ntp时钟同步系统应用分析

1、时钟同步必要性

在金融、通信计费、航天航空等诸多领域，依靠计算机自身提供的时钟数据远不能达到精准要求。产生时间偏差的原因是计算机时钟信号来源于自带的简单单晶振荡器，而晶振器振荡频率不仅与其形状、材料、切割方向等因素有关，还与温度变化、电压、芯片老化等因素有关，因无法保证振荡频率与标准频率一致，故出现了时间偏差。

为消除因时间差异带来的问题，就需要对线上有关设备，如数据库服务器、应用服务器、核心网络设备等进行时间同步，NTP时钟同步系统是将网络上各种设备或者计算机的时钟进行同步校准。

2、NTP概述

NTP则是一个跨越广域网或局域网的复杂同步时间协议，除可估算封包在网络上的往返延迟外，还可独立估算出计算机时钟偏差，从而实现网络上的高精准度计算机校时，使网络中的计算机保持时间同步。

该协议最早由美国特拉华大学Mills教授于1985年提出，1988年6月对外正式发布首版NTP规则（networktimeprotocolversion1，NTPv1），经过约20a的发展，2010年6月推出NTPv4，其标准化文档为RFC5905。NTPv3实现了对操作系统的时钟同步，将系统时间精度提高到微秒级；NTPv4在继承前一版本的基础上，对本地时钟算法、通信模式、新的时钟驱动器等进行了改进，系统的兼容性及跨平台能力更强、网络时间同步技术精度更高，局域网中时间同步精度可达0.1ms，互联网中可达毫秒级精度。

3、SNTP介绍

SNTP是NTP的一个子集，属NTP协议的简化版，1992年面世，1996年推出SNTPv4，其时间同步精度可达秒级，大多数情况下已能满足实际应用。通常用于局域网上若干台主机通过互联网与其他NTP主机同步时钟，接着再向局域网内其他客户端提供时间同步服务。SNTP一般使用用户数据报协议（userdatagramprotocol，UDP）的123端口，可跨平台使用，是现在架设网络时间服务器的主流协议。

与NTP协议相同，SNTP有3种工作模式：客户端/服务器模式、主/被动对称模式、单/多播模式。其中，最典型的授时方式为第1种。客户端/服务器（Client/Server，C/S）模式是终端用户用于时间同步最常用的模式，其原理是客户机周期性地向服务器请求时间信息，服务器用来同步客户机时间但不被客户机同步。客户机使用时钟偏差来调整本地时钟，以使其时间与服务器时间同步；主/被动对称模式原理与前者稍有不同，区别是双方均可同步对方的时间服务器；单/多播模式多用于高速广域网中，其原理是一台或多台时间服务器定时向某个网段广播和多播时间信息，目标节点以被动的方式接收信息调整本地主机的时间，通常用于网络延迟较小或对时间精度要求不高的地方。

4、NTP时钟同步系统授时方式

NTP时钟同步系统应用图

NTP是按照用户对时钟要求的精度及重要程度将时钟源划分为0~15级。层级的数值越小，其时间的精确度和重要性越高。0级时间源为官方保留层级，1级为主时钟源层，各自独立接收全球卫星定位系统（globalpositioningsystem，GPS）时间，定时向全球发布通用协调时间（universaltimecoordinated，UTC）代码，时钟源间不允许校正时间，其任务是向第2层级发布时钟信息，是整个授时系统的基准时间源，1、2层级NTP服务器通常由授时机构拥有和管理。NTP服务器相对上一级是客户端，相对下一级是服务器，在C/S模式下，同层级的NTP服务器不会相互授时。

5、ntp时钟同步系统厂家及产品介绍

SYN4505A型时钟同步系统采用铷原子钟作为内部时钟源，接收GPS北斗信号以及PTP/irig-b码等外部参考，可输出交直流IRIG-B码信号、1PPS秒脉冲、1PPM分脉冲、1PPH时脉冲、串口TOD时间信息信号、网络授时接口（PTP,NTP/SNTP等）及各种报警信息，整体采用插卡式机箱设计，用户可以根据现场情况来选择不同的板卡输出相对应的时钟信号。

西安同步电子科技有限公司拥有时频技术人才近20人，专业从事时钟同步系统的生产研发工作，目前已为国内数千家客户提供ntp时钟同步系统解决方案，并得到客户的好评，是国内少有的专业从事时频产品研发的高科技公司。

6、应用总结

在NTP时钟同步系统的设计应用的，GPS起到了巨大的作用。但由于GPS是美国研制的全球定位系统，可靠性低，给网络的安全性和可靠性带来不稳定因素，因此各通信网在进行同步时，往往采用两套同步装置由自主运行的铯原子钟组或铯原子钟组与卫星定位系统（GPS）组成，当GPS系统信号无法正常接收时，即使用系统内自主运行的原子钟。

但在新设计的时钟同步系统中，都已采用我国自研的北斗授时设备进行网络同步，随着北斗导航系统研制建设步伐的加快，我国的ntp时钟同步系统将会全面接收北斗卫星信号进行时钟同步。