NTP_SNTP时钟协议原理
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这是因为NTP 和SNTP 的数据包格式是一 样的，计算客户时间、时间偏差以及包往返 时延的算法也是一样的。因此NTP 和SNTP 实际上是无法分割的。
NTP 简介
时钟层的概念： 时钟的层数决定了时钟的准确度，其取
值范围为0～15。参考时钟的层数取值范围 为0～15，准确度从0到15依次递减。层数 为0的时钟处于子网特殊位置，是基准时间 参考源，目前普遍采用GPS的UTC时间源。
NTP 工作原理
NTP Message 10：00：00
10：00：00
NTP工作原理图
11：00：00
NTP 工作原理
NTP Message 10：00：00
11：00：01 11：00：02
10：00：01230
NTP工作原理图
11：00：01230
NTP 工作原理
T1
T3-t
T4
client
NTP 工作原理
NTP主要通过交换时间服务器和客户端 的时间戳，计算出客户端相对于服务器的 时延和偏差，从而实现时间的同步。
假设交换机A和交换机B通过以太网端口 相连，B做为NTP服务器。
同步之前A的时钟设定为10:00:00，B的 时钟设定为11:00:00。
数据包在A和B之间单向传输所需要的时 间为1 秒。
Authenticator (Optional)
Extension Field 2… (optional) Key/Algorithm Identifier(32) Message Hash (64 or 128)
NTPv4 Extension Field
Field Length
Field Type
d/2
T1+t
T2
d/2 T3
server
时间序列图
•双向时延：d =（T4-T1）-（T3-T2） •A相对B的时间差：offset =（（T2-T1）+（T3-T4））/2 •如果往返的传输时间相等，根据四个时刻可以求得时钟偏 差和传输时间
NTP 报文格式
0 2 5 8 16 24 32
LI VN Mode Strat Poll Root Delay
写入/读取 时间戳
网络 路径时间 不确定
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
报文 解码
不确定
在高层（应用层）打时间戳，传输时间包含三个环节
三个环节都具有不确定性，d1与d2不相等，偏差大
附：NTP/SNTP与IEEE 1588对比
举例说明
主时钟
从时钟
应用层
应用层
表示层
表示层
会话层
概述
网络时间协议可以估算出数据包在 Internet上的往返延迟，并可独立地估算 计算机时钟偏差。在大多数的环境中，NTP 可以提供l～50 ms的可靠时间源。
在实际很多应用中，秒级的精确度就足 够了。在这种情况下，简单网络时间协议 (simple network time protocol，SNTP) 出现了，它通过简化原来的访问协议，在 保证时间精确度的前提下，使得对网络时 间的开发和应用变得容易。
IEEE 1588时钟同步原理
主时钟
Grandmaster Clock
PTP MAC
t1
PHY
交换机
Transparent Clock
PTP
SWITCH FABRIC
MAC
t2
PHY
MAC
t3
PHY
从时钟
Ordinary Clock
PTP MAC
t4
PHY
Timestamp Units
Sync Message
NTP 工作模式
1.服务器/客户端模式
NTP 工作模式
2.对等体模式
NTP 工作模式
3.广播模式
NTP 工作模式
4.组播模式
NTP 应用建议
• 尽量在本地局域网部署SNTP服务器， Internet上公用的SNTP服务器时延具有不 确定性，会对授时精度产生影响。
• 客户端授时请求要大于1min，以免SNTP服 务器负担过重，无法及时响应。
• 高可靠性系统中，最好配置多Байду номын сангаасSNTP服务 器，利用DNS实现负载均衡。
• 客户端应能够识别服务器故障，一旦发现 故障，应丢弃时间戳，转向其他服务器请 求授时。
附：NTP/SNTP与IEEE 1588对比
• NTP/SNTP授时精度不高的原因（>=1ms）
报文 编码
不确定
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
得知T1 T3
得知T4
在底层（物理层）打时间戳，避免了报文处理时间的不确定性
IEEE 1588时钟同步原理
主时钟
Grandmaster Clock
交换机
Transparent Clock PTP
从时钟
Ordinary Clock
PTP MAC
t2
t3
PHY
SWITCH FABRIC
MAC
t4
t1
PHY
Extension Field (填充至 32-bit)
最后一个扩展域（ field）填充至 64-bit
NTP v3 and v4 NTP v4 only
authentication only
Authenticator字段可选，用来存放认证密钥或加密码
NTP 协议算法
• 时间滤波算法 • 时间选择算法 • 聚类算法 • 时钟调节算法
NTP 简介
• 由RFC1305 定义的时间同步协议 • 在分布式时间服务器和客户端之间进行时
间同步 • NTP 基于UDP 报文传输，端口号为123 • 采用分层的方法来定义时钟的准确度 • 支持访问控制和MD5加密验证 • 可以采用单播、组播或广播方式发送协议
报文
NTP 简介
简单网络时间协议（SNTP）由RFC1769 文档定义。SNTP 能够与NTP 协议具有互操 作性，即SNTP 客户可以与NTP服务器协同 工作，同样NTP 客户也可以接收SNTP 服务 器发出的授时信息。
Sync Correction Field = t3 – t2
交换机可记录“同步报文”在交换机内的驻留时间（t3- t2）
IEEE 1588时钟同步精度与可靠性
•典型同步精度：100ns •最佳主时钟选择机制：自动选择第二主时 钟（容错性强） •时钟同步精度高，可利用已有的通信网络 在物理层打时间戳 •需要专用的硬件，价格昂贵 •IEEE PSRC H7工作组，正制定1588在电力 系统中应用的标准（2010年），是今后的 发展趋势
这些算法并不是NTP协议的固有部分， 但是NTP的实现却有赖于这些算法。
NTP 工作模式
根据网络结构和交换机在以太网中的位置， 交换机共有4种NTP工作模式进行时间同步。
1.服务器/客户端模式（server/client） 2.对等体模式（symmetric active / symmetric passive） 3.广播模式（broadcast server / broadcast client） 4.组播模式（multicast server / muticast client）
Root Dispersion
Prec
Reference Identifier
Reference Timestamp (64)
LI：闰秒标示器 VN：版本号 Mode：工作模式 Stratum：时钟层 Poll：测试间隔 Prec：本地时钟精度
Root Delay：根时延 Root Dispersion：根时误 差
会话层
4
3
传输层
传输层
4
5
网络层 数据链路层
物理层
网络 路径时间
网络层 数据链路层
物理层
2
d1 = 8
1
d2 = 11
IEEE 1588时钟同步（PTP）
IEEE1588 协议是专门针对网络测控系 统等工业以太网提出的精确时钟同步协议， 它非常适合变电站内工业以太网的应用要 求，加以硬件辅助就能达到μs级的同步精 度。
1588协议的核心思想是网络中最精确的 时钟（主时钟）以基于包交换的方式同步 所有其它时钟（从时钟）。
IEEE 1588时钟同步原理
主时钟
从时钟
T0
主时钟
从时钟 同步报文 T1
T4
T1
T2
T3 跟随报文
d1
含T1时刻
T2
物理层
物理层
时间戳获取的位置
T4
答复报文 含T4时刻
延时请求报文 d2
延时应答报文
Reference Identifier：参考 时钟标识
Cryptosum
Originate Timestamp (64) Receive Timestamp (64)
NTP 时间戳 (64 bits) Seconds (32) Fraction (32)
Transmit Timestamp (64) Extension Field 1 (optional)
谢谢
NTP/SNTP--网络时钟同步协 议
NTP--网络时钟同步协议
• 概述 • NTP/SNTP简介 • NTP工作原理 • NTP报文格式 • NTP协议算法 • NTP工作模式 • NTP应用建议 • IEEE 1588原理
概述
随着信息技术的快速发展，在许多要求实 时性的应用场合，通信系统必须保证传输实时 性的确定性、精确性、稳定性。网络时间协议 (network timeprotocol，NTP)由美国德拉瓦 大学的David L Mills教授于1985年提出，是 用于设计使Internet上的计算机保持时间同步 的一种通信协议。
MAC PHY
PTP MAC
PHY
Timestamp Units
pdelay_req and pdelay_resp Messages
GM to TC Path Delay = (t2 – t1 + t4 – t3) / 2
交换机和主时钟发送报文计算主时钟到交换机的传输时间 以此类推，可以精确计算每一段传输路径的延时
NTP 简介
时钟层的概念： 时钟的层数决定了时钟的准确度，其取
值范围为0～15。参考时钟的层数取值范围 为0～15，准确度从0到15依次递减。层数 为0的时钟处于子网特殊位置，是基准时间 参考源，目前普遍采用GPS的UTC时间源。
NTP 工作原理
NTP Message 10：00：00
10：00：00
NTP工作原理图
11：00：00
NTP 工作原理
NTP Message 10：00：00
11：00：01 11：00：02
10：00：01230
NTP工作原理图
11：00：01230
NTP 工作原理
T1
T3-t
T4
client
NTP 工作原理
NTP主要通过交换时间服务器和客户端 的时间戳，计算出客户端相对于服务器的 时延和偏差，从而实现时间的同步。
假设交换机A和交换机B通过以太网端口 相连，B做为NTP服务器。
同步之前A的时钟设定为10:00:00，B的 时钟设定为11:00:00。
数据包在A和B之间单向传输所需要的时 间为1 秒。
Authenticator (Optional)
Extension Field 2… (optional) Key/Algorithm Identifier(32) Message Hash (64 or 128)
NTPv4 Extension Field
Field Length
Field Type
d/2
T1+t
T2
d/2 T3
server
时间序列图
•双向时延：d =（T4-T1）-（T3-T2） •A相对B的时间差：offset =（（T2-T1）+（T3-T4））/2 •如果往返的传输时间相等，根据四个时刻可以求得时钟偏 差和传输时间
NTP 报文格式
0 2 5 8 16 24 32
LI VN Mode Strat Poll Root Delay
写入/读取 时间戳
网络 路径时间 不确定
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
报文 解码
不确定
在高层（应用层）打时间戳，传输时间包含三个环节
三个环节都具有不确定性，d1与d2不相等，偏差大
附：NTP/SNTP与IEEE 1588对比
举例说明
主时钟
从时钟
应用层
应用层
表示层
表示层
会话层
概述
网络时间协议可以估算出数据包在 Internet上的往返延迟，并可独立地估算 计算机时钟偏差。在大多数的环境中，NTP 可以提供l～50 ms的可靠时间源。
在实际很多应用中，秒级的精确度就足 够了。在这种情况下，简单网络时间协议 (simple network time protocol，SNTP) 出现了，它通过简化原来的访问协议，在 保证时间精确度的前提下，使得对网络时 间的开发和应用变得容易。
IEEE 1588时钟同步原理
主时钟
Grandmaster Clock
PTP MAC
t1
PHY
交换机
Transparent Clock
PTP
SWITCH FABRIC
MAC
t2
PHY
MAC
t3
PHY
从时钟
Ordinary Clock
PTP MAC
t4
PHY
Timestamp Units
Sync Message
NTP 工作模式
1.服务器/客户端模式
NTP 工作模式
2.对等体模式
NTP 工作模式
3.广播模式
NTP 工作模式
4.组播模式
NTP 应用建议
• 尽量在本地局域网部署SNTP服务器， Internet上公用的SNTP服务器时延具有不 确定性，会对授时精度产生影响。
• 客户端授时请求要大于1min，以免SNTP服 务器负担过重，无法及时响应。
• 高可靠性系统中，最好配置多Байду номын сангаасSNTP服务 器，利用DNS实现负载均衡。
• 客户端应能够识别服务器故障，一旦发现 故障，应丢弃时间戳，转向其他服务器请 求授时。
附：NTP/SNTP与IEEE 1588对比
• NTP/SNTP授时精度不高的原因（>=1ms）
报文 编码
不确定
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
得知T1 T3
得知T4
在底层（物理层）打时间戳，避免了报文处理时间的不确定性
IEEE 1588时钟同步原理
主时钟
Grandmaster Clock
交换机
Transparent Clock PTP
从时钟
Ordinary Clock
PTP MAC
t2
t3
PHY
SWITCH FABRIC
MAC
t4
t1
PHY
Extension Field (填充至 32-bit)
最后一个扩展域（ field）填充至 64-bit
NTP v3 and v4 NTP v4 only
authentication only
Authenticator字段可选，用来存放认证密钥或加密码
NTP 协议算法
• 时间滤波算法 • 时间选择算法 • 聚类算法 • 时钟调节算法
NTP 简介
• 由RFC1305 定义的时间同步协议 • 在分布式时间服务器和客户端之间进行时
间同步 • NTP 基于UDP 报文传输，端口号为123 • 采用分层的方法来定义时钟的准确度 • 支持访问控制和MD5加密验证 • 可以采用单播、组播或广播方式发送协议
报文
NTP 简介
简单网络时间协议（SNTP）由RFC1769 文档定义。SNTP 能够与NTP 协议具有互操 作性，即SNTP 客户可以与NTP服务器协同 工作，同样NTP 客户也可以接收SNTP 服务 器发出的授时信息。
Sync Correction Field = t3 – t2
交换机可记录“同步报文”在交换机内的驻留时间（t3- t2）
IEEE 1588时钟同步精度与可靠性
•典型同步精度：100ns •最佳主时钟选择机制：自动选择第二主时 钟（容错性强） •时钟同步精度高，可利用已有的通信网络 在物理层打时间戳 •需要专用的硬件，价格昂贵 •IEEE PSRC H7工作组，正制定1588在电力 系统中应用的标准（2010年），是今后的 发展趋势
这些算法并不是NTP协议的固有部分， 但是NTP的实现却有赖于这些算法。
NTP 工作模式
根据网络结构和交换机在以太网中的位置， 交换机共有4种NTP工作模式进行时间同步。
1.服务器/客户端模式（server/client） 2.对等体模式（symmetric active / symmetric passive） 3.广播模式（broadcast server / broadcast client） 4.组播模式（multicast server / muticast client）
Root Dispersion
Prec
Reference Identifier
Reference Timestamp (64)
LI：闰秒标示器 VN：版本号 Mode：工作模式 Stratum：时钟层 Poll：测试间隔 Prec：本地时钟精度
Root Delay：根时延 Root Dispersion：根时误 差
会话层
4
3
传输层
传输层
4
5
网络层 数据链路层
物理层
网络 路径时间
网络层 数据链路层
物理层
2
d1 = 8
1
d2 = 11
IEEE 1588时钟同步（PTP）
IEEE1588 协议是专门针对网络测控系 统等工业以太网提出的精确时钟同步协议， 它非常适合变电站内工业以太网的应用要 求，加以硬件辅助就能达到μs级的同步精 度。
1588协议的核心思想是网络中最精确的 时钟（主时钟）以基于包交换的方式同步 所有其它时钟（从时钟）。
IEEE 1588时钟同步原理
主时钟
从时钟
T0
主时钟
从时钟 同步报文 T1
T4
T1
T2
T3 跟随报文
d1
含T1时刻
T2
物理层
物理层
时间戳获取的位置
T4
答复报文 含T4时刻
延时请求报文 d2
延时应答报文
Reference Identifier：参考 时钟标识
Cryptosum
Originate Timestamp (64) Receive Timestamp (64)
NTP 时间戳 (64 bits) Seconds (32) Fraction (32)
Transmit Timestamp (64) Extension Field 1 (optional)
谢谢
NTP/SNTP--网络时钟同步协 议
NTP--网络时钟同步协议
• 概述 • NTP/SNTP简介 • NTP工作原理 • NTP报文格式 • NTP协议算法 • NTP工作模式 • NTP应用建议 • IEEE 1588原理
概述
随着信息技术的快速发展，在许多要求实 时性的应用场合，通信系统必须保证传输实时 性的确定性、精确性、稳定性。网络时间协议 (network timeprotocol，NTP)由美国德拉瓦 大学的David L Mills教授于1985年提出，是 用于设计使Internet上的计算机保持时间同步 的一种通信协议。
MAC PHY
PTP MAC
PHY
Timestamp Units
pdelay_req and pdelay_resp Messages
GM to TC Path Delay = (t2 – t1 + t4 – t3) / 2
交换机和主时钟发送报文计算主时钟到交换机的传输时间 以此类推，可以精确计算每一段传输路径的延时