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NTP時(shí)間服務(wù)器技術(shù)文檔詳解

NTP時(shí)間服務(wù)器技術(shù)文檔詳解

 

NTP(Network Time Protocol)是由美國德拉瓦大學(xué)的D.L. Mills教授於1985年提出，除了可以估算封包在網(wǎng)路上的往返延遲外，還可獨(dú)立地估算電腦時(shí)鐘偏差，達(dá)到在網(wǎng)路上實(shí)現(xiàn)高精準(zhǔn)度電腦校時(shí)的目的。NTP伺服器以階層式架構(gòu)形成時(shí)間同步體系。位於階層最頂層(第一階)的伺服器直接同步到國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，第二階伺服器則透過第一階伺服器間接同步到國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。每臺(tái)伺服器均以本身的時(shí)鐘來維持某精準(zhǔn)度的時(shí)間，並自行於適當(dāng)校時(shí)週期主動(dòng)向上一階層伺服器發(fā)出校時(shí)請(qǐng)求。為了時(shí)間同步的穩(wěn)健性，最好有三條以上的同步路徑。每條路徑的時(shí)鐘過濾器會(huì)從最近幾次的時(shí)鐘偏差值中挑選出最佳者作為輸出。時(shí)鐘選擇器會(huì)估算各同步路徑的同步成本，封包往返時(shí)間延遲是主要參數(shù)，延遲愈大者成本就愈高，成本較低的時(shí)鐘偏差值才會(huì)被選取。時(shí)鐘合成器則將各時(shí)鐘偏差值加權(quán)合成後送往鎖相迴路以調(diào)整NTP伺服器本身的時(shí)鐘。 

1.      時(shí)鐘過濾器模組 
時(shí)鐘偏差就是本地電腦時(shí)鐘所需調(diào)整的數(shù)量估計(jì)值。客戶端校時(shí)程式(SNTP; Simple Network Time Protocol)就是直接使用這個(gè)估計(jì)值來調(diào)整本地電腦時(shí)鐘；而伺服器程式(NTP; Network Time Protocol)則是由時(shí)鐘過濾器模組從最近8個(gè)時(shí)鐘偏差估計(jì)值中選出最佳者，以作為時(shí)鐘選擇器模組的輸入。

2.      時(shí)鐘選擇器模組 
同步成本(Synchronization Distance,Λ)是總誤差項(xiàng)(E)和總網(wǎng)路延遲項(xiàng)(Δ)之函數(shù)，關(guān)係式為 Λ = Ε+Δ/2 ，Ε 和 Δ 均為自第一階伺服器開起，逐階累加直到本地電腦為止。時(shí)鐘選擇器模組的評(píng)比依據(jù)為取 W = STRATUM_NO * MAXDISP +Λ 較小者。STRATUM_NO是循同步路徑，位於本地電腦上面一階伺服器的階層數(shù)，MAXDISP的值一般為16。在此可指出的特性如下：(1) 當(dāng)各同步路徑的同步成本相當(dāng)時(shí)，則階層數(shù)較小(例如第一階)的伺服器會(huì)被選取。(2) 當(dāng)各同步路徑上的伺服器階數(shù)相同時(shí)(例如都是第一階)，因?yàn)楸镜鼐W(wǎng)路上的同步成本很可能比遠(yuǎn)處網(wǎng)路者低甚多，所以遠(yuǎn)處網(wǎng)路上的伺服器可能被捨棄。一般而言，在臺(tái)灣地區(qū)，同時(shí)指定位於本實(shí)驗(yàn)室以及位於美國或歐洲的第一階NTP伺服器，評(píng)比的結(jié)果會(huì)非常傾向於選擇本實(shí)驗(yàn)室的伺服器。另一方面，由於NTP封包採用UDP/IP協(xié)議(時(shí)間封包是即時(shí)資料，不得重送)，若指定的伺服器遠(yuǎn)在美洲或歐洲，NTP封包常常在網(wǎng)路往返途中就逾齡死亡，無法達(dá)成NTP時(shí)間同步目的。
時(shí)鐘選擇器模組的評(píng)比功能，使得能選取性能較好且距離較近的伺服器。因?yàn)椴皇菕裼枚鄶?shù)決方式，即使性能差的時(shí)鐘數(shù)量較多，也不會(huì)誤選。

3.時(shí)鐘合成器模組 
時(shí)鐘選擇器模組可能產(chǎn)生一個(gè)以上的輸出。如果有多個(gè)輸出值，時(shí)鐘合成器模組就以 1/W 為權(quán)值，將 Θ 予以加權(quán)平均。即W愈大者，其Θ之貢獻(xiàn)愈小。最後的合成時(shí)鐘偏差值 Θ 即可用來調(diào)整本地電腦的時(shí)鐘。

4.NTP伺服器電腦時(shí)鐘調(diào)整 
以時(shí)鐘偏差值調(diào)整本地電腦時(shí)鐘可有兩種方式，即一次式調(diào)整(Step Phase Adjustment)和逐漸式調(diào)整(Gradual Phase Adjustment)。一次式調(diào)整法是直接將時(shí)鐘偏差值加到本地電腦時(shí)鐘上，雖然能快速達(dá)到時(shí)間同步目的，但會(huì)引起 Jitter 副作用。逐漸式調(diào)整法用鎖相迴路原理間接而緩慢地調(diào)整本地電腦時(shí)鐘，以避免引起 Jitter。雖達(dá)到時(shí)間同步較耗時(shí)，卻是較好的時(shí)鐘調(diào)整方式。NTP伺服器採用那種時(shí)鐘調(diào)整法需視作業(yè)系統(tǒng)而定。在Windows NT環(huán)境下，因不提供 adjust time 功能，只能採用一次式調(diào)整法。就安裝Windows NT的IBM相容個(gè)人電腦而言，於NTP伺服器啟動(dòng)後十分鐘內(nèi)可達(dá)到時(shí)間同步。Unix OS 環(huán)境下有 adjust time 功能，採用逐漸式調(diào)整法，達(dá)到時(shí)間同步的經(jīng)歷時(shí)間視機(jī)器不同而不同，約十幾分鐘到幾十分鐘。 
詳細(xì)資料可參考 
RFC 1305：Network Time Protocol
RFC 2030：Simple Network Time Protocol