吳兆雄

摘要：目前有成百上千種氣象資料在全國(guó)氣象網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中傳輸，其中有多種資料需要進(jìn)行時(shí)效考核。為了提高資料傳輸?shù)臅r(shí)效性和可用性，中國(guó)氣象局在氣象網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中建立了時(shí)間同步系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用NTP協(xié)議，采用服務(wù)器/客戶端的方式，為各業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時(shí)鐘源，確保了各系統(tǒng)內(nèi)時(shí)間的一致性和準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：NTP協(xié)議；服務(wù)器/客戶端；時(shí)鐘源

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）09-0076-02

中國(guó)氣象局統(tǒng)一授時(shí)服務(wù)建立的目的在于保持運(yùn)行在中國(guó)氣象局骨干網(wǎng)絡(luò)上和全國(guó)寬帶網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備及應(yīng)用時(shí)間精確和統(tǒng)一。隨著中國(guó)氣象局網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及應(yīng)用的發(fā)展，在中國(guó)氣象局?jǐn)?shù)據(jù)及通訊網(wǎng)絡(luò)上承載的業(yè)務(wù)量越來(lái)越大，部署在寬帶網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器的數(shù)量也越來(lái)有多。中國(guó)氣象局網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用延伸到省、地市及縣站。在這樣一個(gè)大型的網(wǎng)絡(luò)里保持網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器時(shí)間的同步和精確極其重要。

中國(guó)氣象局統(tǒng)一授時(shí)系統(tǒng)的授時(shí)范圍包括中國(guó)氣象骨干網(wǎng)絡(luò)和全國(guó)寬帶通信網(wǎng)絡(luò)。只要網(wǎng)絡(luò)可達(dá)，就可以接受中國(guó)氣象局統(tǒng)一授時(shí)服務(wù)的授時(shí)。（網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、應(yīng)用、安防設(shè)備等）

1 NTP協(xié)議介紹

1.1 NTP協(xié)議

RFC（Request For Comments）1305定義了時(shí)間同步協(xié)議NTP（Network Time Protocol，網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議），此協(xié)議用于在客戶端和時(shí)間同步服務(wù)器之間進(jìn)行時(shí)間同步。NTP使用很小的通信帶寬和資源開(kāi)銷(xiāo)。NTP使用的協(xié)議為UDP，端口號(hào)為123。NTP數(shù)據(jù)包的凈長(zhǎng)度為72個(gè)字節(jié)（V4）；在IP層分別為84個(gè)字節(jié)（V4）。

NTP協(xié)議使用了比較復(fù)雜的算法，以達(dá)到高度精準(zhǔn)性的目的，但是在實(shí)際很多應(yīng)用中，秒級(jí)的精確度就足夠了，在這種背景下，產(chǎn)生了SNTP（Simple Network Time Protocol）協(xié)議，即簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議。SNTP協(xié)議簡(jiǎn)化原來(lái)的訪問(wèn)控制以及服務(wù)器遷移等方面的內(nèi)容，在保證時(shí)間精確度的前提下，SNTP保持了與NTP協(xié)議具有互操作性（兼容性）。

1.2 NTP工作過(guò)程和方式

1.2.1 NTP的工作過(guò)程

NTP在客戶機(jī)與服務(wù)器之間進(jìn)行通信。每次通信過(guò)程共計(jì)發(fā)送兩個(gè)數(shù)據(jù)包。首先客戶機(jī)會(huì)向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包提出通信請(qǐng)求，當(dāng)服務(wù)器接收到請(qǐng)求數(shù)據(jù)包后，回送一個(gè)數(shù)據(jù)包作為應(yīng)答。時(shí)間戳被寫(xiě)入兩個(gè)數(shù)據(jù)包。NTP根據(jù)時(shí)間戳來(lái)確定時(shí)間差和網(wǎng)絡(luò)延遲，完成校準(zhǔn)。

1.2.2 ntp基本原理

時(shí)鐘同步工作過(guò)程：

1） Device A（客戶端）發(fā)送一個(gè)NTP報(bào)文給Device B（服務(wù)器），該報(bào)文帶有時(shí)間戳，記錄它離開(kāi)客戶端時(shí)的時(shí)間，該時(shí)間戳的記錄為10：00：00am（T1）。

2） NTP報(bào)文到達(dá)服務(wù)器，服務(wù)器加上自己記錄的時(shí)間戳，該時(shí)間戳的記錄為11：00：01am（T2）。

3） NTP報(bào)文離開(kāi)服務(wù)器，服務(wù)器將加上自己記錄的時(shí)間戳，該時(shí)間戳的記錄為11：00：02am（T3）。

4） 當(dāng)客戶端接收到該回應(yīng)報(bào)文時(shí)，客戶端的本地時(shí)間的記錄為10：00：03am（T4）。

至此，客戶端就擁有了足夠的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算出兩個(gè)參數(shù)：

NTP報(bào)文的往返時(shí)延Delay=（T4-T1）-（T3-T2）。

客戶端相對(duì)服務(wù)器的時(shí)間差offset=（（T2-T1）+（T3-T4））/2。

這樣，客戶端就能夠使用這些信息調(diào)整自己的時(shí)鐘，達(dá)到與服務(wù)器時(shí)鐘同步。

1.2.3 NTP工作方式

1） 客戶機(jī)和服務(wù)器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式。

2） 服務(wù)器對(duì)多個(gè)客戶機(jī)的廣播/多播方式。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，精度較高；廣播/多播方式下，精度相對(duì)較低。

2 中國(guó)氣象局統(tǒng)一授時(shí)服務(wù)（全國(guó)氣象寬帶網(wǎng)NTP系統(tǒng)）

2.1 國(guó)家級(jí)授時(shí)系統(tǒng)建設(shè)

國(guó)家氣象信息中心在國(guó)家級(jí)配置了2臺(tái)硬件時(shí)鐘服務(wù)器，作為整個(gè)中國(guó)氣象局網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一授時(shí)系統(tǒng)的主時(shí)鐘源，在中國(guó)氣象局骨干網(wǎng)絡(luò)上部署2臺(tái)NTP服務(wù)器為局大院直屬單位提供授時(shí)服務(wù)。寬帶網(wǎng)DMZ去部署了2臺(tái)NTP服務(wù)器為全國(guó)氣象寬帶網(wǎng)絡(luò)提供授時(shí)服務(wù)。

國(guó)家級(jí)時(shí)間服務(wù)器（GPS、北斗）是硬件時(shí)間授時(shí)服務(wù)器，每個(gè)以太網(wǎng)授時(shí)端口都是一個(gè)獨(dú)立的單片機(jī)，相互獨(dú)立，每個(gè)單片機(jī)間沒(méi)有任何通信。運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)硬盤(pán)和電扇，無(wú)故障時(shí)間長(zhǎng)。

2.2 省級(jí)授時(shí)系統(tǒng)建設(shè)

各省級(jí)系統(tǒng)也分別配置了2臺(tái)時(shí)鐘服務(wù)器，分別部署在各省寬帶網(wǎng)DMZ區(qū)一臺(tái)；各省級(jí)局域網(wǎng)一臺(tái)。各省寬帶網(wǎng)DMZ區(qū)時(shí)鐘服務(wù)器通過(guò)全國(guó)氣象寬帶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)直接與國(guó)家級(jí)寬帶網(wǎng)DMZ去時(shí)鐘服務(wù)器校時(shí)。該服務(wù)器授時(shí)對(duì)象為升級(jí)DMZ區(qū)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器授時(shí)，另外為部署在省內(nèi)網(wǎng)的NTP服務(wù)器校時(shí)；省局域網(wǎng)內(nèi)部的NTP服務(wù)器為為本省局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)應(yīng)用系統(tǒng)和地市級(jí)及縣級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)提供時(shí)間同步服務(wù)。

3 NTP服務(wù)器相關(guān)配置

3.1 編輯 /etc/ntp.conf 文件

使用restrict這個(gè)參數(shù)來(lái)設(shè)定權(quán)限，語(yǔ)法為：

Restrict IP 子網(wǎng)掩碼 參數(shù)

其中的IP可以是IP地址或者是default，default是指所有IP

參數(shù)有下面幾個(gè)：

ignore：關(guān)閉所有NTP的聯(lián)機(jī)服務(wù)。

nomodify：客戶端可通過(guò)服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)校時(shí)。

notrust：不信任的客戶端子網(wǎng)。

notrap：關(guān)閉trap遠(yuǎn)程登陸功能。

noquery：關(guān)閉客戶端時(shí)間查詢功能。

注意：如果沒(méi)有設(shè)定參數(shù)，那就表示沒(méi)有限制任何IP或者子網(wǎng)。

Server：設(shè)定上級(jí)時(shí)間服務(wù)器的IP地址或者域名，如果在該參數(shù)的后面加上 prefer，表示NTP服務(wù)器以該部主機(jī)的時(shí)間為主進(jìn)行校準(zhǔn)。

Driftfile：由于ntp server本身的時(shí)間是依據(jù)bios芯片震動(dòng)周期頻率計(jì)算的，與上層ntp server不完全一致，兩者頻率的誤差記錄在該文件中。數(shù)值單位為百萬(wàn)分之一秒。

ntp.conf文件舉例：

restrict default ignore #關(guān)閉所有NTP的聯(lián)機(jī)服務(wù)

restrict 127.0.0.1 # 開(kāi)啟本地網(wǎng)絡(luò)接口

restrict default modify notrap #允許任何IP的客戶機(jī)進(jìn)行時(shí)間同步

restrict 10.10.10.2 #賦予某個(gè)server權(quán)限以訪問(wèn)ntp服務(wù)

restrict 192.168.0.0 mask 255.255.255.0 nomodify #允許某個(gè)網(wǎng)段的客戶端可以進(jìn)行校時(shí)。

server 10.10.10.2 prefer # 設(shè)定10.10.10.2為上級(jí)時(shí)間服務(wù)器

server 10.10.10.3 #設(shè)定10.10.10.3為上級(jí)時(shí)間參考服務(wù)器

peer 10.10.22.43 #同級(jí)時(shí)間服務(wù)器

driftfile /var/lib/ntp/drift #兩者頻率的誤差，數(shù)值單位為百萬(wàn)分之一秒

logfile /var/log/ntpd.log

3.2 啟動(dòng)ntp服務(wù)

service ntpd start 開(kāi)機(jī)啟動(dòng)服務(wù)

#chkconfig ntpd on

#/etc/init.d/ntpd start

#/etc/init.d/ntpd stop

#/etc/init.d/ntpd restart

4 用戶端授時(shí)配置（linux、windows及l(fā)inux時(shí)間相關(guān)）

4.1 linux時(shí)間同步客戶端配置

方法1：linux用戶端可以啟動(dòng)本機(jī)NTP服務(wù)來(lái)校準(zhǔn)本機(jī)時(shí)間，（本機(jī)作為下一級(jí)NTP服務(wù)來(lái)為本機(jī)校準(zhǔn)的系統(tǒng)和硬件時(shí)鐘）

方法2：用戶端也可以在命令行下鍵入命令來(lái)及時(shí)更新和校準(zhǔn)時(shí)間

/usr/sbin/ntpdate ntp_serve //ntp_server 為所配時(shí)間服務(wù)器地址

方法3：?jiǎn)?dòng)crond定時(shí)作業(yè)來(lái)更新校準(zhǔn)系統(tǒng)時(shí)間

Linux操作系統(tǒng)用戶端可以啟動(dòng)crond定時(shí)作業(yè)來(lái)為本機(jī)更新校準(zhǔn)時(shí)間：

[root@super root]# crontab -e

添加以下內(nèi)容，每天在12：00更新時(shí)間：

0 12 * * */usr/sbin/ntpdate ntp_server//ntp_server 為所配時(shí)間服務(wù)器地址

可以根據(jù)具當(dāng)?shù)貙?shí)際情況來(lái)確定什么時(shí)間校時(shí)以及校時(shí)的頻率。

基本格式 ：

* * * * * command

分時(shí)日月周命令

4.2 windows（wingdowsXP、windows2003）時(shí)間同步客戶端配置

1） w32tm 進(jìn)程已經(jīng)啟動(dòng)（計(jì)算機(jī)管理—服務(wù)和應(yīng)用程序）

2） 組策略：（計(jì)算機(jī)本地策略—計(jì)算機(jī)配置—Windows時(shí)間服務(wù)—時(shí)間提供程序）

3） 雙擊系統(tǒng)托盤(pán)右下方的時(shí)間，點(diǎn)擊“更改時(shí)間和日期設(shè)置”，點(diǎn)擊“Internet時(shí)間”選項(xiàng)卡，點(diǎn)擊“更改設(shè)置”，在服務(wù)器欄目里選擇系統(tǒng)自帶的服務(wù)器或輸入時(shí)間服務(wù)器IP地址，點(diǎn)擊“確定”保存配置。點(diǎn)擊“立即更新”可以馬上進(jìn)行一次時(shí)間同步。

系統(tǒng)默認(rèn)的自動(dòng)時(shí)間同步的間隔是7天，我們可以修改注冊(cè)表相應(yīng)項(xiàng)的數(shù)值來(lái)縮短系統(tǒng)自動(dòng)同步的時(shí)間間隔以提高時(shí)間同步精度。

在開(kāi)始菜單的運(yùn)行中輸入“Regedit”，進(jìn)入注冊(cè)表編輯器，

HKEY_LOCAL_MACHINE＼SYSTEM＼CurrentControlSet＼Services＼W32Time＼TimeProviders＼NtpClient –SpecialPollinterval，數(shù)值單位為秒。

Windows（windowsXP、windows2003）操作系統(tǒng)提供了命令行方式，手工更新校準(zhǔn)系統(tǒng)時(shí)間和設(shè)置NTP服務(wù)。

Windows Time系統(tǒng)服務(wù)：

Net stop win32time

Net start win32time

w32tm [/？ | /register | /unregister ]）

register - 服務(wù)注冊(cè)，并且將默認(rèn)配置添加到注冊(cè)表中。

unregister - 清除服務(wù)注冊(cè)，并且將注冊(cè)表中的配置刪除。

參數(shù)用法：

w32tm /resync （操作系統(tǒng)將立刻到系統(tǒng)配置的時(shí)間服務(wù)器上校準(zhǔn)時(shí)間）

w32tm –s （wingdows2000操作系統(tǒng)）

Net time /setsntp： NT服務(wù)器ip地址或域名

參考文獻(xiàn)：

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