NTP/PTP時間同步基礎(chǔ)

時間同步指的是利用中心控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)時鐘作為基準(zhǔn)，使各個分布式系統(tǒng)和終端設(shè)備的時鐘與之保持一致的過程。隨著5G和工業(yè)4.0的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的快速增長， 時間同步已成為現(xiàn)代通信、電力、軍事、金融等眾多領(lǐng)域的重要基石。

在計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，時間是網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)正常交互的基礎(chǔ)。任何完整的業(yè)務(wù)都具備嚴(yán)格的時間邏輯，時間錯亂或偏差會帶來嚴(yán)重后果。在電力系統(tǒng)等網(wǎng)絡(luò)中，對設(shè)備的監(jiān)控、控制及管理，以及各子系統(tǒng)對故障告警和日志信息的記錄，同樣需要高精度的時間信息，以便進行故障定位和性能分析?？傊?，在任何對時間“敏感”的網(wǎng)絡(luò)中，都需要進行時間同步，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。那么，我們通常如何實現(xiàn)時間同步呢？

時間服務(wù)器

要實現(xiàn)時間同步，首先需要獲取標(biāo)準(zhǔn)的時鐘信號。時間服務(wù)器是一種從GNSS（如GPS、北斗等）地球同步衛(wèi)星上獲取標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號，并通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸這些信息的設(shè)備。它能為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（用戶）提供精確、標(biāo)準(zhǔn)、安全、可靠且多功能的時間服務(wù)，是實現(xiàn)時間同步的重要工具。

NTP（網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議）

在獲取了標(biāo)準(zhǔn)的參考時間后，我們的設(shè)備如何與之同步呢？NTP（網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議）就是一種解決方案。它通過數(shù)據(jù)包交換的可變延遲數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，在計算機系統(tǒng)之間進行時鐘同步。NTP自1985年運行以來，已成為最古老、最穩(wěn)定的Internet協(xié)議之一。它的目的是在國際互聯(lián)網(wǎng)上傳遞統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的時間。通過在網(wǎng)絡(luò)上指定若干時鐘源網(wǎng)站，為用戶提供授時服務(wù)，并且這些網(wǎng)站間能夠相互比對，以提高準(zhǔn)確度。以win10為例，我們只需打開Internet時間設(shè)置，即可查看NTP時間服務(wù)器地址。

SNTP（簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議）

SNTP是NTP的子集，它簡化了NTP的許多算法和步驟，提高了效率，但時間精度不如NTP。SNTP和NTP描述的網(wǎng)絡(luò)軟件包格式相同，但處理數(shù)據(jù)包內(nèi)容以同步時間的方式有所不同。雖然功能齊全的NTP客戶端能達到很高的準(zhǔn)確性，但SNTP客戶端僅適用于對準(zhǔn)確性和可靠性要求不高的簡單應(yīng)用。

PTP（精確時間協(xié)議）

PTP（精確時間協(xié)議）是一種用于在整個計算機網(wǎng)絡(luò)中同步時鐘的協(xié)議。在局域網(wǎng)上，它可實現(xiàn)亞微秒級的時鐘精度，適用于測量和控制系統(tǒng)。IEEE 1588專為要求精度超出NTP可提供范圍的本地系統(tǒng)而設(shè)計。它描述了用于時鐘分配的分層主從體系結(jié)構(gòu)，由通信媒體（網(wǎng)段）和時鐘組成。

PTP旨在同步用于電信、電網(wǎng)、金融市場和工業(yè)自動化的LAN中的實時時鐘。目前，該協(xié)議特別用于同步金融HFT交易、移動電話塔傳輸LTE/5G BTS、海底聲波陣列以及任何需要精確定時但無法訪問GNSS時間基準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)。

時間同步的重要性

設(shè)置精確時間：與手表類似，計算機設(shè)備也需要設(shè)置準(zhǔn)確的時間。文件、數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用程序都使用并添加時間標(biāo)記。數(shù)十億人使用移動設(shè)備設(shè)置正確時間后，日歷和提醒才能正常工作。因此，我們的生活和日常工作需要所有分布式電子設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的時間準(zhǔn)確性。

穩(wěn)定頻率：為了穩(wěn)定時鐘的“滴答”頻率，需要確保時間不會漂移。音樂、視頻流、通話等都需要穩(wěn)定的頻率來保證質(zhì)量。聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅堋?0/60Hz的電力頻率、PC硬件的時鐘等都取決于頻率的穩(wěn)定性和同步性。

定義通用時域操作：定義通用時域操作可確保多個電子設(shè)備即使時鐘未設(shè)置為正確的本地時間也能同步。例如，在UTC時域中進行洲際電話會議時，呼叫者時區(qū)的時間可能會有差異。最簡單的方法是為所有同步設(shè)備共享一個時間源（如專用PC）。最好的情況是時域服務(wù)器與某個引用源同步，但在很多情況下，如果時鐘工作在自由運行模式，也是可以接受的。

事件日志年表和時間戳：事件日志年表和時間戳是研究錯誤邏輯的重要工具。在可能產(chǎn)生財務(wù)問題或涉及安全的地方，時間戳尤為重要。加密時間戳更是專用于電子簽名和數(shù)據(jù)密封的長期保存，有助于保護事件時間順序和IT系統(tǒng)完整性。