ntp同步原理和时钟层级

NTP

1. ntp时钟层级

ntp允许客户端从服务器请求和接收时间，而服务器又从权威时钟源（例如原子钟、GPS）接收精确的协调世界时UTC。

ntp以层级来组织模型结构，层级中的每层被称为Stratum。通常将从权威时钟获得时钟同步的ntp服务器的层数设置为Stratum1，并将其作为主时间服务器，为网络中其他的设备提供时钟同步。而Stratum 2则从Stratum 1获取时间，Stratum 3从Stratum2获取时间，以此类推。时钟层数的取值范围为1～16，取值越小，时钟准确度越高。层数为1～15的时钟处于同步状态；层数为16的时钟被认为是未同步的，不能使用的。

2. ntp同步原理

ntp最典型的授时方式是Client/Server方式，如下图所示。

ntp同步原理

客户端首先向服务端发送一个ntp请求报文，其中包含了该报文离开客户端的时间戳t1;

ntp请求报文到达ntp服务器，此时ntp服务器的时刻为t2。当服务端接收到该报文时，ntp服务器处理之后，于t3时刻发出ntp应答报文。该应答报文中携带报文离开ntp客户端时的时间戳t1、到达ntp服务器时的时间戳t2、离开ntp服务器时的时间戳t3；

客户端在接收到响应报文时，记录报文返回的时间戳t4。

客户端用上述4个时间戳参数就能够计算出2个关键参数：

ntp报文从客户端到服务器的往返延迟delay。

客户端与服务端之间的时间差offset。根据方程组：

可以解得时间差为：

ntp客户端根据计算得到的offset来调整自己的时钟，实现与ntp服务器的时钟同步。

如果从简单实现时钟同步角度来说，ntp是最简单的，因为ntp一个request/response就能够完成同步了，ntp使用udp协议，端口为123。ntp主要分数据报文和控制报文两大类，request/response报文都是数据报文，报文如下图：