于建鋒

摘 要：空中交通管制量隨著不斷快速增長(zhǎng)的航班量不斷加大，使得各種管制綜合信息管理系統(tǒng)在整個(gè)空中交通管制中的重要性越發(fā)明顯。目前，民航中南地區(qū)空管局區(qū)域管制中心應(yīng)用了大量的管制綜合信息管理系統(tǒng)（包括前置系統(tǒng)、FIPS系統(tǒng)、協(xié)同放行與協(xié)同決策系統(tǒng)等；以下簡(jiǎn)稱管綜系統(tǒng)）。從空中交通管制的實(shí)際需要出發(fā)，各個(gè)管綜系統(tǒng)服務(wù)器的系統(tǒng)時(shí)鐘與標(biāo)準(zhǔn)北京時(shí)間需要盡可能地保持一致。如何保證管綜系統(tǒng)服務(wù)器的系統(tǒng)時(shí)鐘的可靠同步，是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。因沒(méi)有對(duì)管綜系統(tǒng)服務(wù)器的系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行保護(hù)，出現(xiàn)過(guò)因時(shí)鐘源服務(wù)器時(shí)間跳變導(dǎo)致的各管綜系統(tǒng)服務(wù)器無(wú)法正常對(duì)外提供服務(wù)的故障。文章作者通過(guò)應(yīng)用NTP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)管綜系統(tǒng)服務(wù)器的系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行保護(hù)這一目標(biāo)。文章介紹了NTP（Network Time Protocol）協(xié)議的相關(guān)知識(shí)，給出了管綜系統(tǒng)服務(wù)器在域環(huán)境下的配置方法以及注意要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：NTP；系統(tǒng)時(shí)鐘保護(hù)；時(shí)間同步；管制綜合信息系統(tǒng)

1 NTP的原理和工作模式

NTP（Network Time Protocol）是由美國(guó)德拉瓦大學(xué)的David L. Mills教授提出，將計(jì)算機(jī)服務(wù)器或客戶端的時(shí)間同步到另一個(gè)參考時(shí)間源或服務(wù)器。NTP協(xié)議的詳細(xì)說(shuō)明在RFC-1305文檔中。除可以估算封包在網(wǎng)絡(luò)上的往返延遲外，NTP還可獨(dú)立地估算計(jì)算機(jī)時(shí)鐘偏差，從而實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上的高精準(zhǔn)度計(jì)算機(jī)校時(shí)。目前在局域網(wǎng)中可以精確到0.1ms，一般情況下，NTP可以提供1-50ms的可信賴性的同步時(shí)間源和網(wǎng)絡(luò)工作路徑。

1.1 NTP的基本原理

T1：NTP客戶端發(fā)送查詢請(qǐng)求數(shù)據(jù)包的時(shí)間戳（以客戶端本地時(shí)間系統(tǒng)為基準(zhǔn)）

T2：NTP服務(wù)器收到查詢請(qǐng)求數(shù)據(jù)包的時(shí)間戳（以服務(wù)器本地時(shí)間系統(tǒng)為基準(zhǔn)）

T3：NTP服務(wù)器回復(fù)時(shí)間信息包的時(shí)間戳（以服務(wù)器本地時(shí)間系統(tǒng)為基準(zhǔn)）

T4：NTP客戶端收到時(shí)間信息包時(shí)間戳（以客戶端本地時(shí)間系統(tǒng)為基準(zhǔn)）

d：請(qǐng)求、回復(fù)數(shù)據(jù)包在線路上傳輸所需要的時(shí)間

θ：客戶端本地時(shí)間與服務(wù)器端本地時(shí)間的差值

現(xiàn)已知T1、T2、T3、T4，希望求得θ以調(diào)整客戶端時(shí)鐘有：

則可解得：

可以看到，θ、d值只與T2與T1的差值、T4與T3的差值相關(guān)，而與T2與T3的差值無(wú)關(guān)，即θ值與服務(wù)器處理請(qǐng)求所需的時(shí)間無(wú)關(guān)。據(jù)此，客戶端即可通過(guò)T1、T2、T3、T4計(jì)算出客戶端與服務(wù)器的時(shí)差θ去調(diào)整客戶端本地的時(shí)鐘，從而得到與服務(wù)端一致的精準(zhǔn)時(shí)鐘。

1.2 NTP的工作模式

NTP的工作模式分為三種，分別是：主/被動(dòng)對(duì)稱模式；客戶/服務(wù)器模式和廣播模式。在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，常用的工作模式為廣播模式。通過(guò)NTP時(shí)鐘源服務(wù)器為各個(gè)NTP客戶端提供時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘源服務(wù)器不論客戶處于哪種工作模式下，主動(dòng)發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)，NTP客戶端根據(jù)收到的時(shí)間信息調(diào)整客戶端的時(shí)鐘，此時(shí)忽略數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)引起的延時(shí)，雖然在準(zhǔn)度上有所降低，但可在局域網(wǎng)中滿足精準(zhǔn)度要求低于秒級(jí)的應(yīng)用。

2 管綜系統(tǒng)服務(wù)器在域環(huán)境下的配置方法

目前，管綜系統(tǒng)服務(wù)器都是建立在Windows Server操作系統(tǒng)上的。Windows 操作系統(tǒng)包含 W32Time組件，該組件實(shí)現(xiàn)了NTP協(xié)議。在Windows操作系統(tǒng)的系統(tǒng)服務(wù)中，Windows Time系統(tǒng)服務(wù)通過(guò)W32Time組件維護(hù)在網(wǎng)絡(luò)上的客戶端和服務(wù)器的時(shí)間和日期同步。通過(guò)對(duì)Windows Time系統(tǒng)服務(wù)的正確配置，可以讓各個(gè)管綜系統(tǒng)服務(wù)器從域服務(wù)器接收準(zhǔn)確的時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的同步；且在域服務(wù)器出現(xiàn)大幅度的時(shí)間跳變時(shí)，拒絕跟隨域服務(wù)器的時(shí)鐘，保護(hù)管綜系統(tǒng)服務(wù)器的時(shí)鐘不受影響。

2.1 W32Time服務(wù)的開(kāi)啟

在Windows Server 2008以及Windows Server 2012中，Windows Time系統(tǒng)服務(wù)默認(rèn)情況下是跟隨操作系統(tǒng)自動(dòng)啟用的?？赏ㄟ^(guò)命令行直接開(kāi)啟時(shí)間服務(wù)，具體的指令為：net stop w32time &&net start w32time。

2.2 管綜系統(tǒng)服務(wù)器的配置方法

目前管綜系統(tǒng)各服務(wù)器都納入前置、FIPS域，接受前置、FIPS域管理服務(wù)器的管理。按照Windows操作系統(tǒng)的域管理策略，管綜各服務(wù)器定期接收并跟隨域服務(wù)器發(fā)布的時(shí)鐘。管綜系統(tǒng)各服務(wù)器的接收時(shí)鐘服務(wù)的方式采用了缺省配置，缺少自我保護(hù)機(jī)制，設(shè)置為直接跟隨域服務(wù)器的時(shí)鐘，如果域服務(wù)器時(shí)鐘意外情況出現(xiàn)巨變，也會(huì)跟隨，導(dǎo)致管綜服務(wù)器時(shí)鐘巨變。2016年1月20日管綜系統(tǒng)域控虛擬機(jī)DC1的系統(tǒng)時(shí)間跟隨了物理刀片硬件BIOS時(shí)間，發(fā)生了系統(tǒng)時(shí)間跳變。由于虛擬機(jī)DC1作為前置、FIPS域的域管理服務(wù)器，因此在虛擬機(jī)DC1的系統(tǒng)時(shí)間發(fā)生跳變后，部分管綜系統(tǒng)的服務(wù)器由于時(shí)間同步的作用，也相繼發(fā)生了系統(tǒng)時(shí)間跳變的故障。

將管綜服務(wù)器的時(shí)鐘服務(wù)配置為只接收域服務(wù)器提供的合理范圍內(nèi)的時(shí)鐘變更要求（比如5秒-600秒內(nèi)）；如域服務(wù)器出現(xiàn)時(shí)鐘跳變，導(dǎo)致提供了超出合理范圍的時(shí)鐘變更要求，則拒絕跟隨域服務(wù)器的時(shí)鐘。保持原有的時(shí)鐘以避免因域服務(wù)器的時(shí)鐘跳變，影響該臺(tái)管綜服務(wù)器的時(shí)鐘。

對(duì)管綜服務(wù)器的注冊(cè)表的如下所示的注冊(cè)表項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置：

HKEY_LOCAL_MACHINE＼SYSTEM＼CurrentControlSet＼services＼W

32Time＼Config中的MaxNegPhaseCorrection、MaxPosPhaseCorrection將其值設(shè)定為600。（該設(shè)置以s為單位，如本地時(shí)鐘與域服務(wù)器時(shí)鐘誤差在600s內(nèi)，則本地時(shí)鐘跟隨域服務(wù)器時(shí)鐘；如誤差超過(guò)600s，則本地時(shí)鐘不跟隨域服務(wù)器時(shí)鐘）

將MaxAllowedPhaseOffset的值設(shè)定為5，（該配置以s為單位，如本地時(shí)鐘與域服務(wù)器時(shí)鐘誤差在5s內(nèi)，則本地時(shí)鐘不按照域服務(wù)器時(shí)鐘進(jìn)行更新；如誤差超過(guò)5s，則本地時(shí)鐘跟隨域服務(wù)器時(shí)鐘修改本地時(shí)間）

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的驗(yàn)證，上述配置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)管綜服務(wù)器的時(shí)鐘保護(hù)這一目標(biāo)。通過(guò)對(duì)管綜服務(wù)器的正確配置能夠保護(hù)管綜系統(tǒng)服務(wù)器在設(shè)定的范圍內(nèi)正常地跟隨域服務(wù)器的時(shí)鐘；且在域服務(wù)器出現(xiàn)時(shí)鐘跳變超出設(shè)定范圍時(shí)，能夠保護(hù)管綜系統(tǒng)服務(wù)器的時(shí)鐘不跟隨時(shí)鐘源時(shí)鐘跳變。

參考文獻(xiàn)

[1]張紅，王志強(qiáng).NTP協(xié)議及其在電信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J].工業(yè)，2004.

[2]RFC 1305. Network Time Protocol（Version 3）Specification，Implementation and Analysis，1992.

[3]RFC 1769.Simple Network Time Protocol（SNTP），1995.

[4]傅宇峰.時(shí)間同步系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用[J].華為技術(shù)報(bào)，2002.