确度最高，准确度从1到16依次递减，层数为16的时钟处于未同步状态，不能作为参考时钟。

l              Poll：轮询时间，即两个连续NTP报文之间的时间间隔。

l              Precision：系统时钟的精度。

l              Root Delay：本地到主参考时钟源的往返时间。

l              Root Dispersion：系统时钟相对于主参考时钟的最大误差。

l              Reference Identifier：参考时钟源的标识。

l              Reference Timestamp：系统时钟最后一次被设定或更新的时间。

l              Originate Timestamp：NTP请求报文离开发送端时发送端的本地时间。

l              Receive Timestamp：NTP请求报文到达接收端时接收端的本地时间。

l              Transmit Timestamp：应答报文离开应答者时应答者的本地时间。

l              Authenticator：验证信息。

NTP的工作模式

 设备可以采用多种NTP工作模式进行时间同步：

             客户端/服务器模式

             对等体模式

            广播模式

            组播模式

用户可以根据需要选择合适的工作模式。在不能确定服务器或对等体IP地址、网络中需要同步的设备很多等情况下，可以通过广播或组播模式实现时钟同步；客户端/服务器和对等体模式中，设备从指定的服务器或对等体获得时钟同步，增加了时钟的可靠性。
1. 客户端/服务器模式


在客户端/服务器模式中，客户端向服务器发送时钟同步报文，报文中的Mode字段设置为3（客户模式）。服务器端收到报文后会自动工作在服务器模式，并发送应答报文，报文中的Mode字段设置为4（服务器模式）。客户端收到应答报文后，进行时钟过滤和选择，并同步到优选的服务器。

在该模式下，客户端能同步到服务器，而服务器无法同步到客户端。

2. 对等体模式

 在对等体模式中，主动对等体和被动对等体之间首先交互Mode字段为3（客户端模式）和4（服务器模式）的NTP报文。之后，主动对等体向被动对等体发送时钟同步报文，报文中的Mode字段设置为1（主动对等体），被动对等体收到报文后自动工作在被动对等体模式，并发送应答报文，报文中的Mode字段设置为2（被动对等体）。经过报文的交互，对等体模式建立起来。主动对等体和被动对等体可以互相同步。如果双方的时钟都已经同步，则以层数小的时钟为准

3. 广播模式


在广播模式中，服务器端周期性地向广播地址255.255.255.255发送时钟同步报文，报文中的Mode字段设置为5（广播模式）。客户端侦听来自服务器的广播报文。当客户端接收到第一个广播报文后，客户端与服务器交互Mode字段为3（客户模式）和4（服务器模式）的NTP报文，以获得客户端与服务器间的网络延迟。之后，客户端就进入广播客户端模式，继续侦听广播报文的到来，根据到来的广播报文对系统时钟进行同步。

4. 组播模式


在组播模式中，服务器端周期性地向用户配置的组播地址（若用户没有配置组播地址，则使用默认的NTP组播地址224.0.1.1）发送时钟同步报文，报文中的Mode字段设置为5（组播模式）。客户端侦听来自服务器的组播报文。当客户端接收到第一个组播报文后，客户端与服务器交互Mode字段为3（客户模式）和4（服务器模式）的NTP报文，以获得客户端与服务器间的网络延迟。之后，客户端就进入组播客户模式，继续侦听组播报文的到来，根据到来的组播报文对系统时钟进行同步。