NTP簡介

定義

網絡時間協議NTP（Network Time Protocol）是TCP/IP協議族裡面的一個應用層協議。NTP用於在一系列分佈式時間服務器與客戶端之間同步時鐘。NTP的實現基於IP和UDP。NTP報文通過UDP傳輸，端口號是123。

目的

隨著網絡拓撲的日益複雜，整個網絡內設備的時鐘同步將變得十分重要。如果依靠管理員手工修改系統時鐘，不僅工作量巨大，而且時鐘的準確性也無法得到保證。NTP的出現就是為了解決網絡內設備系統時鐘的同步問題。

NTP主要應用於網絡中所有設備時鐘需要保持一致的場合，比如：

• 網絡管理：對從不同路由器採集來的日誌信息、調試信息進行分析時，需要以時間作為參照依據。
• 計費系統：要求所有設備的時鐘保持一致。
• 多個系統協同處理同一個複雜事件：為保證正確的執行順序，多個系統必須參考同一時鐘。
• 備份服務器和客戶機之間進行增量備份：要求備份服務器和所有客戶機之間的時鐘同步。
• 系統時間：某些應用程序需要知道用戶登錄系統的時間以及文件修改的時間。

NTP基本原理

如圖所示，NTP客戶端和NTP服務器相連，它們都有自己獨立的系統時鐘，現在通過NTP實現系統時鐘自動同步。

設定參數及同步方式如下：

• 在NTP客戶端和NTP服務器的系統時鐘同步之前，NTP客戶端的時鐘設定為Ta，NTP服務器的時鐘設定為Tb。
• NTP服務器作為NTP時間服務器，NTP客戶端的時鐘要與NTP服務器的時鐘進行同步。
• 這裡描述的原理是在NTP客戶端和NTP服務器的系統時鐘精度為0，即完全精確的場景下進行的。

圖 NTP實現圖

系統時鐘的同步流程如下：

1. NTP客戶端在T1時刻發送一個NTP請求報文給NTP服務器，該請求報文攜帶離開NTP客戶端時的時間戳T1。
2. NTP請求報文到達NTP服務器，此時NTP服務器的時刻為T2。NTP服務器處理之後，於T3時刻發出NTP應答報文。該應答報文中攜帶離開NTP客戶端時的時間戳T1、到達NTP服務器時的時間戳T2、離開NTP服務器時的時間戳T3。
3. NTP客戶端在T4時刻接收到該應答報文。

通過上面的NTP報文交互，NTP客戶端獲得4個時間參數，分別為T1、T2、T3、T4。由於NTP客戶端和NTP服務器的時鐘完全精確，我們可以通過以下公式計算出NTP客戶端與NTP服務器之間的時間差，也就是NTP客戶端需要調整的時間。

1. 計算NTP報文從NTP客戶端發送到NTP服務器所需要的時間Delay。
2. Delay = [ ( T4 - T1 ) - ( T3 – T2 ) ] / 2
3. 計算NTP客戶端與NTP服務器之間的時間差Offset。
4. 以T4時刻為例，在這個時刻點，NTP服務器發送過來的報文被NTP客戶端接收到時，服務器的時刻已經為T3 + Delay。那麼時間差Offset可由以下公式進行計算：
5. T4 + Offset = T3 + Delay
6. 公式整理之後，Offset = T3 + Delay – T4 = T3 + [ ( T4 - T1 ) - ( T3 – T2 ) ] / 2 – T4 = [ ( T2- T1 ) + ( T3 – T4 ) ] / 2。

NTP客戶端根據計算得到Offset來調整自己的時鐘，實現與NTP服務器的時鐘同步。

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