1、NTP/SNTP-网络时钟同步协议,NTP-网络时钟同步协议,概述NTP/SNTP简介NTP工作原理NTP报文格式NTP协议算法NTP工作模式NTP应用建议IEEE 1588原理,概述,随着信息技术的快速发展，在许多要求实时性的应用场合，通信系统必须保证传输实时性的确定性、精确性、稳定性。网络时间协议(network timeprotocol，NTP)由美国德拉瓦大学的David L Mills教授于1985年提出，是用于设计使Internet上的计算机保持时间同步的一种通信协议。,概述,网络时间协议可以估算出数据包在Internet上的往返延迟，并可独立地估算计算机时钟偏差。在大多数的环境中
2、，NTP可以提供l50 ms的可靠时间源。在实际很多应用中，秒级的精确度就足够了。在这种情况下，简单网络时间协议(simple network time protocol，SNTP)出现了，它通过简化原来的访问协议，在保证时间精确度的前提下，使得对网络时间的开发和应用变得容易。,NTP 简介,由RFC1305 定义的时间同步协议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 报文传输，端口号为123采用分层的方法来定义时钟的准确度支持访问控制和MD5加密验证可以采用单播、组播或广播方式发送协议报文,NTP 简介,简单网络时间协议（SNTP）由RFC1769文档定义。SNTP 能够
3、与NTP 协议具有互操作性，即SNTP 客户可以与NTP服务器协同工作，同样NTP 客户也可以接收SNTP 服务器发出的授时信息。这是因为NTP 和SNTP 的数据包格式是一样的，计算客户时间、时间偏差以及包往返时延的算法也是一样的。因此NTP 和SNTP 实际上是无法分割的。,NTP 简介,时钟层的概念：时钟的层数决定了时钟的准确度，其取值范围为015。参考时钟的层数取值范围为015，准确度从0到15依次递减。层数为0的时钟处于子网特殊位置，是基准时间参考源，目前普遍采用GPS的UTC时间源。,NTP 工作原理,NTP主要通过交换时间服务器和客户端的时间戳，计算出客户端相对于服务器的时延和偏
4、差，从而实现时间的同步。假设交换机A和交换机B通过以太网端口相连，B做为NTP服务器。同步之前A的时钟设定为10:00:00，B的时钟设定为11:00:00。数据包在A和B之间单向传输所需要的时间为1 秒。,NTP 工作原理,NTP工作原理图,NTP 工作原理,NTP工作原理图,NTP 工作原理,client,server,T1,T2,T3,T4,T1+t,T3-t,d/2,d/2,时间序列图,双向时延：d=（T4-T1）-（T3-T2）A相对B的时间差：offset=（T2-T1）+（T3-T4）/2如果往返的传输时间相等，根据四个时刻可以求得时钟偏差和传输时间,NTP 报文格式,Strat
5、,Poll,LI,Mode,VN,NTP v3 and v4,Root Delay,Root Dispersion,Reference Identifier,Reference Timestamp(64),Originate Timestamp(64),Receive Timestamp(64),Transmit Timestamp(64),Message Hash(64 or 128),Seconds(32),Fraction(32),NTP 时间戳(64 bits),Authenticator字段可选，用来存放认证密钥或加密码,Key/Algorithm Identifier(32),Cr
6、yptosum,Authenticator(Optional),Extension Field 1(optional),Extension Field 2(optional),NTP v4 only,Prec,Extension Field(填充至 32-bit),Field Length,Field Type,NTPv4 Extension Field,最后一个扩展域（field）填充至 64-bit,authentication only,0 2 5 8 16 24 32,LI：闰秒标示器VN：版本号Mode：工作模式Stratum：时钟层Poll：测试间隔Prec：本地时钟精度,Root
7、 Delay：根时延Root Dispersion：根时误差Reference Identifier：参考时钟标识,NTP 协议算法,时间滤波算法时间选择算法聚类算法时钟调节算法这些算法并不是NTP协议的固有部分，但是NTP的实现却有赖于这些算法。,NTP 工作模式,根据网络结构和交换机在以太网中的位置，交换机共有4种NTP工作模式进行时间同步。1.服务器/客户端模式（server/client）2.对等体模式（symmetric active/symmetric passive）3.广播模式（broadcast server/broadcast client）4.组播模式（multicast
8、 server/muticast client）,NTP 工作模式,1.服务器/客户端模式,NTP 工作模式,2.对等体模式,NTP 工作模式,3.广播模式,NTP 工作模式,4.组播模式,NTP 应用建议,尽量在本地局域网部署SNTP服务器，Internet上公用的SNTP服务器时延具有不确定性，会对授时精度产生影响。客户端授时请求要大于1min，以免SNTP服务器负担过重，无法及时响应。高可靠性系统中，最好配置多台SNTP服务器，利用DNS实现负载均衡。客户端应能够识别服务器故障，一旦发现故障，应丢弃时间戳，转向其他服务器请求授时。,附：NTP/SNTP与IEEE 1588对比,NTP/S
9、NTP授时精度不高的原因（=1ms）,网络路径时间,写入/读取时间戳,报文编码,报文解码,不确定,不确定,不确定,三个环节都具有不确定性，d1与d2不相等，偏差大,在高层（应用层）打时间戳，传输时间包含三个环节,附：NTP/SNTP与IEEE 1588对比,举例说明,网络路径时间,主时钟,从时钟,3,4,5,2,1,4,d1=8,d2=11,IEEE 1588时钟同步（PTP）,IEEE1588 协议是专门针对网络测控系统等工业以太网提出的精确时钟同步协议，它非常适合变电站内工业以太网的应用要求，加以硬件辅助就能达到s级的同步精度。1588协议的核心思想是网络中最精确的时钟（主时钟）以基于包交
10、换的方式同步所有其它时钟（从时钟）。,IEEE 1588时钟同步原理,在底层（物理层）打时间戳，避免了报文处理时间的不确定性,主时钟,从时钟,T1,d1,T2,得知T1,T3,跟随报文含T1时刻,得知T4,d2,T4,物理层,物理层,T1,T2,T4,T3,时间戳获取的位置,答复报文含T4时刻,T0,主时钟,从时钟,同步报文,延时请求报文,延时应答报文,IEEE 1588时钟同步原理,主时钟,从时钟,交换机,以此类推，可以精确计算每一段传输路径的延时,交换机和主时钟发送报文计算主时钟到交换机的传输时间,IEEE 1588时钟同步原理,主时钟,从时钟,交换机,交换机可记录“同步报文”在交换机内的驻留时间（t3-t2）,IEEE 1588时钟同步精度与可靠性,典型同步精度：100ns最佳主时钟选择机制：自动选择第二主时钟（容错性强）时钟同步精度高，可利用已有的通信网络在物理层打时间戳需要专用的硬件，价格昂贵IEEE PSRC H7工作组，正制定1588在电力系统中应用的标准（2010年），是今后的发展趋势,谢谢,
