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NTP协议介绍652013-06-1914336050:50 (转载
SNTP协议原理
SNTP是简单网络时间协议的简称，是目前互联网上实现时间同步的重要工程方法。 本文对SNTP协议的工作原理、工作模式、时间戳形式、信息帧形式进行了研究，最后对SNTP协议的应用提出了有益的建议。
关键字：SNTP； 时间同步； 时间戳形式； 消息格式
title analysis for sntp协议
Abstract:
sntpisabbreviationforsimplenetworktimeprotocol.atpresentitisanimportantengineeringmethodfortimesynchronizationininternet.ternet 模式，timestamp格式，消息格式of sntp，finallywegivesomeadviceforapplication。
Key words: SNTP； 时间同步化； timestamp format； 消息格式
引言0
在电力通信、通信费用、分布式网络计算和天气预报等需要精确时间同步的情况下，计算机本身提供的时钟信号是不够的。 据统计，计算机时间与国际标准时间的偏差在1分钟以上的占90%以上。 这是因为计算机时钟信号来源于自带的简单晶体振荡器，该晶体振荡器守时性差，调整时间后一般每天有几秒钟的时间漂移。 上述对APP应用时间精度的要求都是秒级的，而NTP协议是提供精确网络时间服务的重要途径。 NTP协议是广泛用于在互联网上同步计算机时钟的网络时间协议的简称。 NTP通过提供完整的机制访问国际标准时间，在大多数情况下，同步源和网络路径提供1-50MS的时间精度。
NTP协议需要复杂的算法来保证高精度，而在许多实际APP应用中，逐秒精度就足够了。 其中，SNTP协议问世。 它通过简化原始接入协议，在保证时间精度的前提下，便于网络时间的开发和应用。 SNTP主要减少了NTP协议的访问安全性、服务器自动迁移方面的部分。
SNTP协议的当前版本号为SNTP V4，与早期版本兼容。 更重要的是，SNTP与NTP协议具有互操作性。 这意味着SNTP客户可以与NTP服务器协同工作，NTP客户也可以从SNTP服务器接收时间信息。 这是因为NTP和SNTP的数据包格式相同，计算客户端时间、时间偏差和数据包往返延迟的算法也相同。 因此，NTP和SNTP实际上是不可分割的。
本文主要对SNTP协议进行分析，主要涉及协议的工作原理、工作模式、时间戳格式、消息格式，最后对SNTP协议的应用提出了一些建议。
1 SNTP协议的工作原理
SNTP协议采用客户/服务器的工作方式，服务器以GPS信号或自带的原子钟为系统时间基准，客户端通过定期访问服务器提供的时间服务获得准确的时间信息，调整自己的系统时钟，使网络客户与服务器的通信采用UDP协议，端口为123。 课程的原理可以用下图来说明。
图1 :授时原理图
T1:客户端发送查询请求的时间(请参见客户端时间系统) Originate Timestamp；
T2:服务器接收到查询请求的时间(参见服务器时间系统)被标记为接收时间表；
T3:服务器返回时间分组时间(见服务器时间系统)传输时间；
T4:客户收到时间包的时间(见客户的时间系统)标记为目标时间；
D1 )请求信息在互联网上传播之前所消耗的时间
D2 )回复信息在互联网上发布之前所消耗的时间
现在，已知T1、T2、T3、T4，为了调整客户时钟要求如下.
(1) ) ) )。
假设请求和回复在网上发布的时间相同，即D1=D2，则可以看到：
(2) ) ) )。
可见，d仅与T2T1差分、T3T4差分有关，与T2T3差分无关。 也就是说，最终结果与服务器处理请求所需的时间无关。 从而，客户端a能够在T1、T2、T3、T4计算时差来调整本地时钟。
2 SNTP协议工作模式
SNTP协议使用单播、广播或多播模式运行。 单播模式是客户端向预先指定的服务器地址发送请求，从服务器获取准确的时间、往返延迟和与服务器时间的偏差。 广播模式是一种广播服务器，定期向指定的广播地址发送时间信息，该地址中的服务器接收广播，但不发送请求。 组播模式扩展了广播模式，目的是协调一组地址未知的服务器。 在此模式下，多播客户端发送一个普
通的NTP请求给指定的广播地址，多个多播服务器在此地址上进行侦听。一旦收到一个请求信息，一个多播服务器就对客户返回一个普通的NTP服务器应答，然后客户依此对广播地址内剩下的所有服务器作同样的操作，最后利用NTP迁移算法筛选出最好的三台服务器使用。客户和服务器地址可以采用通常的IPV4或IPV6。IANA保留IPV4地址224.0.1.1，保留IPV6以：101结束的地址作为NTP广播或多播的地址。用户也可以根据具体情况，建立自己的地址空间，只要不与已经使用的地址空间冲突。
为了局限广播或多播服务占用太多的网络资源，调节多播信息IP头中的TTL值到一个合理的水平非常重要。只有在地址范围内的多播客户能接收到多播信息，只有在地址范围内的服务器组能够对客户的响应进行应答。在Internet上，SNTP广播或多播客户极易受到来自其它SNTP服务器的攻击，因此在Internet上使用该服务时，一定要采用访问控制和加密的措施。
3 SNTP数据格式
SNTP协议同其它的网络应用层协议一样，都具有一定的数据格式，它主要涉及时间的表示，即时间戳的格式，数据如何组帧在网络上传输，即信息帧格式。
3.1 SNTP时间戳格式
SNTP时间戳是该协议的重要产品，用来对时间进行精确表示。它由一个64位无符号浮点数组成，整数部分为头32位，小数部分为后32位；单位为秒，时间相对于1900年1月零点。它能表示的最大数字为4，294，967，295秒，同时具有232PS的精确性，这能满足最苛刻的时间要求。值得注意的是在1968年的某一个时间（2，147，483，648秒）时间戳的最高位已被设置为1，在2036年的某一个时间（4，294，967，295秒）64位字段将会溢出，所有位将会被置为零，此时的时间戳将会被视为无效。为了解决这一问题，尽量延长SNTP时间戳的使用时间，一种可能的办法为：如果最高位设置为1，UTC时间范围为1968-2036之间，时间计算起点从1900年1月0点0分0秒开始计算；如果最高位设置为0，UTC时间范围为2036-2104之间，时间计算起点从2036年2月7日6点28分16秒开始计算；
3.2 SNTP信息帧格式
SNTP协议是UDP协议的客户，它利用UDP的123端口提供服务，SNTP客户在设置请求信息时要把UDP目的端口设置为该值，源端口可以为任何非零值，服务器在响应信息中对这些值进行交换。同其它应用层协议一样，SNTP协议的数据通信也是按数据帧的格式进行，下图是对SNTP信息帧格式的描述：
图2：SNTP信息帧格式
LI：当前时间闰秒标志。字段长度为2位整数，只在服务器端有效。取值定义为：
LI=0：无警告；
LI=1：最后一分钟是61秒；
LI=2：最后一分钟是59秒；
LI=3：警告（时钟没有同步）
服务器在开始时，LI设置为3，一旦与主钟取得同步后就设置成其它值。
VN：版本号。字段长度为3位整数，当前版本号为4。
Mode：指示协议模式。字段长度为3位，取值定义为：
Mode=0：保留
Mode=1：对称主动；
Mode=2：对称被动；
Mode=3：客户；
Mode=4：服务器；
Mode=5：广播；
Mode=6：保留为NTP控制信息；
Mode=7：保留为用户定义；
在单播和多播模式，客户在请求时把这个字段设置为3，服务器在响应时把这个字段设置为4。在广播模式下，服务器把这个字段设置为5。
Stratum：指示服务器工作的级别，该字段只在服务器端有效，字段长度为8位整数。取值定义为：
Stratum=0：故障信息；
Stratum=1：一级服务器；
Stratum=2-15：二级服务器；
Stratum=16-255：保留；
Poll Interval：指示数据包的最大时间间隔，以秒为单位，作为2的指数方的指数部分，该字段只在服务器端有效。字段长度为8位整数，取值范围从4-17，即16秒到131,072秒。
Precision：指示系统时钟的精确性，以秒为单位，作为2的指数方的指数部分，该字段只在服务器端有效。字段长度为8位符号整数，取值范围从-6到-20。
Root Delay：指示与主时钟参考源的总共往返延迟，以秒为单位，该字段只在服务器端有效。字段长度为32位浮点数，小数部分在16位以后，取值范围从负几毫秒到正几百毫秒。
Root Dispersion：指示与主时钟参考源的误差，以秒为单位，该字段只在服务器端有效。字段长度为32位浮点数，小数部分在16位以后，取值范围从零毫秒到正几百毫秒。
Reference Identifier：指示时钟参考源的标记，该字段只在服务器端有效。对于一级服务器，字段长度为4字节ASCII字符串，左对齐不足添零。对于二级服务器，在IPV4环境下，取值为一级服务器的IP地址，在IPV6环境下，是一级服务器的NSAP地址。
Reference Timestamp：指示系统时钟最后一次校准的时间，该字段只在服务器端有效，以前面所述64位时间戳格式表示。
Originate Timestamp：指示客户向服务器发起请求的时间，以前面所述64位时间戳格式表示。
Transmit Timestamp：指示服务器向客户发时间戳的时间，以前面所述64位时间戳格式表示。
Authenticator（可选）：当需要进行SNTP认证时，该字段包含密钥和信息加密码。
4 SNTP服务器的基本工作过程
下面以最常用的SNTP工作模式-单播模式，来说明SNTP服务器的工作过程：
SNTP服务器在初始化时，Stratum字段设置为0，LI字段设置为3，Mode 字段设置为3，Reference Identifier字段设置为ASCII字符“INIT”，所有时间戳信息设置为0；
一旦SNTP服务器与外部时钟源取得同步后，进入工作状态，Stratum字段设置为1，LI字段设置为0，Reference Identifier字段设置为外部时钟源的ASCII字符，如“GPS”，Precision字段设置为-6到-20之间的一个数值，通常设置为-16。VN字段设置为客户端请求信息包的VN字段值，Root Delay和Root Dispersion字段通常设置为0，Reference Timestamp字段设置为从外部时钟源最新取得的时间，Originate Timestamp字段设置为客户请求包的Transmit Timestamp字段值，Transmit Timestamp字段设置为服务器发出时间戳给客户的时间。
SNTP服务器在工作过程中，如果与外部时钟源失去同步，Stratum字段设置为0，Reference Identifier字段设置为故障原因的ASCII字符，如：“LOST”，此时客户收到这个信息时，要丢弃服务器发给它的时间戳信息。
5 SNTP应用的建议
为了使SNTP更好地在网络中进行应用，尤其是在设计和管理有大量计算机需要授时的情况下，有以下建议：
尽量在本地局域网内部部署SNTP服务器，而不要采用Internet网上的公用SNTP服务器，因为Internet网络的时延不确定性，服务质量得得不到保证，会对授时的精度产生很大影响；
客户端对服务器的授时请求周期要大于1分钟，以免造成SNTP服务器资源迅速消耗，而不能及时响应客户的请求；
当网络中客户机数目大于500台时，应该配置多台SNTP服务器，以达到要求的授时精度。SNTP最多每秒种能同时响应500个请求，一旦超过这一数目，授时的精确度就得不到保证；
在需要高可靠授时的应用，最好配备多台SNTP服务器，利用DNS系统实现负载均衡和集群；
客户端应该能够识别服务器端的故障，一旦发现Stratum字段为0，应该立刻丢弃服务器发来的时间戳，转向其它服务器取时间，以避免授时错误；
6 结论
SNTP协议是目前网络上提供精确时间服务的一种有效手段，但是很少有人对它进行详细的分析，我们所作的工作对于开发者和网络管理人员来说都是非常有益的，对于开发者来说，能够根据协议开发自己的SNTP服务器，同时对SNTP协议的不足之处进行改进；对于网络管理者来说，在理解SNTP工作原理和方式的基础上，通过网络的优化，使SNTP服务发挥最佳的效能。