目前我們應用的軟件都會有服務器和客戶端，這也是兩種不同的技術，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，尤其是氣象行業，也需要通過通訊傳輸來獲取最新的天氣動態。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 協議的統一授時間系統的設計與實現。

 　　摘要：目前有成百上千種氣象資料在全國氣象網絡系統中傳輸，其中有多種資料需要進行時效考核。為了提高資料傳輸的時效性和可用性，中國氣象局在氣象網絡系統中建立了時間同步系統。該系統使用NTP協議，采用服務器/客戶端的方式，為各業務系統提供統一的時鐘源，確保了各系統內時間的一致性和準確性。

　　關鍵詞：NTP協議,服務器/客戶端,時鐘源

　　中國氣象局統一授時服務建立的目的在于保持運行在中國氣象局骨干網絡上和全國寬帶網絡上的設備及應用時間精確和統一。隨著中國氣象局網絡建設及應用的發展，在中國氣象局數據及通訊網絡上承載的業務量越來越大，部署在寬帶網絡上的網絡設備和應用服務器的數量也越來有多。中國氣象局網絡應用延伸到省、地市及縣站。在這樣一個大型的網絡里保持網絡設備和應用服務器時間的同步和精確極其重要。

　　中國氣象局統一授時系統的授時范圍包括中國氣象骨干網絡和全國寬帶通信網絡。只要網絡可達，就可以接受中國氣象局統一授時服務的授時。(網絡設備、服務器、應用、安防設備等)

　　1 NTP協議介紹

　　1.1 NTP協議

　　RFC(Request For Comments)1305定義了時間同步協議NTP(Network Time Protocol，網絡時間協議)，此協議用于在客戶端和時間同步服務器之間進行時間同步。NTP使用很小的通信帶寬和資源開銷。NTP使用的協議為UDP，端口號為123。NTP數據包的凈長度為72個字節(V4);在IP層分別為84個字節(V4)。

　　NTP協議使用了比較復雜的算法，以達到高度精準性的目的，但是在實際很多應用中，秒級的精確度就足夠了，在這種背景下，產生了SNTP(Simple Network Time Protocol)協議，即簡單網絡時間協議。SNTP協議簡化原來的訪問控制以及服務器遷移等方面的內容，在保證時間精確度的前提下，SNTP保持了與NTP協議具有互操作性(兼容性)。

　　1.2 NTP工作過程和方式

　　1.2.1 NTP的工作過程

　　NTP在客戶機與服務器之間進行通信。每次通信過程共計發送兩個數據包。首先客戶機會向服務器發送一個數據包提出通信請求，當服務器接收到請求數據包后，回送一個數據包作為應答。時間戳被寫入兩個數據包。NTP根據時間戳來確定時間差和網絡延遲，完成校準。

　　1.2.2 ntp基本原理

　　時鐘同步工作過程：

　　1) Device A(客戶端)發送一個NTP報文給Device B(服務器)，該報文帶有時間戳，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報文到達服務器，服務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報文離開服務器，服務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) 當客戶端接收到該回應報文時，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據來計算出兩個參數：

　　NTP報文的往返時延Delay=(T4-T1)-(T3-T2)。

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

　　這樣，客戶端就能夠使用這些信息調整自己的時鐘，達到與服務器時鐘同步。

　　1.2.3 NTP工作方式

　　1) 客戶機和服務器點對點方式。

　　2) 服務器對多個客戶機的廣播/多播方式。點對點方式，精度較高;廣播/多播方式下，精度相對較低。

　　2 中國氣象局統一授時服務(全國氣象寬帶網NTP系統)

　　2.1 國家級授時系統建設

　　國家氣象信息中心在國家級配置了2臺硬件時鐘服務器，作為整個中國氣象局網絡統一授時系統的主時鐘源，在中國氣象局骨干網絡上部署2臺NTP服務器為局大院直屬單位提供授時服務。寬帶網DMZ去部署了2臺NTP服務器為全國氣象寬帶網絡提供授時服務。

　　國家級時間服務器(GPS、北斗)是硬件時間授時服務器，每個以太網授時端口都是一個獨立的單片機，相互獨立，每個單片機間沒有任何通信。運行穩定，無硬盤和電扇，無故障時間長。

　　2.2 省級授時系統建設

　　各省級系統也分別配置了2臺時鐘服務器，分別部署在各省寬帶網DMZ區一臺;各省級局域網一臺。各省寬帶網DMZ區時鐘服務器通過全國氣象寬帶網絡系統直接與國家級寬帶網DMZ去時鐘服務器校時。該服務器授時對象為升級DMZ區的網絡設備和服務器授時，另外為部署在省內網的NTP服務器校時;省局域網內部的NTP服務器為為本省局域網絡內應用系統和地市級及縣級應用系統提供時間同步服務。

　　3 NTP服務器相關配置

　　3.1 編輯 /etc/ntp.conf 文件

　　使用restrict這個參數來設定權限，語法為：

　　Restrict IP 子網掩碼 參數

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

　　參數有下面幾個：

　　ignore：關閉所有NTP的聯機服務。

　　nomodify：客戶端可通過服務器進行網絡校時。

　　notrust：不信任的客戶端子網。

　　notrap：關閉trap遠程登陸功能。

　　noquery：關閉客戶端時間查詢功能。

　　注意：如果沒有設定參數，那就表示沒有限制任何IP或者子網。 　　Server：設定上級時間服務器的IP地址或者域名，如果在該參數的后面加上 prefer，表示NTP服務器以該部主機的時間為主進行校準。

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

　　ntp.conf文件舉例：

　　restrict default ignore #關閉所有NTP的聯機服務

　　restrict 127.0.0.1 # 開啟本地網絡接口

　　restrict default modify notrap #允許任何IP的客戶機進行時間同步

　　restrict 10.10.10.2 #賦予某個server權限以訪問ntp服務

　　restrict 192.168.0.0 mask 255.255.255.0 nomodify #允許某個網段的客戶端可以進行校時。

　　server 10.10.10.2 prefer # 設定10.10.10.2為上級時間服務器

　　server 10.10.10.3 #設定10.10.10.3為上級時間參考服務器

　　peer 10.10.22.43 #同級時間服務器

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

　　logfile /var/log/ntpd.log

　　3.2 啟動ntp服務

　　service ntpd start 開機啟動服務

　　#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linux時間相關)

　　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NTP服務來校準本機時間，(本機作為下一級NTP服務來為本機校準的系統和硬件時鐘)

　　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時間

　　/usr/sbin/ntpdate ntp_serve //ntp_server 為所配時間服務器地址

　　方法3：啟動crond定時作業來更新校準系統時間

　　Linux操作系統用戶端可以啟動crond定時作業來為本機更新校準時間：

　　[root@super root]# crontab -e

　　添加以下內容，每天在12：00更新時間：

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

　　可以根據具當地實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 進程已經啟動(計算機管理―服務和應用程序)

　　2) 組策略：(計算機本地策略―計算機配置―Windows時間服務―時間提供程序)

　　3) 雙擊系統托盤右下方的時間，點擊“更改時間和日期設置”，點擊“Internet時間”選項卡，點擊“更改設置”，在服務器欄目里選擇系統自帶的服務器或輸入時間服務器IP地址，點擊“確定”保存配置。點擊“立即更新”可以馬上進行一次時間同步。

　　系統默認的自動時間同步的間隔是7天，我們可以修改注冊表相應項的數值來縮短系統自動同步的時間間隔以提高時間同步精度。

　　在開始菜單的運行中輸入“Regedit”，進入注冊表編輯器，

　　HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetServicesW32TimeTimeProvidersNtpClient �CSpecialPollinterval，數值單位為秒。

　　Windows(windowsXP、windows2003)操作系統提供了命令行方式，手工更新校準系統時間和設置NTP服務。

　　Windows Time系統服務：

　　Net stop win32time

　　Net start win32time

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

　　register - 服務注冊，并且將默認配置添加到注冊表中。

　　unregister - 清除服務注冊，并且將注冊表中的配置刪除。

　　參數用法：

　　w32tm /resync (操作系統將立刻到系統配置的時間服務器上校準時間)

　　w32tm �Cs (wingdows2000操作系統)

　　Net time /setsntp： NT服務器ip地址或域名

　　參考文獻：

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　　[2] 傅建明. 基于分組網絡的時間同步技術的研究與實現[D].西南交通大學，2011.

　　[3] 賈平平. 基于NTP的網絡對時系統設計與實現[J].氣象與環境科學，2010(28).

　　[4] 朱嶺. 基于NTP協議的局域網時間同步方案[J].池州學院學報，2008(12).

　　[5] 楊先杰. NTP協議的研究與應用[J].電力信息化，2011(45).

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