电信时间同步系统的设计与实现-硕士论文

。Y 9 5 0 3 4 8 学科门类王堂单位代码! ! ；2 3 密级 专J 名啷辔z 廖 工程硕士研究生学位论文 论文题目： 电信时间同步系统的 设计与实现 研究生鳌堡篁 妲量毒睁。隔唐宝民教授王峰高工 指导教师望圭竖竺坚三! 空 学科专业望堕皇笪：垦三堡 研究方向笪星垫查兰望堕堕坠 申请学位级别堡主 二oo 六年四月 直立竖盟厶坐王拦鳃噩嚣生堂位论塞摘要 摘要 随着电信市场竞争的加剧和用户对电信运营商服务质量要求的不断提高，各通 信企业都需要从提高核心竞争力、开发新业务等着手，为用户提供更优质的服务， 使自己在竞争中立于不败之地。目前，电信网络中有各种功能的子网，有传统的电 话网( P S T N ) 、智能网( r N ) 、数据通信网、多媒体通信网以及各种功能的支撑、管理 网络。各种网络所涉及到的计费、维护、安全及认证等信息都需要一个共同的标准 “时间”。 本文阐述了时间同步概念、网络授时协议以及电信运营商时间同步的现状，据 此提出了基于G P S 为时间源的时间同步系统，分析了N T P 协议对计算机设备校时 及M M L 指令对交换机设备校时原理，进行了系统的分析、方案选择和课题的具体 实现。 实际测试证明，系统可以在保证安全性的前提下，实现了浙江台州电信分公司 内的交换机设备、智能网设备的时间同步。最后，论文对课题的工作做了讨论和总 结，分析现有的不足，并提出了对系统发展的展望。 关键词：时间，同步，G P S ，N T P ，校时 直立塑由盔堂工捏硒硒宜生堂焦盈塞 揸噩 A b s t r a c t A st h ec o m p e t i t i o no ft e l e c o m m u n i c a t i o nm a r k e ti n t e n s i f i e da n d u s e r s 7 r e q u e s to fs e r v i c eq u a l i t yt ot e l e c o m m u n i c a t i o np r o v i d e ra s c e n t ， a l lt h ec o m m u n i c a t i o nc o m p a n ys h o u I dr a i s et h ec o r ec o m p e t i t i v e n e s s a n dd e v e l o pn e ws e r v i c ei n0 r d e rt Ow i ni nt h ec o m p e t i t i o n N o w a d a y s ， t h en e t w o r ks y s t e mo ft e l e c o m m u n i c a t i o nh a sk i n d so fS U b n e t s ，w h i c h h a v ed i f f e r e n tf u n c t i o n S u c ha st r a d i t i o n a J t e l e p h o n en e t w o r k ( P S T N ) ， I n t e l l i g e n tN e t w o r k ( I N ) ，D a t aC o m m u n i c a t i o nN e t w o r k ，M u l t i m e d i an e t a n dn e t w o r k su s e df o rs u p p o s i n ga n dm a n a g e m e n t T h ei n f o r m a t i O n0 f c h a r g e ，m a i n t e n a n c e ，s e c u r i t ya n da u t h e n t i c a t i o n ，w h i c ha r ec o n c e r n e d i nd i f f e r e n tn e t w o r k s ，n e e das h a r e ds t a n d a r d ，w h i c hi Sc a l l e d 、T i m e , I nt h i sa r t i c l e ，w et a l k e da b o u tt h ec o n c e p to ft i m es y n c h r o n i z a t i o n ， n e t w o r kt i m ep r o t o c o la n dt h ep r e s e n ts i t u a t i o no ft e l e c o m m u n i c a t i o n o p e r a t o r st i m es y n c h r O n i z a t i O n A b o v et h i sf o u n d a t i o n ，w ep r o p o s e da t i m es V n c h r O n i z a t i O ns y s t e mb a s e do nt a k i n gG P Sa st h et i m es o u r c e ， a n a l y z e dt h ep r i n c i p l eo fN T Pp r o t o c o lt i m i n gc o m p u t e re q u i p m e n ta n d t h e p r i n c i p l eo fM M Li n s t r u c t i o nt i m i n g t h es w i t c he q u i p m e n t ，w e s u c c e s s f u l l yf i n i s h e dt h et a s ko fs y s t e ma n a l y s i s ，p r o p o s a ls e l e c t i o na n d t h ea c c o m p l i s h m e n to ft h eS U b j e c t I ti sp r o v e db yt h ea c t u a lt e s tt h a tt h es y s t e mc o u l db r i n go u tt h e t i m es V n c h r O n I z a t i O no fs w i t c he q u i p m e n ta n dI Nn e t w o r ke q u i p m e n t ， u n d e rt h eg u a r a n t e eo fs e c u r ep r e m i s e W ed i ds u c hat e s ti nC h i n a T e l e c o mC o m p a n yo fT a i z h o u A tI a s t ，w em a d ead i s c u s s i o na b o u tt h e S U b j e c ta n dc a m et oac o n d u s i o n ；w ea l s oa n a l y z e dt h es h o r t c o m i n g so f t h es y s t e ma n dl o o k i n gf o r w a r dt oe x p e n d i n gt h es y s t e m K e y w o r d s ：T i m e ，S y n c h r o n i z a t i o n ，G P S ，N T P , T i m j n g I I 南京邮电大学学位论文独创性声明 Y9 5 0 3 4 8 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文巾作了 明确的说明并表示了谢意。 删粼：逊嗍型：圭! 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：整遵垒导师签名研究生签名：彗始堕导师签名 声必鼽型 直立邮当点堂王捏亟班盈生堂位：i 盒塞笙= 童缝谂 1 1 时间同步的概念 第一章绪论 在我们依赖文彳牛服务器、邮件服务器、互联网网关以及其它无数网络设备的背后，存在 一个基本的信任就是：网络里的计算机都有精确的时间。伴随着企业计算的引人注目的增长 以及真正类似U N I X 的多任务机制在P C 上实现，相应地，企业内产生了同步所有计算机I 作站的需求。 每周计算机时钟都会有几秒钟的漂移，包括复杂的基于U N I X 的工作站也是这样。因 此。任意两台计算机的时间差都可能达到几分钟甚至几个小时。看看你周围的计算机，假如 有两台计算机的时间是统一的、准确的时间，这将会是一件非常难得的事。 问题在于计算机只是机械的信任它处理的信息，就好像其它计算机知道准确的时间一样。 它们假设这是正确的，但是当假设错误时就会导致操作失败。 数据共享、分布式软件开发和安全是当今三个最常用的也是最容易遭受攻击的网络应用。 网络管理员需要精确的时间信息来进行网络操作，以确保这三种应用以及其它关键网络应用 的最佳性能。一台专门设计来在企业内部发布精确时间信息的时间服务器( N T PS e r v e r ) 在今天 的网络环境内成为一个基本组成部分。 1 2 网络授时协议和G P S 网络授时协议使得网络内的计算机有可能统- - N 准确的时间。N T P 是互联网T C P 1 P 协议 族的一部分，它把网络里的计算机时间同步到共同的时间源。在大的企业网内，有可能用到 不同级别的时间服务器0 N T P ) 来分发统一的时间。 有很多时间源可以来设置N T P 的时间，精度由低到高包括：拨号连接、无线电接收机、 互联网N T P 时间服务器州T P ) 以及G P S 卫星系统。互联网上有很多N T P 服务器，但是它们的 可靠性比较低，因为这取决于你的互联网连接的可靠性、本地网的流量以及N T P 服务器的可 靠性和负载情况。而且，因为互联网上的任何人都可以很容易的伪装个错误的时间，所以 直立蛆虫盔堂工程亟班置生堂垃论塞簋二童蟹监 安全性降低了。G P S 在世界任何地方都可以提供一个高可靠的时间标准给网络管理员，G P S 是设计来做导航和授时的，它由地球轨道上的带有原了钟的2 4 颗卫星组成。基于G P S 的时 间服务器( N T P ) 不但授时精度比互联网上的时间服务器( N T P ) 高，而且时间还可以连续不断的 更新，就是说G P S 时钟可以每秒更新时间服务器( N T P ) 的时间，而不需要周期性的发送请求 到其它时间服务器T P ) 请求时间，这只能在一个请求周期结束的时候才能更新本地时间服务 器( N T P ) 的时间。 另个网络授时的重要问题是时间源的冗余。这在网络分布比较广阔的环境下很必要， 比如分布在不同的建筑甚至在不同的大陆。数据流量很大的环境、从事重要任务的部门以及 具有可疑可靠性数据链的网络是另外一个问题，在这种场合冗余备份就更加重要。如果是在 这种情况下，需要好几个G P S 时间服务器( N T P ) 提供必要的冗余，以确保即使网络连接断了 也能使得所有的工作站保持时问同步。 1 3 分布式软件开发的时间同步 网络文件系统( N F S ) 是一个依赖时间的网络应用，它完全依赖各个工作站给服务器上的文 件提供时间戳。当一个文件被创建或者被修改了，终端工作站的时钟被作为时间戳加在文件 上。因此，如果客户端的时钟不同于服务器的时钟，则文件的时间戳将有不同。很多应用， 从磁盘备份到生成程序都使用时间戳来确定哪个文件是最新的。在这种情况下，错误的时间 戳意味着重大的文件损失，也就是工时和机时的损失。 计算机程序员经常需要“m a k e ”程序来编译代码生成软件应用程序， m a k e ”程序完全依赖 各个文件的时间戳来确定哪个文件最近被修改了，随后决定哪个文件需要重新生成。如果 “m a k e ”程序在一个分布式文件系统中应用，比如N F S ，一台终端标记的时间戳和其它终端标 记的会有不同，除非时钟是同步的。如果两台终端的时间不一致，这时运行“m a k e ”就会发生 严重的错误。对于有些“m a k e ”程序，允许的时间偏差可以大一些，但是从典型意义上来说， 与单独一次编译差不多，这段时间对于今天的计算机来说只不过是几秒钟而已。 很多情况下，有很多终端和一台生成程序的主机。个工程组可能保留一台最快的计第 机来生成所有的程序，或者可能是来自几台不同机器的同一个项目的很多程序员。客户端使 用自己的计算机编辑文件，而另外一台计算机编译这些文件。如果两台计算机的时间不同， 2 直立业虫盔堂王拦题土皿宜生堂芷硷塞簋二蔓缝淦 导致的问题可能是好的话简单的浪费了一台计算机资源，或者严重的话就是不能包含一些最 新生成的代码。 1 4 网络安全 K e r b e r o s 是M I T 开发的一个协议，用来在一个不安全的网络内，比如说一个大学校园网， 发送加密的口令信息。K e r b e r o s 允许在互联网上安全通信而不需要防火墙，并且支持很多通 用的T C P I P 应用程序，例如t e l n e t ，n p 以及很多远程过程调用R P C 程序。 K e r b e r o s 允许用户向K e r b e r o s 密钥分发中一g , ( K D C ) 服务器申请一个“加密票”，“加密票” 包括用户的口令和时间戳，两者用计算机上常用的D E S 算法加密。时间戳用来防止网络信息 拦截机把拦截到的“加密票”伪装成刚刚授权的“加密票”不断的重复发送。“加密票”在一段时间 内有效，这就要求客户端机器时钟和K e r b e r o s 服务器时钟在这一段时间内同步。有代表性的， 时间范围是5 分钟，时间范围越小网络越安全。 如果时钟漂移出允许的时间范围，网络上的用户就不能使用K e r b e r o s 并且不能使用网络。 如果扩大时间范围，则这个网络对于网络上的监听者来说就是容易攻破的。 和具有K e r b e r o s 的网络一样，安全的N F S 和R P C 程序运行允许D E S 密钥通过以访问文 件服务器和做客户端接入，虽然他们和K e r b e m s 系统不同，但是他们使用相似的方法即在数 据包内加上时间戳。和具有K e r b e m s 的网络一样如果客户端和服务器超出密钥的时间范围， 链接将中断，用户就不能使用请求的资源。如果没有精确的时间源，这种安全措旆就不能成 为被广泛支持的协议。 1 5 网络管理 S N M P 被广泛的用来管理和控制远程设备，S N M P 代理可以是集线器、交换机、网桥、 路由器甚至计算机。这些网络设备内的代理向网络管理站( N M S ) 发送重要事件作为对故障和 过载报警的响应。N M S 站从整个网络内收到数百的重要事件和报警，必须使得这些报警和时 间相关联。如果设备是错误的时问，则重大事件报告内也是包含的错误时间，这就很难确定 是什么原因引起这种状况，触发这些重大事件报告。 直盛鲣虫太堂兰拦亟班窥生堂焦i 金奎 墓二重缝监 S N M P 同样包含远程网络监控( R M O N ) 标准，可以在分布式的监控设备里有效的设置拦截 包和极限重大事件。这个标准允许用户拦截包和报警，记录他们的时间戳并和其它R M O N 设 备的结果相关联。还有，如果每个R M O N 设备的时钟没有同步，比较的结果和相关性就没有 意义，甚至导致错误的结论。 总的说来，现代网络的分布计算环境有许多非常依赖精确时间的应用，包括电子邮件服 务器、文件服务器以及C S 应用。用时间来标记这些文件创建以及后来修改的情况。这些时 间戳由很多不同的机器产生，他们的时间的可靠性经常被忽略，等到发现有问题已经晚了。 网络的性能对于整个组织的性能非常重要，所以精确的时间服务器( N T P ) 被设计来优化企 业网络的性能，可以降低故障诊断处理的时间，将来它会是一个价格合理的必不可少的保证 措施。 1 6 电信运营商时间同步的现状 随着电信市场竞争的加剧和用户对电信运营商服务质量要求的不断提高，各通信企业都 需要从提高核心竞争力、开发新业务等着手，为用户提供更优质的服务，使自己在竞争中立 于不败之地。目前，电信网络中有各种功能的子网，有传统的电话网( P S T N ) 、智能网( I N ) 、 数据通信网、多媒体通信阿以及各种功能的支撑、管理网络。各种网络所涉及到的维护、计 费、安全及认证等信息都需要一个共同的标准“时间”。 目前，电信网中很大一部分设备使用的时间都是由设备内部时钟来提供的。由于设备内 部时钟的质量差异，工作一段时间后，内部时间会与标准时间发生偏差。这时，就需要通过 人工定期或不定期地对设备内部时间进行修正。而在对设各时间进行修正时引入的人为误差 以及设备自身时钟的质量差异引起的时间偏差，会导致网络中各个设备的时间不能够保持一 致。 通信网设备( 交换机设备、计算机系统、网络设备等) 时间的准确性影响计费话单的准确性 和告警时间的准确性。当前运营商通信网设备网元众多，业务类型众多，时问不同步会造成： 1 交换机系统时间不准确。会造成话单重叠或交叉； 2 起始时间不准确，影响时段优惠的计费； 3 交换网元不准确，时间影响自动工单的历时时间； 直基邮虫盍堂王捏亟主豇冠生堂焦监塞簋二童缝i 金 4 告警时间不准确，网络故障定位困难； 5 智能网设备之间，如系统时间严重不一致可能导致部分机型宕机。 现有的工作模式对网元时间采用手工调整方式，维护人员通过拨打1 1 7 得到标准时间， 对交换机时间逐个进行修改。这种方式的缺点非常明显： 1 标准时间不精确：通过1 1 7 获得时间，电话线路上本身就有时延，且1 1 7 报时台本身 的时问是否准确也值得怀疑。 2 各操作人员手工操作误差较大：由于维护人员需要听到1 1 7 后再执行指令，不同的操 作人员进行操作会有不同的误差，难以对交换机的时间进行统一。 3 工校时不能保证双机系统实时同步的要求； 4 人工校时浪费很大的人工：对智能网设备进行时间校准通常选择在深夜业务量较低的 时段，避免时间更改后对大量业务造成影响，由于运营商网元数量众多，需要耗费大量的人 力。 随着运营商各类通信业务的发展，网络覆盖迅速扩大，用户数量飞速发展，计费话单的 差错也时有发生，虽然允许一定的话单差错率，但是任何用户出现问题，都会导致客户的流 失。为了确保服务质量，实现向用户提供优质网络服务的承诺，必须尽量减少话单的差错， 于是对整个通信网进行全网时间校准，已经成为一项艰巨而重要的工作。 网元自动时间同步系统的建设，可以从提高网络运行性能、改善服务质量、降低成本等 多方面为运营商创造价值，其整体经济效益也会得到提高。具体来说，主要体现在以下几个 方面； 1 直接节省人力资源 目前，对网元时间采用手工调整方式，维护人员通过拨打1 1 7 得到标准时间，对交换机 设备、智能网设备时间逐个进行修改，进行时间校准通常选择在深夜业务量较低的时段，避 免时间更改后对大量话务业务造成影响，此项工作消耗了机房维护人员的大量时间，效率极 为低下。如果采用自动时间同步系统，该项工作可以自动完成的，只是偶尔需要机房值班人 员手工干预一下。 2 操作更加精确 由于系统通过引入G P S 时间作为全网的时间标准，各个交换机设备、各智能网设备的时 间误差可以量化，控制在较低的标准之内，例如误差不超过o 1 1 秒，且由计算机系统自动 臣盛趣生太堂王拦毯士班宜生坐位监玄箍= 塞缝监 完成，避免了人为操作失误造成的差错，降低了全网修改时间的风险。 3 有利于对告警历时进行标准化管理 全网网元时间一致，将有利于对告警的管理，解决目前告警时间不准确的问题。同时可 以对告警处理历时进行考核，提高考核的透明度和合理程度。 6 直立蛆虫太生捏亟班宜坐堂位论塞 茔三童抠盎生厘理 第二章概念与原理 在对时间同步系统进行深入讨论之前，我们先对在论文中将要涉及的一些技术的概念及 其原理作一下介绍。 2 1 时间定义 世界时，简称u T ，是地球自转运动为基础建立的一个时间计量系统，它以平了夜作为0 时开始的格林威治平太阳时。由于地极移动和地球自转的不均匀性，最初得到的世界时，记 为I T 0 ，也是不均匀的，人们对U T 0 加上极移改正得到U T I ，如果再加上地球自转速率季节 性变化的经验改正就得到U T 2 。 原子时，是以物质内部原子运动的特征为基础建立的一个时间计量系统，它是以秒，而 不是以日为基本时间单位的，原子时秒长定义为：铯原予基态的两个超精细能级间在零磁场 下跃迁辐射9 1 9 2 6 3 1 7 7 0 周所持续的时间。原子时起点定在1 9 5 8 年1 月1 日0 时( u T ) ，即规 定在这一瞬间，原子时和世界时重合。由世界各地时间实验室用足够精确的铯原子钟导出的 原子时称为地方原子时，不同的地方原子时存在着差异。世界各国的原子钟按照规定的方法 进行相互比对，其数据再由专门的国际机构进行处理，求出全世界统一的原子时，称为国际 原子时，简称I A T 。 协调世界时，简称U T C ，U T C 在本质上还是一种原子时，因为它的秒长规定要和原子时 秒长相等，只是在时刻上，通过人工干预，尽量靠近世界时，国际时间管理局会不定时地( j 厦 常每年的1 2 月3 1 日和6 月3 0 日，或者是3 月3 1 日和9 月3 0 日2 3 ：5 9 ：5 9 ) 给U T C 时间添 加或删除1 秒，通常称U T C 时间为绝对时间。 北京时间，北京时间是取东经1 2 0 度的地方时间，它是在与U T C 进行比对和校准后向外 发布的，实际上是与U T C 保持一致的。北京时间是我国日常生活及大部份行业包括通信行业 使用的时间，北京时间比格林尼治时间早8 小时。 直瘟业出太空王捏亟皿冠生堂位论奎苤三童拭盒生亟堡 2 2 时间同步概念 在通信网中，大多数交换机及智能网设备使用的时间都是由系统内部时钟提供的，由于 系统内部时钟的差异，通过一段时间的使用，系统内部的累计误差会使系统时间与北京时间 产生时差，当这个时差超过规定的范围时，需要人工对系统时钟进行修正。 所谓时问同步就是通过某种方式使交换机时钟或智能网设备使用同一个时间参照系一北 京时间，保证通信网中所有交换机及智能网设备时间与北京时间一致。 由于通信网络自身无法提供北京时间，为了使通信网中各交换机及智能网设备都能获取 北京时间，需要建立一个网络，通过这个网络可以获得北京时间并将北京时间实时传递给各 个交换机及智能网设备，这个网络称之为时间同步网。 2 。3 网络时钟协议简单网络时钟协议( R T P S N T P ) 1 协议简单介绍 ( 1 ) 协议起因 为了实现路由器、交换机以及部分P C 机器的时间同步，引入了T I M E P R O T O C O L ( R F C 8 6 8 ) ，随后，制定了N E T W O R KT I M EP R O T O C O L ( N T P ) 和S I M P L E N E T W O R KT I M EP R O T O C O L ( S N T P ) 协议。至今，该协议经历了4 个版本0 ( R F C 9 5 9 ) 、版 本l ( R F C t 0 5 9 ) 、版本2 ( R F C l l l 9 ) 、版本3 ( R F C l 3 0 5 ) 和版本4 ( R F C 2 0 3 0 ) 。其中，版本4 对版本3 的改进是在对其在从I P v 4 到I P v 6 以及1 S O 的变更方面。所以，我们在设计系统 所需的时间同步机制时，可以直接主要参考R F C 2 0 3 0 ，同时参考R F C l 3 0 5 的一些在新的 R F C 2 0 3 0 中未表达的内容。 T I M EP R O T O C O L ( 时间协议，R F C8 6 8 ，它是和日期协议同时发展起来的，协议版本 号都紧挨着) ，S N T P ( S i m p l eN e t w o r kT i m eP r o t o c o l ，简单网络时间协议) 。T I M EP R O T O C O L 同时使用T C P 和U D P ，它从接到请求到发出结果的延时为一秒，且不考虑网络传输所用 时间；S N T P 只使用U D P ，它的延时为2 0 0 皮秒( I 皮秒= 1 0 - 1 2 秒，则2 0 0 皮秒就是2 + 1 0 。o 秒，也就是说2 0 0 皮秒与一秒相比正像1 秒与1 5 8 5 年相比一样，可见S N T P 精度之高) ， 同时它是把网络传输时间考虑进去。 直立螋出厶堂王拦亟婴究生坐僮论奎 茧三童拦盎复厘翌 协议功能 本协议主要用于网络设备的时钟同步。估计网络路由的时间迟滞，计算网络设备本地 时钟与原字时钟之间的偏差，从而校对网络设备的时钟。N T P 产生三个产物：时钟偏移 ( C l o c kO f f s e t ) 、路由时延( R o u n d t r i pD e l a y ) 和偏差i s p e r s i o n ) 。 网络时间协议m e t w o r k T i m eP r o t o c o l ，N T P ) M i l I s ，1 9 9 2 也是一个有效的网关机器附 件。顾名思义，它使用外部世界的时间对机器时钟进行同步。N T P 不是一个表决协议，它 相信绝对正确时间这一概念，因为机器暴露给网络的时间，是用国家时间同步服务校正的 原子钟或无线电钟产生的。每台机器与一个和多个邻居机器对话，这些机器根据与个权 威性时间源的距离把它们自己组织成一个有向图。通过对来自多种时间信息源的比较， 允许N T P 服务器丢弃有差错的时间输入，这就提供了防范精心策划进行破坏活动的高等 级保护。 2 协议分析 ( 1 ) 执行模型 图1 网络时间协议 图2 执行模型 直廛鲣虫占堂；i 捏硒班蜀生堂焦监塞噩三重拦盘皇愿毽 网络配置：同步服务是在网络中开设一些专用的时间服务器( T I M ES E R V E R ) ，这些服 务器使用高精度的晶体振荡计时器或G P S 接收器来保证时间的精度，网络中其它主机可 以通过与这些时间服务同步来获得准确的时间，也就是和它们校对时钟。这样获得的时间 精度，是用通过电视或电话的办法手工对表无论如何不可能获得的，几乎可以达到个人用 常规方法能达到的精度极限。时间服务器分为阶层一和阶层二两个档次，各有一批服务器， 阶层一的精度更高，实际上阶层二的精度已经高得对普通用户毫无意义。为了保证同步的 精度，在操作上有比较严格的规则，不用管它，我们设计时可以简单处理。只需查询服务 器时间，与服务器做同步时间，由于S N T P 用的是U D P ，一旦分组丢失客户机必须有定时 器将其停止。同步服务是考虑时区问题的，不论查寻地球各地哪儿的服务器，最后得出的 时间都是本地的。 ( 2 ) 协议数据报格式 )8】62 43 L IV N M o d eS I R f f u mPo J lP l c c i s i o n R o o t D ei v l l R o o tD i s p c r s i o n 3 2 R e f c | C l i C k I d e n t jt i e r 3 2J R c l c I , 2 I l d CT i n l c , , , t a m pf 6 4 ) O r i g i n a t eT i m e s t a m l = ) ( 1 4 ) R c c c i 、cT i m c s t a m p1 0 4 丁J a n s m i tT i m c s m m pf 6 4 ) A u t h e n t i c a t o r ( o p t i o n a l I f 孙 - L l ( L e a pI n d i c a t o r ，跳跃指示器) 两个比特位表示被插入删除当天最后1 分钟的跃秒数告警提示。 L 【 值( V a l u e ) 意义 O 直立监电太堂互捏亟土班究垒堂位i 盘塞 蕴三重趟蠡皇速型 O O 0 1 l O l l 无告警 最后1 分钟有6 I S 最后1 分钟有5 9 s 发牛告警( 时钟不同步) V N ( V e r s i o nN u m b e r ，版本号1 模式意义 0保留 l 主动均衡 2被动均衡 3客户机 4服务器 5广播 6保留给N T P 控制消息 7保留私用 S t r a t u m ( 本地时钟阶层) S t r a t u m 0 1 2 1 5 1 6 _ 2 5 5 意义 未定义无用 主要参考( 如，无线电时钟) 辅助参考( 经由N T P S N T P ) 保留 P o l lI n t e r v a l ( 可取的时间间隔) 表示两个相继的消息之间的最大时间间隔，用2 的幂的秒数表示。如，间隔为6 则间 隔秒数为2 6 = 6 4 秒。 这个域定义为：2 4 2 8 秒；应用时多用2 6 2 “1 0 秒 逝基蛭虫点堂工捏亟硒峦生堂位硷空 簋三重摄盘皇厦堡 P r e c i s i o n ( 精度，8 位带符号整数) 从对主频率时钟6 到微秒时钟一2 0 R o o tD e l a y 几m s 几百m s有符号 R o o tD i s p e r s i o n ( 偏差、误差) 几m s 几百m s无符号 R e f e r e n c eI d e n t i f i e r ( 参考标识1 代码 L O C L P P S A C T S U S N O P T B T D F D C F M S F W W V n V V B 、 n r 、，H C H U L O R C O M E G G P S G O E S 外部引用源 未校对的本地时钟 原子钟或秒脉冲源单独校对到国家准时间 N I S T 拨号M o d e m 服务 U S N 0 服务 P T B ( 德国1 服务 A l l o u i s ( F r ) R a d i oI6 4k H z M a i n f l i n g e n ( G e ) R a d i 0 7 7 5k H z R u g b y ( U K ) R a d i o6 0k H z F t C o l l i n s ( U S ) R a d i o2 5 ，5 ，l O ，1 5 ，2 0M H z B o u l d e r ( U S ) R a d i o6 0k H z K a u iH a w a i i ( U S ) R a d i o2 5 ，5 ，1 0 ，1 5M H z O t t a w a ( C a n a d a ) R a d i o3 3 3 0 ，7 3 3 5 ，1 4 6 7 0k H z L O R A N C 无线导航系统 O M E G A 无线导航系统 全球定位服务 同步轨道卫星 R e f e r e n c eT i m e s t a m p ( 参考时戳，6 4 位) 2 亩虚竖虫盍堂王程受硒究生堂位论童簋三童监盘当盟 最近被设置或校对的时间 O r i g i n a t eT i m e s t a m p ( 初始时戳，6 4 位) 客户机发出请求的时间 - R e c e i v eT i m e s t a m p ( 接收时戳，6 4 位) s e r v e r 接收请求时的时间 T r a n s m i tT i m e s t a l n p ( 传送时戳，6 4 位) s e r v e r 发送应答的时间 N T P 时戳格式 N T P 时戳由6 4 个比特位组成，是一个6 4 位无符号定点数，它存储从1 9 0 0 年1 月1 日0 时开始的秒数，前3 2 位为整数部分，后3 2 位为小数部分。 l 2 3 012345 678 9 0l23456 789 0123 456 789 01 + + + + 一+ + + 十一+ + + + + - 十一+ - + - + - + 斗- + - + + - + - r - + 一+ - + + S e c o n d s + + + + + + + + + + - + + + + + 斗+ 一+ 一+ + 一4 - 一4 - + - - - 4 - 4 - - 4 - 4 - S e c o n d sF r a c t i o n ( O p a d d e d ) + + 一十一+ + + + + 一+ + 十+ + + 一十- + - + + 一4 - - + + + - 4 - 4 - - - + - 4 - - 4 - - + ( 3 ) 数据传输机制 S N T P 客户端操作 多播： 无请求报文( 等待制定服务器的广播报文) ( M 0 d e 5 ) 客户机 服务器 直立邮盥盍堂J ：捏亟班冠生堂位i 盘塞箍三彗越鑫兰厘堡 单播： 请求等待应答( M o d e3 ) 客户机服务器 应答( M o d e4 、 请求J 等待应答( M o d e3 ) 应答( M o d e4 ) 单播A n y c a s t F i e l dN a m e 多播 请求应答 L 10 O 一20 - 2 V N1 4 从请求报文中拷贝 1 - 4 M o d e345 S t r a t u mO1 1 41 一1 4 P o l lO 忽略忽略 P r e c i s i o nO忽略忽略 R o o tD e l a yO忽略忽略 R o o tD i s p e r s i o nO 忽略忽略 R e f e r e n c eI d e n t i f i e r O 忽略忽略 R e f e r e n c eT i m e s t a m p O 忽略忽略 O r i g i n a t eT i m e s t a m p 0 ( 参考文本) 忽略 R e c e iv eT i m e s t a m p 0 ( 参考文本)忽略 T r a n s m i tT i m e s t a m p( 参考文本)非零非零 A u t h e n t i c a t o r o p t i o n a l 0 1 3 t i o n a l o p t i o n a l 直塞蛆虫盘堂工程强主班究篁堂位论交箍三童越盎与愿垄 S N T P 服务器操作 单播A n y c a s t F i e l dN a m e 多播 请求应答 L I忽略0 0 r30 0 r3 V N 1 4 从请求报文拷贝 4 M o d e32O r 45 S t r a t u m 忽略 11 P 0 1 1忽略 从请求报文拷贝 l o 醴p o l l 时间间隔 一I o 薛s e r v e rs i g n i f i c a n tl 0 9 2s e r v e r P r e c i s i o n 忽略 b i t s s i g n i f i c a n tb i t s R o o tD e l a y 忽略 00 R o o tD i s p e r s i o n 忽略0 O R e f e r e n c eI d e n t i f i e r 忽略源标识源标识 无线电更新最近时 R e f e r e n c eT i m e s t a m p忽略 无线电更新最近时间 间 O r i g i n a t eT i m e s t a m p 忽略从传送时戳拷贝 O R e c e i v eT i m e s t a m p忽略当时时间0 T r a n s m itT i m e s t a m p ( 参考文本) 当时时间当时时间 A u t h e n tic a t o r o p t i o n a lo p t i o n a lo p t i o n a l ( 4 ) 时钟的校对原理 T i m e s t a m pN a m e I D、 f h e nG e n e r a t e d O T - - O r i g i n a t e 1 m e s t a m p T 1 t i m er e q u e s ts e n tb yc l i e n t - C l i e n t 发送请求时间 R T - - - R e c e i v e 1 i m e s t a m p T 2U m er e q u e s tr e c e i v e da ts e r v e r S e r v e r 接收请求时间 T T - - T r a n s m i t l q m e s t a m p T 3t i m er e p l ys e n tb ys e r v e r S e r v e r 发送应答时间 D T D e s t i n a U o n1 1 m e s t a m p q 4t i m er e p l yr e c e i v e da tc l i e n t - C l i e n t 接受应答时间 直瘟邮虫厶堂王捏亟妥究生堂位监塞 差三重强盘复厦型 网络延时与时钟偏差的测量 T 1 + t1 2T 3 N T P 协议时间校对示意图 t 为服务器和客户端之间的时间偏差一本地时钟偏移； d 为两者之间的往返时间一传递延时 。T 2 = T 1 + t + d 2 ；T 2 - T l = t + d 2 ；T 4 = T 3 - t + d 2 ；T 3 一T 4 = t - d 2 d = ( T 4 一T I ) - ( T 3 - T 2 ) ；扣( ( T 2 T 1 ) + ( T 3 - T 4 ) ) 2 传递延时：d = ( T 4 - T I ) - ( T 3 - T z ) 本地时钟偏移：t = ( ( T 2 - T I 卜( T 4 - T 曲) 2 离差：= ( 1 ( ( 系统精度) + 中( T l T 3 ) m= M A XS K E W M A XC L O C KA G E 本地正确时间= N O WT I M E - t ，离差为。 3 协议实现 ( 1 ) 网络模型 1 6 亩塞鲣虫厶堂! = 捏甄班宜生堂位盐室 箍三童接篮与厘堡 ( 2 ) 协议中各个对象的抽象类的数据结构 系统变量 S v 、t e mV a r i a b l e sN ；1 l l l C P r o c e d u r e L c a nI n d i c a t o t s v 、1 e a p c I o c ku p d a t e S f r - t H I I I 靶s s t l ：l l t l m c l o c kL l p d a t c F q c c i s i o n s y 、p r e c i s i o n s t e m l o o tD c j a v s v 、r o o t d c h y c l o c ku p d a t c R O O D i s p cJ i o n扎s I - o o l d i s p c t s i o n c l o c ku p d a t e I , e l ：e r e r i c e ( 1 o c kJ d c n c ，v 1 c f j Ic l o c ku f 叫a f c R c K ! r c n c cT i n i c s t ：1 n l ps v s ，i c f t i m cc l o c ku p d a t e L O C ；1 1 ( l o c k v h c l o c kc l o c kt l p d a t e 【1 I o c kS OL I r C C、v 、，p c c t s e l e c t 】0 1 1 P o l lI I l t C t V a I s p o l l l o c a Ic I o c k ( i a , p t o c r a p h i cK c v sS V N k c ) s a t t t h c u l i c a l j o i l 7 直立韭电厶堂工程亟班究生堂位拴奎 一蠹三童拭盘生厘置L P E E R ( 对等机) 变量 e e l V a t i a b l c N a l l l e I * r o c e d L l l c ( O i l l l 姒1 r c d8 t P c c t 、J L f C 、 l C C I P O F t 1 5 l o s t ：d d r e s s I t e s tP o r t I c u pl n d I C ；t T O f - I i + d e h 【I a t t l l l l I c “P o l I l n l e l 、a