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1、引言：

隨著網(wǎng)絡的普及，許多單位都建了自己的園區(qū)網(wǎng)，使用的網(wǎng)絡設備和服務器日益增多。這些設備都有自己的時鐘，而且是可以調節(jié)的。但是無法保證網(wǎng)絡中的所有設備和主機的時間是同步的，因為這些時鐘每天會產生數(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)絡環(huán)境下的應用中可能會引發(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，將導致服務無法正常地進行。隨著各種網(wǎng)絡應用的不斷發(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)絡環(huán)境中的各種設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(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，即網(wǎng)絡時間協(xié)議(Network Time Protocol，NTP)和直接連接時間傳輸技術。其中直接連接時間傳輸技術，需要所有客戶端直接連接到標準時間源，不實用。NTP適用于網(wǎng)絡環(huán)境下，可以在一個無序的網(wǎng)絡環(huán)境下提供準確和健壯的時間服務，方便實用。這里我們只討論基于NTP原理的時間同步技術和應用。

3、NTP工作原理和應用

3.1、NTP協(xié)議概述

  NTP最早由美國Delaware大學的教授設計實現(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器的時間同步到另一服務器或參考時鐘源。它使用UTC作為時間標準，是基于無連接的IP 協(xié)議和UDP協(xié)議的應用層協(xié)議，使用層次式時間分布模型，所能取得的準確度依賴于本地時鐘硬件的準確度和對設備及進程延遲的嚴格控制。在配置時，NTP可以利用冗余服務器和多條網(wǎng)絡路徑來獲得時間的高準確性和高可靠性。實際應用中，又有確保秒級精度的簡單的網(wǎng)絡時間協(xié)議(Simple Network Time Protocol，SNTP)。

3.2、NTP的工作原理

  影響NTP 協(xié)議準確度最關鍵的原因在于由網(wǎng)絡延遲的隨機性而引起的時鐘延遲計算的不準確。由于延遲不準確，所以無法依靠從時間服務器到客戶機的單邊傳輸來傳遞準確的時間信息。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)中的應用

  在我校校園網(wǎng)絡內，存在大量網(wǎng)絡設備、服務器和主機，它們承載了校園網(wǎng)中的計費、維護、管理等功能，對時間的準確度需求比較高，要求在網(wǎng)絡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)內的應用主要集中在以下幾個方面：

4.1、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的日志審計：當網(wǎng)絡中出現(xiàn)惡意攻擊行為或網(wǎng)絡故障問題時，需要網(wǎng)絡管理員根據(jù)有關網(wǎng)絡設備中產生的日志進行分析和判斷，以便于查找攻擊源和對網(wǎng)絡造成的危害及產生的原因。但是如果網(wǎng)絡中時間不能同步，那么同一個行為在不同設備中產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。另外當網(wǎng)管中心采用多點日志記錄時，如果網(wǎng)絡各個節(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確進行故障定位，準確的時間是必不可少的。

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

4.3、與時間有關的應用系統(tǒng)：嚴格要求記錄數(shù)據(jù)提交時刻的網(wǎng)絡應用系統(tǒng)，必須保證提交時間的準確性和不可更改性。另外，對客戶端進行限時操作的應用系統(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)調用能夠正常進行：因為為了保證一個系統(tǒng)調用不會重復進行，該系統(tǒng)調用只在一個時間間隔內有效。如果系統(tǒng)間的時鐘不同步，該系統(tǒng)調用可能在還沒有發(fā)生之前就因為超時而不能進行。

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

  校園網(wǎng)中各種應用系統(tǒng)及安全系統(tǒng)、網(wǎng)絡管理系統(tǒng)推動了網(wǎng)絡設備、服務器等對時間同步的需求。如果不能進行準確的時間同步，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。