NTP 校时
2024-09-30 08:00:49 # Technical # NTP #NTP

什么是 NTP

NTP（Network Time Protocol）网络时间协议，是由 RFC 1305 定义的时间同步协议，用来在分布式时间服务器和客户端之前进行时间同步。NTP 是基于 UDP 报文进行传输，默认端口为 123

NTP 工作原理

现假设有客户端 A 和 B，同一时刻，A 的时间为：00:00:00 am，B 的时间为：01:00:00 am，A 需要将自己的时间与 B 的时间同步，同步过程如下：

  1. A 发送一个 NTP 报文给 B，报文带有它离开 A 时的时间戳，假设：00:00:00 am（T1）
  2. B 收到了 A 发送的 NTP 报文，B 加上收到报文时的时间戳，假设：01:00:01 am（T2）
  3. B 将 NTP 报文返回给 A，并加上报文离开 B 时的时间戳，假设：01:00:02 am（T3）
  4. A 收到 B 返回的报文，A 记录自己收到响应报文的时间，假设：00:00:03 am（T4）

此时，A 可以计算出 NTP 的发送延时以及与 B 的时间偏差：

NTP Delay = (T4 - T1) - (T3 - T2) = 2s

NTP Offset = ( (T2 - T1) + (T3 - T4) ) / 2 = 1h

实际过程中，A，B 之间会多次发送并响应 NTP 报文，以消除网络波动带来的影响

Java NTP 校时

Java 中可以通过 Apache Commons Net 库封装的 NTP 客户端进行请求。

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public class NTPTest {

    public static void main(String[] args) {
        // 微软网络时间服务器
        String ntpServer = "time.windows.com";
        NTPUDPClient client = new NTPUDPClient();
        // 设置超时时间 10s，防止一直阻塞
        client.setDefaultTimeout(1000);
        client.open();
        try {
            InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName(ntpServer);
            TimeInfo timeInfo = client.getTime(inetAddress);
            timeInfo.computeDetails();
            TimeStamp timeStamp = timeInfo.getMessage().getTransmitTimeStamp();
            Date date = timeStamp.getDate();
            SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy/MM/dd hh:mm:ss");
            // 网络时间
            System.out.println(simpleDateFormat.format(date));
            // 网络时间与本地时间的偏移
            System.out.println(timeInfo.getOffset());
            // 请求过程的延时
            System.out.println(timeInfo.getDelay());
        } catch (IOException e) {
            // ...
        }
        client.close();
    }
}

这里仅通过 Java 对本地时间与目标时间做一个偏移校验，不会将目标时间同步到本地时间，也不推荐使用 Java 同步操作系统的时间。

Ubuntu 配置 NTP

修改 NTP 配置文件

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vim /etc/ntp.conf
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# 指定阿里 ntp 服务器
server ntp.aliyun.com
# 当无法访问外网时，以当前服务器为时间同步服务器
server 127.127.1.0
# 设置层级关系
fudge 127.127.1.0 stratum 10

重启 NTP 服务

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service ntp stop
service ntp start

查看 NTP 状态

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ntpq -p

手动同步 NTP

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# 手动同步微软网络时间
ntpupdate time.windows.com

注：手动同步前需要停止 NTP 服务，否则报错：ntpdate[15310]: the NTP socket is in use, exiting

ntp.conf 配置释义

  1. pool ：ntp 服务池，池中的服务器可以参与或不参与校时，由 ntpd 自己决定
  2. ***server host [ key n ] [ version n ] [ perfer ] [ mode n ] [ minpoll n ] [ maxpoll n ] [iburst]***：ntp 服务器
    • key： 所有发往服务器的报文包含有秘钥加密的认证信息，n是32位的整数，表示秘钥号
    • version： 表示发往上层服务器的报文使用的版本号，n默认是3，可以是1或者2
    • perfer： 如果有多个server选项，具有该参数的服务器优先使用
    • mode： 指定数据报文mode字段的值
    • minpoll： 指定与查询该服务器的最小时间间隔为2的n次方秒，n默认为6，范围为4-14
    • maxpoll： 指定与查询该服务器的最大时间间隔为2的n次方秒，n默认为10，范围为4-14
    • iburst： 当初始同步请求时，采用突发方式接连发送8个报文，时间间隔为2秒
  3. ***restrict [ default ] [ host ] [ mask ] [ ignore ] [ nomodiy ] [ notrap ] [ notrust ] [ nopeer ] [ kod ]***：限制
    • default： 对所有的计算机进行控制
    • host：对指定 host 的计算机控制
    • mask：对指定 ip 掩码的计算机控制
    • ignore： 拒绝连接到NTP服务器
    • nomodify： 客户端不能更改服务端的时间参数，但是客户端可以通过服务端进行网络校时
    • noquery： 不提供客户端的时间查询
    • notrap： 不提供trap远程登录功能，trap服务是一种远程时间日志服务
    • notrust： 客户端除非通过认证，否则该客户端来源将被视为不信任子网
    • nopeer： 提供时间服务，但不作为对等体
    • kod： 向不安全的访问者发送Kiss-Of-Death报文

ntpq -p 参数释义

ntpq -p

  • remote： 响应请求的NTP服务器的名称（IP地址或域名），带“*”的表示本地NTP服务器与该服务器同步
  • refid： 远程NTP服务器使用的上一级ntp服务器的IP地址
  • st： 远程NTP服务器的级别，由于NTP是层级结构，有顶端的服务器，多层的Relay Server再到客户端。所以服务器从高到低，级别可以设定为1~16级。为了减缓负荷和网络堵塞，原则上应该避免直接连接到级别为1的服务器
  • t： 本地NTP服务器与远程NTP服务器的通信方式。u：单播；b：广播；I：本地
  • when： 上次成功请求后到现在的秒数
  • poll： 本地NTP服务器与远程NTP服务器同步的时间间隔
  • reach： 这是一个八进制的值，用来测试衡量前八次查询是否成功和服务器连接。377表示都成功，0表示不成功
  • delay： 网络延时，单位为微秒（μs）
  • offset： 本地NTP服务器与远程NTP服务器的时间偏移，单位为毫秒（ms）。offset越接近于0，主机与NTP服务器的时间越接近
  • jitter： 查询偏差的分布值，用于表示远程NTP的网络延时是否稳定，单位为微秒（μs）
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