1、引言：

隨著網(wǎng)絡(luò)的普及，許多單位都建了自己的園區(qū)網(wǎng)，使用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器日益增多。這些設(shè)備都有自己的時鐘，而且是可以調(diào)節(jié)的。但是無法保證網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備和主機的時間是同步的，因為這些時鐘每天會產(chǎn)生數(shù)秒、甚至數(shù)分鐘的誤差。經(jīng)過長期運行，時間差會越來越大，這種偏差在單機中影響不太大，但在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的應(yīng)用中可能會引發(fā)意想不到的問題。如在分布式計算環(huán)境中，由于每個主機時間不一致，會造成同一操作在不同主機的記錄時間不一致，將導(dǎo)致服務(wù)無法正常地進行。隨著各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷發(fā)展，對時間的要求也越來越高，時間不一致會引發(fā)許多問題。濟南唯尚電子有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的GPS衛(wèi)星時鐘源把這些問題統(tǒng)統(tǒng)解決。

2、NTP概述

將網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的各種設(shè)備或主機的時間信息(年月日時分秒)基于UTC(Universal Time Coordinated)時間偏差限定在足夠小的范圍內(nèi)(如100ms)，這種同步過程叫做時間同步。

目前，有兩種重要的時間同步技術(shù)，即網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(Network Time Protocol，NTP)和直接連接時間傳輸技術(shù)。其中直接連接時間傳輸技術(shù)，需要所有客戶端直接連接到標(biāo)準(zhǔn)時間源，不實用。NTP適用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，可以在一個無序的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下提供準(zhǔn)確和健壯的時間服務(wù)，方便實用。這里我們只討論基于NTP原理的時間同步技術(shù)和應(yīng)用。

3、NTP工作原理和應(yīng)用

3.1、NTP協(xié)議概述

NTP最早由美國Delaware大學(xué)的教授設(shè)計實現(xiàn)的，由時間協(xié)議、ICMP時間戳消息及IP時間戳選項發(fā)展而來。NTP用于將計算機客戶或服務(wù)器的時間同步到另一服務(wù)器或參考時鐘源。它使用UTC作為時間標(biāo)準(zhǔn)，是基于無連接的IP 協(xié)議和UDP協(xié)議的應(yīng)用層協(xié)議，使用層次式時間分布模型，所能取得的準(zhǔn)確度依賴于本地時鐘硬件的準(zhǔn)確度和對設(shè)備及進程延遲的嚴(yán)格控制。在配置時，NTP可以利用冗余服務(wù)器和多條網(wǎng)絡(luò)路徑來獲得時間的高準(zhǔn)確性和高可靠性。實際應(yīng)用中，又有確保秒級精度的簡單的網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(Simple Network Time Protocol，SNTP)。

3.2、NTP的工作原理

影響NTP 協(xié)議準(zhǔn)確度最關(guān)鍵的原因在于由網(wǎng)絡(luò)延遲的隨機性而引起的時鐘延遲計算的不準(zhǔn)確。由于延遲不準(zhǔn)確，所以無法依靠從時間服務(wù)器到客戶機的單邊傳輸來傳遞準(zhǔn)確的時間信息。為了解決這個問題，在NTP協(xié)議中使用時間服務(wù)器和客戶機之間的雙向信息交換和時間戳(timestamp)的概念。

  真實的時鐘偏差值是以測量所得的偏差值為中心的，而其可能的變化范圍則等長于測量所得的延遲。每一條NTP消息都包含3個時間戳，第4個時間戳則由消息的到達時刻確定。因此，服務(wù)器和客戶機都可以單獨確定時間偏移。這種對稱的連續(xù)采樣的時間傳輸方法的優(yōu)點是對發(fā)送和接受的消息的順序沒有要求，因此不需要可靠的傳輸途徑。很顯然，最終的準(zhǔn)確度將取決于發(fā)送和接受路徑的統(tǒng)計特性。

4. GPS衛(wèi)星時鐘源在校園網(wǎng)中的應(yīng)用

在我校校園網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，存在大量網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器和主機，它們承載了校園網(wǎng)中的計費、維護、管理等功能，對時間的準(zhǔn)確度需求比較高，要求在網(wǎng)絡(luò)之間傳遞的信息能夠在時間上保持高度一致。

GPS衛(wèi)星時鐘源在校園網(wǎng)內(nèi)的應(yīng)用主要集中在以下幾個方面：

4.1、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的日志審計：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)惡意攻擊行為或網(wǎng)絡(luò)故障問題時，需要網(wǎng)絡(luò)管理員根據(jù)有關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中產(chǎn)生的日志進行分析和判斷，以便于查找攻擊源和對網(wǎng)絡(luò)造成的危害及產(chǎn)生的原因。但是如果網(wǎng)絡(luò)中時間不能同步，那么同一個行為在不同設(shè)備中產(chǎn)生的日志將不能序列化，也就無法對這些問題進行分析和解決。另外當(dāng)網(wǎng)管中心采用多點日志記錄時，如果網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點時間不同步，也將造成日志記錄的混亂。若需要這些信息快速準(zhǔn)確進行故障定位，準(zhǔn)確的時間是必不可少的。

4.2、應(yīng)用認(rèn)證過程：校園網(wǎng)內(nèi)的一些應(yīng)用系統(tǒng)及以后要建的一卡通系統(tǒng)，在進行用戶認(rèn)證的時候，要求網(wǎng)絡(luò)中時間必須同步。因為認(rèn)證中的數(shù)字時間戳服務(wù)要求客戶端使用本地時間作為參數(shù)與認(rèn)證服務(wù)器端交換認(rèn)證信息包。如果不能做到網(wǎng)絡(luò)中的時間同步，那么系統(tǒng)就會遇到問題，而且認(rèn)證過程中還有可能受到攻擊。

4.3、與時間有關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)：嚴(yán)格要求記錄數(shù)據(jù)提交時刻的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)，必須保證提交時間的準(zhǔn)確性和不可更改性。另外，對客戶端進行限時操作的應(yīng)用系統(tǒng)也要求時間同步。

4.4、校園網(wǎng)備份系統(tǒng)：在備份服務(wù)器和客戶機之間進行增量備份要求這兩個系統(tǒng)之間的時間同步。

4.5、確保系統(tǒng)之間的遠程系統(tǒng)調(diào)用能夠正常進行：因為為了保證一個系統(tǒng)調(diào)用不會重復(fù)進行，該系統(tǒng)調(diào)用只在一個時間間隔內(nèi)有效。如果系統(tǒng)間的時鐘不同步，該系統(tǒng)調(diào)用可能在還沒有發(fā)生之前就因為超時而不能進行。

4.6、計費系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)計費系統(tǒng)中也要用到數(shù)字時間戳服務(wù)，所以也要求準(zhǔn)確的時間同步。

校園網(wǎng)中各種應(yīng)用系統(tǒng)及安全系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)推動了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器等對時間同步的需求。如果不能進行準(zhǔn)確的時間同步，我們就得花費大量的時間來解決各種各樣的可能會出現(xiàn)的問題。