NTP网络校时服务详解

地球分为东西十二个区域，共计 24 个时区，以格林威治作为全球标准时间（即GMT 时间，0时区)，东部时区以格林威治时区进行加法，而西时区则以格林威治时间作减法。但地球的轨道并非正圆，在加上自转速度逐年递减，时间会有误差。在计算时间的时，最准确是使用“原子震荡周期”所计算的物理时钟。这种时钟被称为标准时间，即UTC时间（Coordinated Universal Time）。UTC 的准确性毋庸置疑，美国的 NIST F-1 原子钟 2000 年才将产生 1 秒误差。

实际生产生活中，使用原子时钟这种准确的计时似乎缺少必要性，我们更多关注的是参与活动的各个个体在相同的时间环境下对话。例如，当我们说明天早上8:00开会的时候，我们并不在乎原子时钟真实的计时情况，只要参会的所有个体对“明天早上8:00”这个时间具有相同的认知即可。这里时间同步是个非常重要的概念，如果某位同仁手表慢了半小时，那它对“早上8:00”的理解就比其他人要慢半小时，最终会导致ta开会迟到。同样的道理，我们在影视剧中经常能看到特种作战小组在执行特别任务前一般都要先完成组员之间的时间同步，避免组员之间在时间上的认知差异给任务带来不必要的麻烦，甚至危及生命。

NTP（Network Time Protocol，网络时间协议）是由RFC 1305定义的时间同步协议，用于分布式设备（比如电脑、手机、智能手表等）进行时间同步，避免人工校时的繁琐和由此引入的误差，方便快捷地实现多设备时间同步。 NTP校时服务基于UDP传输协议进行报文传输，工作端口默认为123/udp 。

NTP的实现过程如图所示，假如设备A和设备B本地时间存在差异（设备A早上10点，设备B早上11点），现在设备A欲通过NTP和设备B在时间上保持同步：

这样可以轻松计算出来：

现假设设备A和设备B之间的时间差位 ，易得：

通过上式计算出
设备A就能根据 调整本地时间，实现和设备B的时间同步。

NTP的目的是在一个同步子网中，通过NTP协议将主时间服务器的时钟信息传送到其他二级时间服务器，实现二级时间服务器和主时间服务器的时钟同步。这些服务器按层级关系连接，每一级称为一个层数（stratum），如主时间服务器层数为 stratum 1，二级时间服务器层数为 stratum 2，以此类推。时钟层数越大，准确性越低。
注意：准确性指相对于主时间服务器而言。

在NTP网络结构中，有以下几个概念：

在正常情况下，同步子网中的主时间服务器和二级时间服务器呈现出一种分层主从结构。在这种分层结构中，主时间服务器位于根部，二级时间服务器向叶子节点靠近，层数递增，准确性递减，降低的程度取决于网络路径和本地时钟的稳定性。

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。

时钟同步报文封装在UDP报文中，其格式如图所示：

各主要字段解释如下：

其中，NTP发送和接收的报文数据包类似，通常只需要前48个字节就能进行授时和校时服务。下面分别是抓包获取的NTP请求数据包和回复数据包示例（仅前48个字节）：

收到数据包后，接收端本地再产生一个时间戳( )。
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。

设备可以采用多种NTP工作模式进行时间同步：

单播C/S模式运行在同步子网层数较高的层级上，客户端需要预先知道时间服务器IP或域名并定期向服务器发送时间同步请求报文，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。客户端不管服务器端是否可达，也不管服务器端所在的层数。在这种模式下，客户端会同步到服务器，但不会修改服务器的时钟。服务器则在客户端发送请求之间无需保留任何状态信息。客户端根据本地情况自由管理发送报文的时间间隔。

对等体模式运行在同步子网较低层级上，主动对等体和被动对等体实现时钟相互同步。这里有两个概念：主动对等体和被动对等体。

如上图所示，对等体模式工作步骤如下：
1主动对等体和被动对等体首先交互Mode字段为3（客户端模式）和4（服务器模式）的NTP报文，这一步主要是获得通信时延。

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。

注意：对等体模式不需要用户手动设置，设备依据收到的NTP报文自动建立连接并设置状态变量。

广播模式应用在多台工作站和不需要很高精度的高速网络中。主要工作流程如图所示：

注意：在广播模式下，服务端只负责向外广播时钟信息，自身时钟不受客户端影响。

组播模式适用于有大量客户端分布在网络中的情况。通过在网络中使用 NTP 组播模式， NTP 服务器发送的组播消息包可以到达网络中所有的客户端，从而降低由于 NTP 报文过多而给网络造成的压力。主要工作流程如下：

注意：组播模式和广播模式类似，只是它是向特定的组播地址发送时钟同步广播报文。在组播模式下，服务端只负责向外广播时钟信息，自身时钟不受客户端影响。

多播模式适用于服务器分布分散的网络中。客户端可以发现与之最近的多播服务器，并进行同步。多播模式适用于服务器不稳定的组网环境中，服务器的变动不会导致整网中的客户端重新进行配置。其工作流程如下：

注意：为了防止多播模式下，客户端不断的向多播服务器发送 NTP 请求报文增加设备的负担，协议规定了最小连接数的概念。多播模式下，客户端每次和服务器时钟同步后，都会记录下此次同步过中建立的连接数，将调用最少连接的数量被称为最小连接数。以后当客户端调动的连接数达到了最小连接数且完成了同步，客户端就认为同步完成；同步完成后每过一个超时周期，客户端都会传送一个报文，用于保持连接。同时，为了防止客户端无法同步到服务器，协议规定客户端每发送一个 NTP 报文，都会将报文的生存时间 TTL（Time To Live）进行累加（初始为 1），直到达到最小连接数，或者 TTL 值达到上限（上限值为 255）。若 TTL 达到上限，或者达到最小连接数，而客户端调动的连接数仍不能完成同步过程，则客户端将停止一个超时周期的数据传输以清除所有连接，然后重复上述过程。

下面补充一些常用的NTP时钟服务器：

更多NTP授时服务器请查看：

假设你比较喜欢清华的服务并打算将 ntptunatsinghuaeducn 作为你的授时服务器。下面将简单介绍不同的 *** 作系统该如何 *** 作使得设备能够使用此服务器同步时间。

本部分以主流Windows 10 系统为例演示如何使用NTP服务同步系统时间。

来将此服务器设置为个人选择的时间服务器。

Linux发行版有两个主流程序支持ntp协议：ntpd和chrony。
具体使用和配置参考各自文档： ntpd doc 和 chrony doc

在“系统配置 > 日期与时间 > 自动设置日期与时间”一栏，填入 ntptunatsinghuaeducn 。

官网已经提供了具体的安装指导，下面仅仅是简单的翻译了一下（安装的 *** 作系统：Win10_lstc_2019_x64）：

不用修改，关闭txt即可

注意：修改了ntpconf文件以后需要重启ntp服务，才能生效。

NTP服务启动后需要几分钟左右的时间才会对外提供服务。

1默认权限设定

restrict default noquery nopeer nomodify notrap

restrict -6 default noquery nopeer nomodify notrap

2本地信任

restrict 127001
restrict -6 ::1

3授权远程服务权限

restrict [ 客户端IP ] mask [ IP掩码 ] [参数 ]

restrict 19216801 mask 2552552550 noquery nomodify

19216801-1921680255 这个网段的IP，都可以对时。单个IP只需要mask 255255255255即可，19216801是网关地址。2552552550是子网掩码。

经过实验发现：

4上层授时服务器

server host [ key n ] [ version n ] [ prefer ] [ mode n ] [ minpoll n ] [ maxpoll n ] [ iburst ]

server IP1/Domain Name1 iburst minpoll 4 maxpoll 6 prefer
server IP2/Domain Name2

NTP消息的最大轮询间隔默认为10(1024秒=17分钟)，可以通过maxpoll增加到17(364小时)的上限。最小轮询间隔默认为6(64秒)，但可以通过minpoll降低到4(16秒的)下限。

server 1202511520 prefer minpoll 4 maxpoll 6 iburst

5本地时钟源

server 12712710
fudge 12712710 stratum 12

当没有时间同步来源的时候以自身的硬件时钟为准，这里的stratum是代表层级，创建时默认是12，0-15层。

ntpd 对下层 client 来说是 service server，对于上层 server 来说它是 client，也就是说新版的 NTP 服务程序已经不对服务端和客户端进行区分了，统一叫做 ntpd。ntpd 根据配置文件的参数决定是要为其他服务器提供时钟服务或者是从其他服务器同步时钟。

所以只需要将本机的stratum设置成server数+1即可。

6其他

driftfile "C:\NTP\etc\ntpdrift"

用于记录主机在与上层授时服务器之间沟通时所花费的时间

ntpd 服务并不是在任何情况下都会进行同步的。当时钟服务器时间和本地时间相差大于1024s 时，ntp 服务就会认为是人为调整了时钟或出现了硬件故障，例如 CMOS 电池损坏等。此时，NTP服务就会退出，需要人工使用 ntpdate进行时钟同步。

采用 -g 选项可以让 ntpd 忽略 1000s 或更大误差

7本地防护墙

ntp服务器默认UDP协议，123端口，需要在入站防火墙上进行端口UDP协议123的允许访问即可。

ntpq -p 列出本机与所有的server的状态

需要以管理员启动才能执行 start,restart,stop *** 作。

Allow initial big time step：大于1024秒，作为客户端是否还同步NTP的时间。 不建议勾上 ，作为对外授时的服务器，使用来自上层授时服务器的时间，如果时间与上层时间超过了1024秒，还是需要人员手动检查。

Set multimedia timer to highest resolution：多媒体定时器优化，使其最优能提供1ms延迟

Restart NTP service if stopped：如果NTP服务挂了是否自动重启。守护进程

本次安装的版本是“NetTimeSetup-320a3_NTP客户端”，安装步骤较简单，省略。

每次设置完，点击一次Update Now 确认运行状态

二、配置ntp服务器端
restrict 0000 mask 0000 nomodify notrap noquery
restrict 1921681660 mask 2552552550 nomodify
restrict 127001
server 2107214544 prefer
server 12712710
fudge 12712710 stratum 8
driftfile /var/lib/ntp/drift
keys /etc/ntp/keys
说明：关于权限设定部分
权限的设定主要以 restrict 这个参数来设定，主要的语法为：
restrict IP地址 mask 子网掩码 参数
其中 IP 可以是IP地址，也可以是 default ，default 就是指所有的IP
参数有以下几个：
ignore　：关闭所有的 NTP 联机服务
nomodify：客户端不能更改服务端的时间参数，但是客户端可以通过服务端进行网络校时。
notrust ：客户端除非通过认证，否则该客户端来源将被视为不信任子网
noquery ：不提供客户端的时间查询
注意：如果参数没有设定，那就表示该 IP (或子网)没有任何限制！
三、查看NTP服务的运行状况
#watch ntpq -p
参数说明：
remote: 它指的就是本地机器所连接的远程NTP服务器
refid: 它指的是给远程服务器(eg 1936019975)提供时间同步的服务器
st: 远程服务器的层级别（stratum） 由于NTP是层型结构,有顶端的服务器,多层的Relay Server再到客户端 所以服务器从高到低级别可以设定为1-16 为了减缓负荷和网络堵塞,原则上应该避免直接连接到级别为1的服务器的
t: 这个我也不知道啥意思^_^
when: 我个人把它理解为一个计时器用来告诉我们还有多久本地机器就需要和远程服务器进行一次时间同步
poll: 本地机和远程服务器多少时间进行一次同步(单位为秒) 在一开始运行NTP的时候这个poll值会比较小,那样和服务器同步的频率也就增加了,可以尽快调整到正确的时间范围之后poll值会逐渐增大,同步的频率也就会相应减小
reach: 这是一个八进制值,用来测试能否和服务器连接每成功连接一次它的值就会增加
delay: 从本地机发送同步要求到服务器的round trip time
offset: 这是个最关键的值, 它告诉了我们本地机和服务器之间的时间差别 offset越接近于0,我们就和服务器的时间越接近
jitter: 这是一个用来做统计的值 它统计了在特定个连续的连接数里offset的分布情况 简单地说这个数值的绝对值越小我们和服务器的时间就越精确
四、客户端配置
ntpdate 192168166100
LINUX做为客户端自动同步时间
如果想定时进行时间校准，可以使用crond服务来定时执行。
编辑 /etc/crontab 文件
加入下面一行：
30 8 root /usr/sbin/ntpdate 192168166100; /sbin/hwclock -w #19216801是NTP服务器的IP地址
然后重启crond服务
service crond restart
这样，每天 8:30 Linux 系统就会自动的进行网络时间校准。
WINDOWS 需要打开windows time服务和RPC的二个服务
如果在打开windows time 服务，时报 错误1058，进行下面 *** 作
1运行 cmd 进入命令行，然后键入
w32tm /register 进行注册
正确的响应为：W32Time 成功注册。
2如果上一步正确，用 net start "windows time" 或 net start w32time 启动服务。
五、报错说明
当用ntpdate -d 来查询时会发现导致 no server suitable for synchronization found 的错误的信息有以下2个：
错误1Server dropped: Strata too high
在ntp客户端运行ntpdate serverIP，出现no server suitable for synchronization found的错误。
在ntp客户端用ntpdate –d serverIP查看，发现有“Server dropped: strata too high”的错误，并且显示“stratum 16”。而正常情况下stratum这个值得范围是“0~15”。
这是因为NTP server还没有和其自身或者它的server同步上。
以下的定义是让NTP Server和其自身保持同步，如果在/ntpconf中定义的server都不可用时，将使用local时间作为ntp服务提供给ntp客户端。
server 12712710 fudge
12712710 stratum 8
在ntp server上重新启动ntp服务后，ntp server自身或者与其server的同步的需要一个时间段，这个过程可能是5分钟，在这个时间之内在客户端运行ntpdate命令时会产生no server suitable for synchronization found的错误。
那么如何知道何时ntp server完成了和自身同步的过程呢？
在ntp server上使用命令：
# watch ntpq -p
出现画面：
Every 20s: ntpq -p Thu Jul 10 02:28:32 2008
remote refid st t when poll reach delay offset jitter
==============================================================================
1921683022 LOCAL(0) 8 u 22 64 1 2113 179133 0001
LOCAL(0) LOCAL(0) 10 l 21 64 1 0000 0000 0001
注意LOCAL的这个就是与自身同步的ntp server。
注意reach这个值，在启动ntp server服务后，这个值就从0开始不断增加，当增加到17的时候，从0到17是5次的变更，每一次是poll的值的秒数，是64秒5=320秒的时间。
如果之后从ntp客户端同步ntp server还失败的话，用ntpdate –d来查询详细错误信息，再做判断。
错误2Server dropped: no data
从客户端执行netdate –d时有错误信息如下：
transmit(1921683022)
transmit(1921683022)
transmit(1921683022)
transmit(1921683022)
transmit(1921683022)
1921683022: Server dropped: no data
server 1921683022, port 123

28 Jul 17:42:24 ntpdate[14148]: no server suitable for synchronization found
出现这个问题的原因可能有2：
1检查ntp的版本，如果你使用的是ntp42（包括42）之后的版本，在restrict的定义中使用了notrust的话，会导致以上错误。
使用以下命令检查ntp的版本：
# ntpq -c version
下面是来自ntp官方网站的说明：
The behavior of notrust changed between versions 41 and 42
In 41 (and earlier) notrust meant "Don't trust this host/subnet for time"
In 42 (and later) notrust means "Ignore all NTP packets that are not cryptographically authenticated" This forces remote time servers to authenticate themselves to your (client) ntpd
解决：
把notrust去掉。
2检查ntp server的防火墙。可能是server的防火墙屏蔽了upd 123端口。
可以用命令
#iptables INPUT -p udp -m udp --dport 123 -j ACCEPT
如果觉得麻烦就直接把防火墙停掉
#service iptables stop
来关掉iptables服务后再尝试从ntp客户端的同步，如果成功，证明是防火墙的问题，需要更改iptables的设置。

1、“Windows 时间”系统服务维护网络上所有基于 Windows XP 和 Windows Server 2003 的计算机上的日期和时间同步。
2、此服务使用网络时间协议 (NTP) 使计算机时钟同步，以便为网络验证和资源访问请求分配准确的时钟值或时间戳。
3、NTP 的实现和时间提供程序的集成帮助 Windows Time 成为您企业的可靠、灵活的时间服务。
4、对于没有加入域的计算机，可以配置 Windows 时间以使时间与外部时间源同步。
5、如果关闭此服务，则本地计算机的时间设置将不能与 Windows 域中的时间服务或外部配置的时间服务同步。
6、Windows Server 2003 使用 NTP。NTP 运行于 UDP 端口 123 上。此服务的 Windows 2000 版本使用简单网络时间协议 (SNTP)。
7、SNTP 也运行于 UDP 端口 123 上。
8、 系统服务名称：W32Time 应用程序协议 协议 端口 NTP TCP 123。

只是从网上整理了一下文档，还没有实践。感觉整理的还不错。

GMT时间是以太阳通过格林威治的那一刻来作为计时的标准，地球共有24 个时区，而以格林威治时间(GMT) 为标准时间，台湾本地时间为GMT + 8 小时。不准确，但是方便记忆与理解。
UTC时间是使用『原子震荡周期』所计算的物理时钟。最准确。
两个时间计时的方式不同，GMT与UTC时间有差不多16分钟的误差！

因为时区资料档在/usr/share/zoneinfo 内，在该目录内会找到/usr/share/zoneinfo/America/New_York 这个时区档。而时区设定档在/etc/sysconfig/clock ，且目前的时间格式在/etc/localtime ，所以你应该这样做：

其中parameter 的参数主要有底下这些：

那如果你没有在parameter的地方加上任何参数的话，这表示『该IP或网段不受任何限制』的意思喔！一般来说，我们可以先关闭NTP的使用权限，然后再一个一个的启用允许登入的网段。

常见的配置如下:

常见的配置如下：

因为预设的NTP Server 本身的时间计算是依据BIOS 的晶片震荡周期频率来计算的，但是这个数值与上层 Time Server 不见得会一致。所以NTP 这个daemon (ntpd) 会自动的去计算我们自己主机的频率与上层 Time server的频率，并且将两个频率的误差记录下来，记录下来的档案就是在driftfile 后面接的完整档名当中了！
关于档名你必须要知道：

driftfile 后面接的档案会被ntpd 自动更新，所以他的权限一定要能够让ntpd 写入才行。在CentOS 6x 预设的NTP 伺服器中，使用的ntpd 的owner 是ntp ，这部份可以查阅/etc/sysconfig/ntpd 就可以知道啦！

常见的配置如下：

除了以restrict 来限制用户端的连线之外，我们也可以透过金钥系统来给用户端认证， 如此一来可以让主机端更放心了。可以参考ntp-keygen 这个指令的相关说明。

ntp这个daemon是以port 123为连结的端口(使用UDP封包)

设定完ntpconf 之后就可以启动ntp 服务器了。启动与观察的方式如下：

这样就表示我们的NTP伺服器已经启动了，不过要与上层NTP服务器连线则还需要一些时间， 通常启动NTP后约在15分钟内才会和上层NTP伺服器顺利连接上。

请自行等待数分钟后再以下列指令查阅：

这个指令可以列出我们的NTP 服务器有跟上层连线否。由上述的输出结果可以知道，时间有校正约 538 10^(-3) 秒（538ms），且每隔128 秒会主动去更新时间！

这个ntpq -p 可以列出目前我们的NTP 与相关的上层NTP 的状态，上头的几个栏位的意义为：

差异都在0001 秒以内， 可以符合我们的一般使用了。另外，你也可以检查一下你的BIOS 时间与Linux 系统时间的差异， 就是/var/lib/ntp/drift 这个档案的内容，就能了解到咱们的Linux 系统时间与BIOS 硬体时钟到底差多久。

ntpdate这个方式仅适合不要启动NTP 的情况。如果你的机器数量太多了，那么用户端最好也启动一下NTP 服务。通过NTP 去主动的更新时间。

然后取消掉crontab 的更新程序，这样你的client 电脑就会主动的到NTP 伺服器去更新。

安装NTP服务可以说很容易，几个要点搞定就成。下面是我装NTP服务器的记录。
一、首先当然是惯例更新

然后修改下配置文件。
这里我们建议去找最近的ntp公共服务器，访问站点 >