網絡時間協議NTP（Network Time Protocol）是TCP/IP協議族里面的一個應用層協議。NTP用于在一系列分布式時間服務器與客戶端之間同步時鐘。

隨著網絡拓撲的日益復雜，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主要應用于網絡中所有設備時鐘需要保持一致的場合，比如：
?網絡管理：對從不同路由器采集來的日志信息、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復雜事件：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

設定參數及同步方式
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。
?這里描述的原理是在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。

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系統時鐘的同步流程
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服務器處理之后，于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。

NTP客戶端與NTP服務器之間的時間差
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。由于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。
Delay = [ ( T4 - T1 ) - ( T3 – T2 ) ] / 2
2.計算NTP客戶端與NTP服務器之間的時間差Offset。
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。那么時間差Offset可由以下公式進行計算：
T4 + Offset = T3 + Delay
公式整理之后，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。

NTP網絡結構

名稱概念
在NTP的網絡結構中，主要存在如下概念：
?同步子網：如圖所示，由主時間服務器、二級時間服務器、PC客戶端和它們之間互連的傳輸路徑組成同步子網。
?主時間服務器：通過線纜或無線電直接同步到標準參考時鐘，標準參考時鐘通常是Radio Clock或衛星定位系統等。
?二級時間服務器：通過網絡中的主時間服務器或者其他二級服務器取得同步。二級時間服務器通過NTP將時間信息傳送到局域網內部的其它主機。
?層數（stratum）：層數是對時鐘同步情況的一個分級標準，代表了一個時鐘的精確度，取值范圍1～15，數值越小，精確度越高。1表示時鐘精確度最高，15表示未同步。

設計目的
在正常情況下，同步子網中的主時間服務器和二級時間服務器呈現出一種分層主從結構。在這種分層結構中，主時間服務器位于根部，二級時間服務器向葉子節點靠近，層數遞增，準確性遞減，降低的程度取決于網絡路徑和本地時鐘的穩定性。
如此設計的目的是：
?當一臺或多臺主/二級時間服務器或它們之間的網絡路徑發生故障時，同步子網的主從分層結構將自動發生重構以獲得最精確和最可靠的時間。
?當同步子網中正常使用的主時間服務器都失效，備用的主時間服務器將繼續運行。
當子網中所有的主時間服務器都失效時，其它二級時間服務器將在它們內部達到同步。此時，這些二級時間服務器將脫離同步子網，自動運行在它們最后一次確定的時間和頻率。由于這些路由器計算精度很高，所以當一臺具有比較穩定的振蕩器的路由器長時間脫離子網時，它的計時誤差可以保持在一天不大于幾毫秒。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的网络时间协议NTP的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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