目前我們應(yīng)用的軟件都會有服務(wù)器和客戶端，這也是兩種不同的技術(shù)，但對軟件來說又是相輔相成缺一不可的。如今，很多工作上都用到了通信技術(shù)，尤其是氣象行業(yè)，也需要通過通訊傳輸來獲取最新的天氣動態(tài)。本文是一篇河北核心期刊投稿論文范文，文章論述了基于NTP 協(xié)議的統(tǒng)一授時間系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

 　　摘要：目前有成百上千種氣象資料在全國氣象網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中傳輸，其中有多種資料需要進(jìn)行時效考核。為了提高資料傳輸?shù)臅r效性和可用性，中國氣象局在氣象網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中建立了時間同步系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用NTP協(xié)議，采用服務(wù)器/客戶端的方式，為各業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時鐘源，確保了各系統(tǒng)內(nèi)時間的一致性和準(zhǔn)確性。

　　關(guān)鍵詞：NTP協(xié)議,服務(wù)器/客戶端,時鐘源

　　中國氣象局統(tǒng)一授時服務(wù)建立的目的在于保持運(yùn)行在中國氣象局骨干網(wǎng)絡(luò)上和全國寬帶網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備及應(yīng)用時間精確和統(tǒng)一。隨著中國氣象局網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及應(yīng)用的發(fā)展，在中國氣象局?jǐn)?shù)據(jù)及通訊網(wǎng)絡(luò)上承載的業(yè)務(wù)量越來越大，部署在寬帶網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器的數(shù)量也越來有多。中國氣象局網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用延伸到省、地市及縣站。在這樣一個大型的網(wǎng)絡(luò)里保持網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和應(yīng)用服務(wù)器時間的同步和精確極其重要。

　　中國氣象局統(tǒng)一授時系統(tǒng)的授時范圍包括中國氣象骨干網(wǎng)絡(luò)和全國寬帶通信網(wǎng)絡(luò)。只要網(wǎng)絡(luò)可達(dá)，就可以接受中國氣象局統(tǒng)一授時服務(wù)的授時。(網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、應(yīng)用、安防設(shè)備等)

　　1 NTP協(xié)議介紹

　　1.1 NTP協(xié)議

　　RFC(Request For Comments)1305定義了時間同步協(xié)議NTP(Network Time Protocol，網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議)，此協(xié)議用于在客戶端和時間同步服務(wù)器之間進(jìn)行時間同步。NTP使用很小的通信帶寬和資源開銷。NTP使用的協(xié)議為UDP，端口號為123。NTP數(shù)據(jù)包的凈長度為72個字節(jié)(V4);在IP層分別為84個字節(jié)(V4)。

　　NTP協(xié)議使用了比較復(fù)雜的算法，以達(dá)到高度精準(zhǔn)性的目的，但是在實(shí)際很多應(yīng)用中，秒級的精確度就足夠了，在這種背景下，產(chǎn)生了SNTP(Simple Network Time Protocol)協(xié)議，即簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議。SNTP協(xié)議簡化原來的訪問控制以及服務(wù)器遷移等方面的內(nèi)容，在保證時間精確度的前提下，SNTP保持了與NTP協(xié)議具有互操作性(兼容性)。

　　1.2 NTP工作過程和方式

　　1.2.1 NTP的工作過程

　　NTP在客戶機(jī)與服務(wù)器之間進(jìn)行通信。每次通信過程共計(jì)發(fā)送兩個數(shù)據(jù)包。首先客戶機(jī)會向服務(wù)器發(fā)送一個數(shù)據(jù)包提出通信請求，當(dāng)服務(wù)器接收到請求數(shù)據(jù)包后，回送一個數(shù)據(jù)包作為應(yīng)答。時間戳被寫入兩個數(shù)據(jù)包。NTP根據(jù)時間戳來確定時間差和網(wǎng)絡(luò)延遲，完成校準(zhǔn)。

　　1.2.2 ntp基本原理

　　時鐘同步工作過程：

　　1) Device A(客戶端)發(fā)送一個NTP報(bào)文給Device B(服務(wù)器)，該報(bào)文帶有時間戳，記錄它離開客戶端時的時間，該時間戳的記錄為10：00：00am(T1)。

　　2) NTP報(bào)文到達(dá)服務(wù)器，服務(wù)器加上自己記錄的時間戳，該時間戳的記錄為11：00：01am(T2)。

　　3) NTP報(bào)文離開服務(wù)器，服務(wù)器將加上自己記錄的時間戳，該時間戳的記錄為11：00：02am(T3)。

　　4) 當(dāng)客戶端接收到該回應(yīng)報(bào)文時，客戶端的本地時間的記錄為10：00：03am(T4)。

　　至此，客戶端就擁有了足夠的數(shù)據(jù)來計(jì)算出兩個參數(shù)：

　　NTP報(bào)文的往返時延Delay=(T4-T1)-(T3-T2)。

　　客戶端相對服務(wù)器的時間差offset=((T2-T1)+(T3-T4))/2。

　　這樣，客戶端就能夠使用這些信息調(diào)整自己的時鐘，達(dá)到與服務(wù)器時鐘同步。

　　1.2.3 NTP工作方式

　　1) 客戶機(jī)和服務(wù)器點(diǎn)對點(diǎn)方式。

　　2) 服務(wù)器對多個客戶機(jī)的廣播/多播方式。點(diǎn)對點(diǎn)方式，精度較高;廣播/多播方式下，精度相對較低。

　　2 中國氣象局統(tǒng)一授時服務(wù)(全國氣象寬帶網(wǎng)NTP系統(tǒng))

　　2.1 國家級授時系統(tǒng)建設(shè)

　　國家氣象信息中心在國家級配置了2臺硬件時鐘服務(wù)器，作為整個中國氣象局網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一授時系統(tǒng)的主時鐘源，在中國氣象局骨干網(wǎng)絡(luò)上部署2臺NTP服務(wù)器為局大院直屬單位提供授時服務(wù)。寬帶網(wǎng)DMZ去部署了2臺NTP服務(wù)器為全國氣象寬帶網(wǎng)絡(luò)提供授時服務(wù)。

　　國家級時間服務(wù)器(GPS、北斗)是硬件時間授時服務(wù)器，每個以太網(wǎng)授時端口都是一個獨(dú)立的單片機(jī)，相互獨(dú)立，每個單片機(jī)間沒有任何通信。運(yùn)行穩(wěn)定，無硬盤和電扇，無故障時間長。

　　2.2 省級授時系統(tǒng)建設(shè)

　　各省級系統(tǒng)也分別配置了2臺時鐘服務(wù)器，分別部署在各省寬帶網(wǎng)DMZ區(qū)一臺;各省級局域網(wǎng)一臺。各省寬帶網(wǎng)DMZ區(qū)時鐘服務(wù)器通過全國氣象寬帶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)直接與國家級寬帶網(wǎng)DMZ去時鐘服務(wù)器校時。該服務(wù)器授時對象為升級DMZ區(qū)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器授時，另外為部署在省內(nèi)網(wǎng)的NTP服務(wù)器校時;省局域網(wǎng)內(nèi)部的NTP服務(wù)器為為本省局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)應(yīng)用系統(tǒng)和地市級及縣級應(yīng)用系統(tǒng)提供時間同步服務(wù)。

　　3 NTP服務(wù)器相關(guān)配置

　　3.1 編輯 /etc/ntp.conf 文件

　　使用restrict這個參數(shù)來設(shè)定權(quán)限，語法為：

　　Restrict IP 子網(wǎng)掩碼 參數(shù)

　　其中的IP可以是IP地址或者是default，default是指所有IP

　　參數(shù)有下面幾個：

　　ignore：關(guān)閉所有NTP的聯(lián)機(jī)服務(wù)。

　　nomodify：客戶端可通過服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)校時。

　　notrust：不信任的客戶端子網(wǎng)。

　　notrap：關(guān)閉trap遠(yuǎn)程登陸功能。

　　noquery：關(guān)閉客戶端時間查詢功能。

　　注意：如果沒有設(shè)定參數(shù)，那就表示沒有限制任何IP或者子網(wǎng)。 　　Server：設(shè)定上級時間服務(wù)器的IP地址或者域名，如果在該參數(shù)的后面加上 prefer，表示NTP服務(wù)器以該部主機(jī)的時間為主進(jìn)行校準(zhǔn)。

　　Driftfile：由于ntp server本身的時間是依據(jù)bios芯片震動周期頻率計(jì)算的，與上層ntp server不完全一致，兩者頻率的誤差記錄在該文件中。數(shù)值單位為百萬分之一秒。

　　ntp.conf文件舉例：

　　restrict default ignore #關(guān)閉所有NTP的聯(lián)機(jī)服務(wù)

　　restrict 127.0.0.1 # 開啟本地網(wǎng)絡(luò)接口

　　restrict default modify notrap #允許任何IP的客戶機(jī)進(jìn)行時間同步

　　restrict 10.10.10.2 #賦予某個server權(quán)限以訪問ntp服務(wù)

　　restrict 192.168.0.0 mask 255.255.255.0 nomodify #允許某個網(wǎng)段的客戶端可以進(jìn)行校時。

　　server 10.10.10.2 prefer # 設(shè)定10.10.10.2為上級時間服務(wù)器

　　server 10.10.10.3 #設(shè)定10.10.10.3為上級時間參考服務(wù)器

　　peer 10.10.22.43 #同級時間服務(wù)器

　　driftfile /var/lib/ntp/drift #兩者頻率的誤差，數(shù)值單位為百萬分之一秒

　　logfile /var/log/ntpd.log

　　3.2 啟動ntp服務(wù)

　　service ntpd start 開機(jī)啟動服務(wù)

　　#chkconfig ntpd on

　　#/etc/init.d/ntpd start

　　#/etc/init.d/ntpd stop

　　#/etc/init.d/ntpd restart

　　4 用戶端授時配置(linux、windows及l(fā)inux時間相關(guān))

　　4.1 linux時間同步客戶端配置

　　方法1：linux用戶端可以啟動本機(jī)NTP服務(wù)來校準(zhǔn)本機(jī)時間，(本機(jī)作為下一級NTP服務(wù)來為本機(jī)校準(zhǔn)的系統(tǒng)和硬件時鐘)

　　方法2：用戶端也可以在命令行下鍵入命令來及時更新和校準(zhǔn)時間

　　/usr/sbin/ntpdate ntp_serve //ntp_server 為所配時間服務(wù)器地址

　　方法3：啟動crond定時作業(yè)來更新校準(zhǔn)系統(tǒng)時間

　　Linux操作系統(tǒng)用戶端可以啟動crond定時作業(yè)來為本機(jī)更新校準(zhǔn)時間：

　　[root@super root]# crontab -e

　　添加以下內(nèi)容，每天在12：00更新時間：

　　0 12 * * */usr/sbin/ntpdate ntp_server//ntp_server 為所配時間服務(wù)器地址

　　可以根據(jù)具當(dāng)?shù)貙?shí)際情況來確定什么時間校時以及校時的頻率。

　　基本格式 ：

　　* * * * * command

　　分時日月周命令

　　4.2 windows(wingdowsXP、windows2003)時間同步客戶端配置

　　1) w32tm 進(jìn)程已經(jīng)啟動(計(jì)算機(jī)管理―服務(wù)和應(yīng)用程序)

　　2) 組策略：(計(jì)算機(jī)本地策略―計(jì)算機(jī)配置―Windows時間服務(wù)―時間提供程序)

　　3) 雙擊系統(tǒng)托盤右下方的時間，點(diǎn)擊“更改時間和日期設(shè)置”，點(diǎn)擊“Internet時間”選項(xiàng)卡，點(diǎn)擊“更改設(shè)置”，在服務(wù)器欄目里選擇系統(tǒng)自帶的服務(wù)器或輸入時間服務(wù)器IP地址，點(diǎn)擊“確定”保存配置。點(diǎn)擊“立即更新”可以馬上進(jìn)行一次時間同步。

　　系統(tǒng)默認(rèn)的自動時間同步的間隔是7天，我們可以修改注冊表相應(yīng)項(xiàng)的數(shù)值來縮短系統(tǒng)自動同步的時間間隔以提高時間同步精度。

　　在開始菜單的運(yùn)行中輸入“Regedit”，進(jìn)入注冊表編輯器，

　　HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetServicesW32TimeTimeProvidersNtpClient �CSpecialPollinterval，數(shù)值單位為秒。

　　Windows(windowsXP、windows2003)操作系統(tǒng)提供了命令行方式，手工更新校準(zhǔn)系統(tǒng)時間和設(shè)置NTP服務(wù)。

　　Windows Time系統(tǒng)服務(wù)：

　　Net stop win32time

　　Net start win32time

　　w32tm [/? | /register | /unregister ])

　　register - 服務(wù)注冊，并且將默認(rèn)配置添加到注冊表中。

　　unregister - 清除服務(wù)注冊，并且將注冊表中的配置刪除。

　　參數(shù)用法：

　　w32tm /resync (操作系統(tǒng)將立刻到系統(tǒng)配置的時間服務(wù)器上校準(zhǔn)時間)

　　w32tm �Cs (wingdows2000操作系統(tǒng))

　　Net time /setsntp： NT服務(wù)器ip地址或域名

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[5] 楊先杰. NTP協(xié)議的研究與應(yīng)用[J].電力信息化，2011(45).

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