网络时钟服务器在航海中心的应用

由我公司自主研发生产的网络时钟服务器在某交通航海保障中心投入使用。本文主要梳理了网络时钟服务器的应用，主要对网络设备应用统一状态下，存在的时间混乱问题，提出针对性的解决方案并进行说明。

由于近年来网络的高速增长，各种主机数量日益增加，其间文件传输、数据调查和安全稽查等应用都有时间同步的需求。目前计算机网络中各主机和服务器等网络设备中存在一个比较严重的问题，即它们的时间其本上处于无序状态。因此，网络中计算机的时间同步问题已成为必须去面对并解决的问题。怎样实现一个精确的系统时间作为依据变得尤为重要。

同时，此次交通处由于之前时间同步设备出错，急需要换一套可靠性强，安全系数较高，准确性，可维护的时间统一设备。

上述问题的解决方法，就是需要一个能调整时间抖动率，建立一个即时缓和、调整时间变化，并为服务器提供准确、稳定时间的时间管理的设备，这就是网络时钟服务器。

一、网络时钟服务器的概述

网络时钟服务器是目前应用比较广泛的时间同步设备，它是为因特网内的计算机时钟能够与网络时间同步化而设计的的协议。网络时钟服务器不但能修正单一工作站的时钟，还包含了整个网络。

网络服务器是利用NTP的一种服务器，通过它可以使网络中的机器维持时间同步。NTP是由美国德拉瓦大学于1985年提出，除了可以估算封包在网络上的往返延迟外，还可独立地估算计算机时钟偏差，从而实现在网络上的高精准度计算机校时，它是设计用来在Internet上使不同的机器能维持相同时间的一种通讯协定。

NTP协议相当的复杂，定义了一个层状式的主从结构，并分成数层。这样可以建立一台区域主机，由它连结到主要的服务器，其它主机的时钟和这台区域主机同步即可。在大多数的地方，NTP可以提供1-50ms的可信赖性同步时间源和网络工作路径。

它应用于因特网中计算机时钟的同步，它提供广泛的以接近国家时间和频率的服务，组织时间子网的时间同步和调整子网中的地方性时钟。

NTP协议自动机在事件、状态、转变功能和行为方面给出了明确的说明。它以合适的算法增强时钟的准确性，并且减轻多个由于同步源而产生的差错，实现了准确性低于毫秒的时间服务，以满足目前因特网中路径量测的需要。

二、网络时钟服务器

网络时钟服务器以层状结构形成时间同步系统。本次为解决交通航海保障处时间同步出错的问题，选择是我公司升级后的网络时钟服务器，型号为SYN2151型NTP时间同步服务器。

本款设备，在原有网络时钟服务器的基础上升级10M/100M/1000M网口自适应，大幅度提高各项性能指标，并**设计，运行可靠，整个设备在系统投入应用的简易拓扑图如下：

如图所示，网络时钟服务器通过与卫星通讯，获取标准的时间信息，再传递给计算机等通讯设备。由于行业保密性，对这一方面我们不做过多说明，如需了解详情，可咨询我公司业务人员。

三、网络时钟服务器的发展现状

1、   网络时间协议NTP同步中的主机和路由器的时间。

2、   目前Internet中分布着超过100000的NTPpeers，它们为全世界提供时间服务。

3、   理论上，为主机提供的准确性，在WAN中可以低于10毫秒，在LAN中可以低于1毫秒；在精确的时间源，如铯振荡器或者GPS接收器时，精确度可以达到微秒级

四、网络时钟服务的应用领域

1、网络故障的隔离、报告和恢复。

2、网络监控、测量与控制。

3、分布式多媒体流的同步。

4、确保系统之间的远程系统调用（PRC）能够正常进行，防止重播，维护序列号的**性。

五、网络时钟服务器的系统结构

NTP的层状结构

1、一级服务器通过广播、卫星或者调制解调器与国家标准时间同步。

2、二级服务器和客户通过层状结构与一级服务器实现时间同步。

3、客户与服务器之间以主从、对称或者广播的模式进行通讯，可选择加密认证或不认证。

4、可靠性有赖于服务器的冗余性和网络路径的多样性。

5、工程算法可以减少抖动，减轻多时间来源引起的误差并避免错误的服务器操作。

6、通过针对网络时间的抖动和时间振荡器频率的wander而设计的适应性算法，使得系统时间和频率能够与权威时间保持同步。

六、网络时钟服务器的实现

1、网络时间同步的三种时间源

无线时钟：服务器系统可以通过串口连接一个无线时钟。无线时钟接收GPS（全球卫星定位系统）的卫星发射的信号来决定当前时间。无线时钟是一个非常精确的时间源，但是需要花一定的费用。

时间服务器：还可以使用网络中的NTP时间服务器，通过这个服务器来同步网络中的系统的时钟。

局域网内的同步：如果只是需要在本局域网内进行系统间的时钟同步，那么就可以使用局域网中任何一个系统的时钟。你需要选择局域网中的一个节点的时钟作为“权威的”的时间源，然后其它的节点就只需要与这个时间源进行时间同步即

可使用这种方式，所有的节点都会使用一个公共的系统时钟，但是不需要和局域网外的系统进行时钟同步。如果一个系统在一个局域网的内部，同时又不能使用无线时钟，这种方式是最好的选择。

2、网络时钟服务器的三种工作模式

Sever/Client mode：用户向一个或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。

Multicast/Broadcast mode：此种模式适用于用在高速的LAN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。

Symmetric mode：两个以上的Server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subnet的时间一致性。

3、网络时钟服务器的两种调整方式

一次式调整法：直接将时钟偏差值加到本地计算机时钟上，虽然能快速达到时间同步目的，但会引起抖动的副作用。

逐渐式调整法：用锁相回路原理间接而缓慢地调整本地计算机时钟，以避免引起抖动。虽然达到时间同步比较耗时，却是较好的时钟调整方式。

七、结论与展望

目前，基于NTP的网络时钟服务器已经相当普及，加之网络发展与规范化对时间同步的要求越来越多，时间服务变得尤为重要。

此次，我们投入到交通航海保障处的SYN2151型NTP时钟同步服务器已经正常运行，并以得到客户满意的响应，后期会持续观望。