（通信与信息系统专业论文）ntp协议的研究、实现与应用.pdf

重庆邮电学院倾士论文 摘要 电信网中设备之间的时间误差经常造成嵌套话单、重复话单等问题，而传 统的人上调整时间的方法存在着工作量大、时间调整不精确等问题。因此建立 基于n t p ( n e t w o r k t i m e p r o t o c 0 1 ) 的网络时间同步系统成为目前解决这些问题 的合理选择。 本文从n t p 协议出发，分析了n t p 协议的- l 作原理、工作模式和上作过 程，研究并实现了时钟同步算法和时钟选择算法，实现了n t p 协议的客户服务 器模式。在此基础上，提出了交换枫时阔同步系统的组网方案和网络结构。实现 了交换机时间同步系统，对其中的交换机时间同步部分作了详细介绍。最后，总 结了本系统的特点，同时对系统的测试工作也作了详细说明，并附上了部分测试 数据。 随着电信业务的发展，计算机应用系统之间的交互越来越频繁时间同步 也是电信业务发展的一种趋势。但是时间同步网是一种新的网络，许多网络应j j 和服务还需要做进一步的研究和探索。 关键词：网络时间协议( n t p ) ，网络时间同步，交换机，同步算法，电信网 客户机服务器，绝对时间( u t c ) 晕庆邮电学院颁十论文 a b s t r a c t t h e r ea l es o m eq u e s t i o n s j u s tl i k en e s t i n gl i s to rr e p e a t e dl i s ti nt h ec a l la c c o u n t s b e c a u s eo fc l o c ke r r o r sa m o n gv a r i o u sd e v i c e si nt e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s h o w e v e r ，t h e t r a d i t i o n a lm e t h o d so f a d j u s t i n g t i m e m a n u a l l ya l s o e x i s ts o m e q u e s t i o n s ，f o re x a m p l eb i gw o r k l o a da n di m p r e c i s ec l o c k a d j u s t i n ge t c i nt h i st h e s i s ， a nn t p b a s e dn e t w o r kt i m es y n c h r o n i z a t i o ns y s t e mi si n t r o d u c e dt os o l v et h e s e q u e s t i o n s i nt h i st h e s i s ，t h en e t w o r kt i m ep r o t o c o li sf i r s ti n t r o d u c e d ，t h ep r i n c i p l e m o d e so fo p e r a t i o na n dt h ee v e n tp r o c e s s i n ga r ea n a l y z e da n dt h ef i l t e r i n ga n d s e l e c t i o na l g o r i t h m sa r er e a l i z e d i ns u c c e s s i o n ，t h en e t w o r kd e s i g na n df l a m eo ft h e s w i t c ht i m es y n c h r o n i z a t i o ns y s t e mi sb r o u g h tf o r w a r da n dt h ed e t a i l e ds o f t w a r e r e a l i z i n gd e s i g n i sd e s c r i b e di nt h ef o u r t hc h a p t e r a tl a s t ，w es u m m a r i z et h e c h a r a c t e r i s t i co ft h es y n c h r o n i z a t i o ns y s t e ma n de x p l a i nt h et e s t i n go ft h es y s t e m t h en e e df o rs y n c h r o n i z e dt i m ei sc r i t i c a lf o rt o d a y lsn e t w o r ke n v i r o n m e n t s a s o r g a n i z a t i o n sg r o wa n dt h en e t w o r ks e r v i c e st h e yp r o v i d ec o n t i n u et oi n c r e a s e ，t h e c h a l l e n g e si n v o l v e dw i t hp r o v i d i n ga c c u r a t et i m et ot h e i rs y s t e m sa n da p p l i c a t i o n s a l s oj n c r e a s e k e yw o r d s ：n e t w o r kt i m ep r o t o c o l ( n t p ) ，n e t w o r kt i m es y n c h r o n i z a t i o n s w i t c h ，t i m es y n c h r o n i z a t i o n a l g o r i t h m ，t e l e c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k c l i e n t s e r v e r , t h ec o o r d i n a t e du n i v e r s a lt i m e 系庆岫电学院顶士论义 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，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 为获得重压蛏电堂瞳或其他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中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：张红签字日期：2 0 0 4 年5 月1 0 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 重庞邮电堂医一一有关保留、使 用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复 印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 重麽鲣鱼堂随 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：张红导师签名：陈继努 签字目期：2 0 0 4 年5 月1 0 目签字日期：2 0 0 4 年5 月1 0 日 重庆邮电学院硕士论史 1 1 研究背景 第一章绪论 随着l t l 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。曰前，电信网络中有各种功能的子网，有传统的 电话网、智能网、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维护、计费、安全及认证等信息都需要一个共同的标准“时 间”。 日前，电信网中绝大部分设备使用的时间都是由设备内部时钟来提供。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。 这盯，就需要通过人上定期或不定期的对设备内部时间进行修j 下。而在对设备时 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。 “时间同步系统”就是为解决这个问题而开发的，它通过检测网络中各个网 元的硬件时间，使之与覆盖全省的标准时间源给定的参考标准时间( u t c 绝对时 间) 比对，在规定的调整范围内用软件动态地修正各种设备的软硬件时间，使网 络中各个网元在时间上能保持一致，从而给电信网络提供一个统一的时间标准。 以提高管理和维护水平，向用户提供更好的服务。 1 目前电信网络中各种设备的时间运行情况现状 对于电信运营商而言，最宝贵的资源是通过十几年甚至是几十年建立起来的 网络资源。为了给_ 丌 户提供不同的业务我们组建了不同的网络，有电话网( p s t n ) ， 智能网( i n ) ，数据通信网，多媒体通信网，传输网等。为了更好的管理、维护 和优化我们的网络，我们组建了七号信令、d c n 网、网管网等支撑网络和管理刚 络。这峰网络有的是叠加网，有的是独立的，由这些网络构成了我们庞大 i j l 乜信 心。在整个电信劂中这些业务和功能网络之间都有着千丝万缕的联系，交换着各 种各样的信息。由于电信网络的许多功能如：计费、维护都是对时间要求斗1 | 。1 柑 确的这就要求这蝗业务和功能网络之间传递的消息以及网络中各个没备之m 能 重庆邮电学院硕士论文 在时间上保持高度一致，并能精确的跟踪国际标准时闯。 然而，从日前电信网的实际情况看，现有各种网络以及网络的各个设备都是 独立地、人工地修正设备的软硬件时间，以保持时问的一致性。由于修正时参照 的时阁基准不同，不同设备之阈必然存在者时间上的差异。这种情况在电信网上 是普遍存在现象，但是除此之外，目前尚无一种高效、优质的方法提供统一的时 间标准。 2 建设时间同步系统的必要性 首先，从业务的角度上有统一的时间标准是必要的。我们提供给用户的计费 话单或观察话单可能出自不同的网络，如p s t n 电话两、数据网、智能网，也可 能出自不同的设备，如市话交换机等。如果这些设备没有统一时闻标准，就可能 出现嵌套话单，重复话单等，非常容易引起用户计费的纠纷。造成用户对我们服 务质量的质疑。我们有统一的时间标准后，不但可以避免由于时间不统一带来的 计费纠纷，而且可以提供更多的业务，更好的服务，以此展示我们企业的技术实 力。 其次，从维护的角度上有统一的时闻标准也是必要的。有好的维护才能更好 的为用户提供服务。有准确的话务统计，报警报告，操作记录维护人员才能准确、 实时的将故障定位，进行分析判断。管理人员才能准确的根据各个时间的数据进 行管理和调配。 现今阶段，我们只能采取人工修正时间的方法，由于我们的各种网络设备可 能分属于不同的部门，不同的单位，因此要通过人工调整来统一时间标准，所牵 涉到的单位和人将是很多的，而且，由于对时间精确度要求相当的高，我们调整 的周期也是很频繁的，因此我们不可箍保证每次调整时整个电信网络中各个业务 和功能网络以及网络中的各个设备的时间都能精确的与北京时间保持高度的一 致。毕竟，全网这么多的单位和维护人员参照的北京时问来源不同，修改的手段 不同，要求全瞬调整后的时间与北京对间统一标准是很难做的。 总之，从业务经营和运行维护两方面，从提高网络运行品质和改善服务质量 两个角度，我们认为建设全省电信时间同步系统是十分必要的。它是我们业务和 运维的一个支撑点。 3 时间同步的概念 时间同步是指交换机、数据等设备的硬件时钟，简单的说就是指设备的硬件 重庆邮电学院硕士论文 时间值与北京时间或者格林威治时间一致，它的内容是公元年、月、日、时、分、 秒，它呈现给维护人员的直观显示，它的值由电信的维护人员根据北京时间做人 工设定，它可以通过交换机的人机命令被修改。 绝对时间在电信网中应用的目的就是通过某种方式，使通信网中有时间标记 需求的各网元时钟使用同一个时间参照体系：u t c ( t h ec o o r d i n a t e du n i v e r s a l t i m e ，绝对时间) 。同时考虑所处的时区，使各网元的内部时间保持一致，即所 谓的时间同步。 由于电信网自身无法提供u t c ，为了使电信网中各网元都能获取u t c ，需要 专门建立一个网络，通过这个网络可以获得u t c 并将u t c 实时地送给电信网中 各个网元。这个网络我们就称为时间同步蹿。 时间同步和时钟同步是两个不同的概念，时间同步指时间信号同步，而对钟 同步指频率信号同步。 4 建设时间同步系统的意义 时间同步系统建成后可直接纳入固定网、智能网、数据网等网络的设备，对 于能够提供时钟命令接口及其通信协议的设备，基本上都可纳入该系统。时间同 步系统可以在以下几个方面有着广泛的应用： ( 1 ) 详细话单：我们提供给用户的计费话单可能出自不同的网络如：p s t n 电话网、数据网、智能网，也可能由不同的设备提供详细计费：长途 局详细计费、关口局详细计费、市话详单等，如果这些设备没有统一 时间标准，就可能出现嵌套话单、重复话单等，非常容易引起用户计 费的纠纷，造成用户对我们服务质量的质疑。我们有了统一的时间标 准后，不但可以避免由于时间不统一带来的计费纠纷，而且可以提供 更多的业务，更好的服务，以此展示我们企业的技术实力。 ( 2 ) 维护报告：在维护工作中，在交换机的告警报告、话务报告、操作记 录等一系列的报告中，时间戳是比较重要的，它能有助于分析查询和 正确判断。 ( 3 ) 信令分析：对于l s t p ( l o w - l a s ss i g n a l i n gt r a n s f e rp o i n t ，低级信令转 接点) 说，它担负着整个本地网的信令交活和信令转接的重任，它在 我国的维护模式中，处于本地网所有交换机的信令核心，是我们进行 信令综合分析的要地，在复杂的信令过程中一个准确的时间是正确 重庆邮电学院硕士论文 分析的关键。 ( 4 ) 网间结算：在多个电信运营商共存的今天，网阃结算是每个运营商必 须面对的，一般采用关口局两侧同时计费的方式，以往的误差允许为 3 ，如果在采用了标准时间值以后，可望能尽可能的降低这个误差。 ( 5 ) 帐务系统：在帐务系统的建设中，采用了数据仓库等技术，其目的一 方面是建立一个完整的帐务计算和运作体现，另一方面是为综合信息 决策支持打好基础。一个有着统一时间标准的数据能够在计算机分析 的时候没有二义性，不会产生数据矛盾。 ( 6 ) 长途优惠：众所周知，我国电话的优惠时段是以北京时间为准的，并 且计时单位是6 秒，可以设想，时间的基准在这里是多么的重要。对 用户的利益的尊重和服务质量的保障的重要性可以由它来得到更多 的保证。 ( 7 ) 话单查证：话单查证是必须精确依靠时间的，其重要性不言而喻。现 在甚至有一部分的用户，他们在打电话或使用其他电信业务的时候， 会作好记录，到时查询，往往会给电信企业造成一些尴尬。我们不能 去限制用户的任何个人行为，唯一的办法是提高自身的时间精度，用 事实来证明我们的准确性。 ( 8 ) 智能网：智能网的鉴权、优惠、详细话单、相关智能业务必须要求通 过严格的时间来配合，它的精度直接影响到了电信的技术信誉和双方 的切身利益。 ( 9 ) 数据设备：在用户使用的多媒体业务的过程中，时间也是比较重要的， 尤其是计费、用户认证以及上网按时间段优惠的时候。 ( 1 0 ) 报时台时间：电信公司在1 1 7 特服、1 6 8 时间声讯服务中时间的准确 性涉及到千千万万的用户，其重要性不言而喻，它不仅是服务和经济 效益的问题，而且体现了电信相应的技术实力。 ( 1 1 ) 开展新业务：电信企业可以利用时间同步网向社会提供准确的时间资 源，扩大服务范围。如金融证券及票务商务等。 重庆邮电学院硕士论文 1 2 本文主要研究内容 交换机时间同步系统是时问同步系统的一种，它主要用来解决全省交换机 时间同步的问题。目前的电信网中的交换机时间维护都是通过人工手动定期或不 定期的修正，而交换机时间同步系统是通过实现n t p 协议来达到交换机时间与 格林威治时间一致，避免了交换机时间不一致所带来的影响，提高了电信网的管 理和维护水平，从而可以向用户提供更好的服务。 本论文的选题和研究工作是适应通信技术的发展方向，以项目为依托，对 n t p 技术和交换机时间同步系统做了一些探讨和研究，尤其对n t p 协议的过程、 算法和实现做了详细的分析，提出了交换机肘间同步系统的实现方案，实现了交 换机时闽同步，并在局域网内进行了测试。 1 作者的主要工作 作者通过参加重庆邮电学院光互联网及无线信息网络研究中- i i , 的交换机时 间同步系统项目的研究、设计和开发工作，对n t p 协议和交换机时间同步系统 进行了探索和研究。在项目的研究和开发过程中，作者主要完成了下面几个方面 的工作： ( 1 ) 通过分析n t p 协议( r f c l 3 0 5 ) ，透彻理解了n t p 协议的工作原理、 工作模式等，重点分析研究了n t p 工作过程中的传送过程和接收过程。运用数 据结构、算法分析与设计等知识，探讨并实现了时钟过滤算法。 ( 2 ) 运用系统分析的知识，对交换机时间同步系统做了详细研究，提出了 交换机时间同步系统的网络实现方案，具体实现了二级时间客户端和时间同步终 端部分，并对这两部分进行了模块测试。 2 本文的章节安排 本文的章节安排如下： 第l 章：绪论。阐述了研究工作的选题背景，以及研究的内容和所要达成的 目标。 第2 章：n t p 协议概述。介绍了n t p 协议的原理和工作模式，详细分析了 n t p 协议的工作过程。 第3 章：n t p 协议的实现和算法研究。讲解了n t p 协议中涉及到的两个重 要算法( 时钟过虑算法和时钟选择算法) 以及实现方法，详细讲述了整个n t p 重庆邮电学院硕士论文 协议的实现。 第4 章：交换机时间同步系统的实现。介绍了时间同步系统的组网方案，以 及整个交换机时闯同步系统的实现方法，交换机时间同步系统的特点和整个系统 的测试结果。 第5 章：总结。对作者的工作进行了总结，并提出了进一步的工作目标。 1 3 本章小结 本章首先阐述了研究工作的选题背景，介绍了目前电信网络中各种设备的时 间运行现状，说明了建设时间同步系统的必要性，并简要介绍了时间同步的概念， 总结了建设时间同步系统的意义。然后说明了本文所要研究的主要内容，并给出 了本文的章节安排。 6 重庆邮屯学院顶士论文 第二章n t p 协议概述 2 1n t p 协议简介 n t p ( n e t w o r k t i m ep r o t o c 0 1 ) 是由美国d e l a w a r e 大学的d l m i l l s 教授在 1 9 8 5 年提出的，它主要是用来测量数据包在网络上来回往返的时间延迟和估算 计算机时钟偏差，达到在网络上实现高精度电脑校时的目的，它是设计爪来在 i n t e r n e t 上使不同的机器时间同步的一种通讯协定。 n t p 协议是用在分布式时间服务器和客户端之间进行时间同步的，它定义 了协议实现过程中所要使用的结构、算法、实体和协议。n t p 协议是基于i p 和 u d p 的，也可以被其它协议组使j 丌丁。n t p 是从时间协议( t m mp r o t o c o l ) 和i 、c m p 时间戳报文( i c m pt i m e s t a m pm e s s a g e ) 演变而来，主要是从准 确性和强壮性方面进行了特殊的设计。 n t p 时间服务器以阶层式构架形成时间服务体系，位于阶层最顶层( s t r a t u m 1 ) 的时间服务器直接通过g p s 时间源获得格林威治标准时间，s t r a t u m2 服务器 则通过s t r a t u mi 服务器间接获得格林威治标准时问。每台服务器均以本身的时 钟来维持某精度的时间，并周期的主动向上一阶层服务器发出校时请求。n t p 协议详细说明了本地时钟和时间服务器的特征，以及估计本地时钟和时间服务器 的误差的方法，同时介绍了协议实现过程中用到的时钟过滤、时钟选择等算法。 当网络内存在多台时间服务器时，可以通过选择算法综合各时间服务器的时间偏 移量来提高本地时钟的准确性。在大多数地方。n t p 可以提供1 5 0 m s 的精确 度，精确度的大小取决于同步时间源和网络上作路径等。 2 2n t p 协议工作原理 n t p 协议实现主要采用客户朋匣务器结构，而r l 在性能差异很大的客户端 及服务器均能适i r 】，适厂仃于客户端及服务器所在网路何犬范围的网络延迟和抖动 的情况。在n t p 中没有专门的虚电路管理，数据报完仝通过i p 和u d p 传送， 也没有流控制和疆发措施。在实现时间同步的过程中，e 要是计算本地时钟干j j | 主 重庆邮电学院硕士论文 务器时钟之间的偏差以及网络路径的延时。 网络延时和时钟偏差的测量过程如下 t l t 2t 3 图2 1n t p 传输模型 设客户端发送时间同步请求时的本地时间为t l ，服务器端收到同步请求 时的服务器时间为t 2 服务器端回送时间同步信息时的服务器时间为t 3 客户 端接收到同步信息时的本地时间为t 4 ，t 为服务器端和客户端的时间偏差，t l 到t 2 的路径延迟为d l ，t 3 到t 4 的路径延迟为d 2 。现已知t i 、t 2 、t 3 、t 4 ， 希望求得t 以调整客户端时间有： t 2 = t 1 + t + d l ： t 4 = t 3 + d 2 一t ： 可得 整个传输时延d i = d l + d 2 ：- - ( t 2 一t 1 ) + ( t 4 一t 3 ) 服务器和客户端时间偏差t = ( ( t 2 一t 1 ) 一( t 4 - - t 3 ) + ( d 2 - - d 1 ) ) 1 2 求出多组( d i ，t ) 后，将误差明显很大的去掉，然后根据时钟选择算法选择 合适时延的t 来调整本地时钟。 2 3n t p 协议工作模式 n t p 胁议有五种上作模式。二l 作模式可由主机模式变量( p e e r m o d e ) 确定。 五种上作模式是主动对称模式、被动对称模式、客户机模式、服务器模式和广播 模式。下面对这五种模式进行说明： 丰动对称模式( s y m m e t r i c a c t i v e ) ：在这种工作模式下，主机不考虑对等机 ( p e e r ) 是否可达以及它的层次，直接发送周期性的信息。这种操作模式的毛机 可以同步化肘等机，也可以被对等机同步化。主动对称模式由同步子网中的操作 重庆邮电学院硕士论文 接近终端节点( 最高层，n t p 中，层数越低，则服务器级别越高) 的时间服务 器使用。可靠的时间服务在其下一层的两个对等机之间或一个同层的对等机之间 维持。 被动对称模式( s y m m e t r i cp a s s i v e ) ：这种工作模式下，n t p 协商通常在下列 条件下才能进行：一是以主动对称模式操作的对等主机发出了一条信息并且连接 维持时间长到对等机可以寻找到：二是对等机的层次比主机低或等于主机。否则， 协商无法进行。一般协商维持到至少一个应答消息送出。通过这种操作模式，主 机宣告其将同步化对等机，也可以被对等机同步化。被动对称模式由同步子网中 靠近根节点( 最低层) 的时间服务器使用。这种模式下，对等机的标识符不需要 提前预知，因为仅当n t p 消息到达时，协商中的状态变量才产生。进一步，当 对等机变为找不到时，或者在较高层上操作时，导致同步源不可用时，状态存储 器可以被再次使用。 、主被动对称模式是二个以上的服务器互相进行时间消息的通讯，可以互相 校正对方的时间，以维持整个子网的时间一致性。被动模式的主机不发送周期性 的消息，它只能响应主动对称模式操作的对等机发出的要求同步的消息。且这种 响应要在协商能够建立的情况下进行且其层次要比对端机的层次要低或同级。 主动对称则配置在层数较高而级别较低的服务器中进行，主动对称能够发送周期 性的消息，可能这个消息是要求同步消息，也可能是响应同步消息。同级之间的 两个p e e r 可以都配置成主动对称，因为主动对称可以发出或响应同步消息。同 级之间的两个p e e r 可以一个配置成主动对称，一个配置成被动对称，这是主发 被响应。但是同级之间的两个p e e r 不可以同时配置成被动对称，因为此时没有 个p e e r 能够发出同步消息。不同级的两个p e e r ，则层次低的要配置成被动 对称，而层次高的要配置成主动对称。 客户机模式( c l i e n t ) ：在这种操作模式下，主机不考虑对等机是否可达或对 等机的层次，直接主动发出周期性的广播请求同步信息。通过这种操作模式通 常是l a n 工作站的主机，宣告其将被同步化，但不是同步化对等机。 服务器模式( s e r v e r ) ：服务器模式的协商就是为响应客户机模式发出的请求 同步消息而进行的，应答服务器模式的主机不能周期性地发送同步消息给客户 机。当应答后，协商撤消。通过以这种模式操作，主机( 通常是一个l a n 时问 服务器) ，宣告同步化对等机但不是被对等机同步化。所以从这个意义上酏， 重庆邮电学院硕士论文 这种模式又是被动的，这也是这种模式与广播模式的区别。由于服务器模式的被 动性，所以不要将两个协商的p e e r 配置成服务器模式。 客户服务器模式中用户向一个多几个服务器提出服务请求，根据所交换 的信息，从中选择认为最准确的时间，并调整本地的时钟。校园网用户多使爪这 种模式。以客户机模式操作的主机偶尔发送一个n 1 p 消息到一个以服务器操作 模式的主机( 可能是在重启后或周期性的间隔后) ，服务器进行响应时，简单地 交换二者的地址和端口信息，填充要求的信息并返回消息到客户端。服务器需要 在客户端请求时保持无状态信息，在发送n t p 消息来同步化对等机时，客户端 自由地维护间隔。 广播模式( b r o a d c a s t ) ：在这种操作模式下，主机不考虑对等机是否可达或它 的层次，直接发送周期性的信息。此种模式是适用于在高速的i a n 上，利用一 个或多个服务器在固定的周期向某个多播地址做广播，使在别的电脑上的服务器 接收到以后，来更正自己的时间，此种模式假定路径延迟非常小，小到可以忽略 所以它的精度并不高。与客户机，服务器模式一样这种模式下的协议机制也可 以配置得相当简单。 五种模式中，主动对称、客户机、广播模式可以归为主动模式，其共同特点 是它们都可以主动周期性地发送同步消息。而被动对称模式、服务器模式则归为 被动模式，其共同特点是它们都是响应对等机发出的同步消息，即有同步消息到 达时，这些模式才进行响应。正常情况下，以主动模式操作的对等机由启动文件 配置，而以被动模式操作的对等机则不必进行预先配罱。但是，两个对等机都能 配置在主动对称模式下操作。当两个对等机在相同模式下操作且不是主动对称模 式时，则将导致错误的结果。在这种情形下，每个对等机将忽略来自其他对等 机的消息，以致以前进行的协商有可能由于连接失败而发生中断。 2 4n t p 协议豹工作过程 2 4 1 变量分析 n t p 协议中使用了许多变量和参数，有系统变量( s y s t e mv a r i a b l e s ) 、对等变 量( p e e rv a r i a b l e s ) 、分组变量( p a c k e tv a r i a b l e s ) 、时钟过滤变量( c l o c k f i l t e r o 重庆邮电学院硕= l 论义 v a r i a b l e s ) 、验证变量( a u t h e n t i c a t i o nv a r i a b l e s ) 。系统变量是指与操作系统的环境和 本地时钟机理相关的变量。对等变量是表示了对于每个特定对等时间服务器的协 议器的状态。分组变量则表示n t p 消息的内容。参数表示的是实现当前版本的 固定配置常数。注意变量用小写字母表示，而参数则用大写字母表示。 1 公有变量 公有变量是系统变量、对等变量和分组变量中两种或三种公有的一些变量， 其中有些变量可以用于认证机制。当公有变量有同一名称时。必须使用变量标识 符。 p e e ra d d r e s s ( p e e r p e e r a d d r , p k t p e e r a d d r ) ，p e e rp o r t ( p e e r p e e r p o r t ，p k t p e e r p o r t ) ： 对等机地址和对等机端口。对等机地址是3 2 b i t 的i n t e m e t 地址，对等机端口是 1 6 b i t 对等时钟端口号。 h o s ta d d r e s s ( p e e r h o s t a d d r , p k t h o s t a d d r ) ，h o s tp o r t ( p e e r h o s t p o r t ，p k t h o s t p o r t ) ： 主机地址和主机端口。主机地址是h o s t 的3 2 b i t 的i n t e m e t 地址，主机端1 2 1 是1 6 b i t 的h o s t 的端口数。 l e a pi n d i c a t o r ( s y s 1 e a p ，p e e r 1 e a p ，p k t 1 e a p ) ：跳指示。这是一个二位码，预报 当天最近的分钟里要被插入或删除的秒数。这两个比特在当日的2 3 ：5 9 时前被 设置，而在0 0 ：0 0 时后的次日重新设置。这将使秒数( 滚动间隔) 在插入时会增 加或减少。在主服务器中，这两个比特由操作中断( o p e r a t o r i n t e r v e n t i o n ) 设置，而 在二级服务器中，这两个比特通过协议设雹。用i 0 表示，分别说明如下： l iv a l u e含义 0 0 0无预告 0 ll一最近一分钟有6 1 秒 l o2最近一分钟有5 9 秒 i l 3警告状态( 时钟未同步) 图2 - 2 跳指示含义 对于i l ，本地时钟不同步，警告条件就会发生，例于过了一段时间没有初始参 考源可以利用。 m o d e ( p e e r m o d e ，p k t m o d e ) ：模式。这是一个3 b i t s 的整数，表示协商模式。 意义如下： 重庆邮电学院硕士论义 0未定义 l主动对称 2被动对称 3客户机 4服务器 5广播 6保留为n t p 控制消息用 7保留为私有用 s t r a t u m ( s y s s t r a t u m ，p e e r s t r a t u m ，p k t s t r a t u m ) ：层。这是一个8 b i t s 的整数( 无 符号) ，表示本地时钟的层次水平，意义如下： 0未指定或难以获得 l主参考时钟( 如晶振原子钟，无线电时钟) ，2 - 2 5 5第二参考时钟( 通过n t p ) 这个值的最大值由n t p 协议的常数n t p m a x s t r a t u m 确定，最大值为1 5 。 值越大则层数越低值越小，层数越高，表示级别更高的服务器。 p o l li n t e r v a l ( s y s p o l l ，p e e r h o s t p o l l ，p e e r p e e r p o l l ，p k t p o l l ) ：轮询间隔。它是一 个有符号8 b i t s 整型值，表示分组传送之间的最小间隔连，精确到秒的平方级。 本字段的值从4 ( 1 6 s ) 到1 4 ( 1 6 2 8 4 s ) ，大多数应用使用6 ( 6 4 s ) 到1 0 ( 1 0 2 4 s ) 。 p r e c i s i o n ( s y s p r e c i s i o n ，p e e r p r e c i s i o n ，p k t p r e c i s i o n ) ：精确度。是一个8 b i t s 有符号整数。表示本地时钟精度，精确到秒的平方级。 r o o td e l a y ( s y s m o t d e l a y , p e e r r o o t d e l a y , p k t r o o t d e l a y ) ：根延迟。这是一个 3 2 b i t s 带符号定点小数，表示同步子网的根节点到主时钟参考源的整个往返延迟， 单位为秒。数值根据相关的时间与频率可正可负，从负的几毫秒到正的几百毫秒。 r o o td i s p e r s i o n ( s y s r o o t d i s p e r s i o n ，p e e r r o o t d i s p e r s i o n ，p k t r o o t d i s p e r s i o n ) ：根 偏差。这是一个3 2 b i t s 带符号定点小数，表示同步子网的根节点相对于主时钟参 考源的最大数量错误。它只能取大于0 的正值，范围：0 几百毫秒。 r e f e r e n c ec l o c kl d e n t i f i e r ( s y s r e f i d ，p e e r f e t i d ，p k t r e f i d ) ：参考时钟标识符。它 足。个3 2 b i t s 编码，用来标识特殊的参考源。在s t r a t u m0 ( 未指定) 或s t r a t u ml ( 基本参考) 的情况下，该字段以四个八位字节，左对齐，零填充的s t r i n g 农j j 。 当没有n t p 枚举时，使用下列a s c i i 标识符： 重庆邮i b 学院倾j 二论义 阶层代码意思 0d c nd c n 路由协议 0t s pt s p ( u n i xt i m es e r v i c ep r o t o c 0 1 ) 时间协议 1a t o m原子钟( 校准) lw w v bw w v bl f ( b a n d5 ) 收音机服务 l g o e s g e o s t a t i o n a r yo r b i te n v i r o n m e n ts a t e l l i t e 地球同步轨道环境卫星 1w w vw w v i - i f ( b a n d7 ) 收音机服务 图2 3 参考时钟标识符 在s t r a t u m 2 情况下，这是4 个八位二进制字节表示的n t p 服务器因特网地址。 r e f e r e n c et i m e s t a m p ( s y s r e f l i m e ，p e e r r e f t i m e ，p k t r e f t i m e ) ：参考时间戳。这 是_ 个6 4 b i t s 时间戳，表示本地时钟被修改的最新时间。如果本地时钟没有同步， 则此值为0 。 o r i g i n a t et i m e s t a m p ( p e e r o r g ，p k t o r g ) ：原始时间戳。表示的是客户端发送消 息的时间。 r e c e i v et i m e s t a m p ( p e e r r e c ，p k t r c c ) ：接收时间戳。表示的是服务器接收到 消息的时间。 t r a n s m i tt i m e s t a m p ( p e e l x m t ，p k t x m t ) ：传送时间戳。表示的是服务器端送 出应答的时间。 2 系统变量 为了简便起见，先给出系统变量的一个总表： 系统变量名称应用过程 l e a pi n d i c a t o rs y s 1 e a p c l o c ku p d a t e s t r a t u m s y s ，s t r a t u m c l o c ku p d a t e p r e c i s i o n s y s p r e c i s i o ns y s t e m r o o td e l a y s y s r o o t d e l a y c l o c ku p d a t e r o o td i s p e r s i o n s y s r o o t d i s p e r s i o n c l o c ku p d a t e r e f e r e n c ec l o c ki d e n t s y s f e t i dc l o c ku p d a t e r e f e r e n c et i m e s t a m p s y s 。r e f t i m e c l o c ku p d a t e 重庆邮电学院硕士论文 l o c a lc l o c ks y s c l o c k c l o c ku p d a t e c l o c ks o u r c e s y s p e e r s e l e c t i o n p o i ii n t e r v a l s y s p o l l l o c a lc l o c k c r y p t o g r a p h i ck e y s s y s ，k e y s a u t h e n t i c a t i o n 图2 4 系统变量总表 除了部分在公有变量中介绍过以外，表中还有两个前面未出现的变量，它 们是由操作系统使用的，目的是为了同步化本地时钟。 l o c a lc l o c k ( s y s c l o c k ) ：本地时钟。表示的是以时间戳格式表示的本地当前 时间。该本地时间来源于特殊机器的硬件时钟。 c l o c ks o u r c e ( s y s p e e r ) ：时钟源。这是一个当前时钟同步源的选择器。通常 这是个指针值，指向一个包含对等变量的结构。当其值为n u l l 时，表示当 前没有有效的时钟同步源。 3 对等变量 下表显示了所有的对等变量，共3 2 个。 对等变量名称调用过程 c o n f i g u r e db i tp e e r c o n f i g i n i t i a l i z a t i o n p e e ra d d r e s s p e e r p e e r a d d r r e c e i v e p e e rp o r t p e e l p e e r p o r t r e c e i v e h o s ta d d r e s s p e e r h o s t a d d r r e c e i v e h o s tp o r t p e e r h o s t p o r t r e c e i v e l e a pi n d i c a t o rp e e r 1 e a pp a c k e t m o d e p e e r m o d ep a c k e t s t r a t u m p e e r s t r a t u mp a c k e t p e e rp o l li n t e r v a l p e e r p e e r p o l lp a c k e t h o s tp o l l i n t e r v a l p e e r h o s t p o l lp a c k e t p r e c j s i o n p e e r p r e c i s i o np a c k e t r o o td e l a y p e e r r o o t d e l a yp a c k e t r o o td i s p e r s i o n p e e r r o o t d i s p e r s i o np a c k e t r e t e r e r c ec r o c ki d e n t p e e r 。r e f i dp a c k e t r e f e r e n c et i m e s t a m p p e e r r e f t i m ep a c k e t o r i g i n a t et i m e s t a m p p e e l o r gp a c k e ，c l e a r 重庆邮l u 学院硕：l ：论文 r e c e i v et i m e s t a m pp e e r r e c p a c k e t ，f e c t r a n s m i tt i m e s t a m p p e e r , x m t t r a n s m i t ，c l e a r u p d a t et i m e s t a m pp e e r u p d a t e f i l t e r , c l e a r r e a c h a b i l i t yr e g i s t e rp e e r r e a c hp a c k e t ，t r a n s m i t ，c l e a r p e e rt i m e r p e e r t i m e rr e c e i v e ，t r a n s m i t ，p o l lu p d a t e f i l t e rr e g i s t e r p e e r f i l t e r f i l t e r v a l i dd a t ac o u n t e r p e e r v a l i d t r a n s m i t d e l a y p e e r d e l a y f i l t e r o f f s e t p e e r o f f s e t f i l t e r d i s p e r s i o np e e r d i s p e r s i o n f i l t e r a u t h e n t i ce n a b l eb i t p e e r a u t h