網路時間的那些事及 ntpq 詳解

命令 "ntpq -q" 輸出下面這樣的一個表：

     remote           refid      st t when poll reach   delay   offset  jitter
==============================================================================
 LOCAL(0)        .LOCL.          10 l  96h   64    0    0.000    0.000   0.000
*ns2.example.com 10.193.2.20      2 u  936 1024  377   31.234    3.353   3.096

更多細節

表頭

• remote – 用於同步的遠程節點或伺服器。「LOCAL」表示本機 （當沒有遠程伺服器可用時會出現）
• refid – 遠程的伺服器進行同步的更高一級伺服器
• st – 遠程節點或伺服器的 Stratum（級別，NTP 時間同步是分層的）
• t – 類型 (u: unicast（單播） 或 manycast（選播） 客戶端, b: broadcast（廣播） 或 multicast（多播） 客戶端, l: 本地時鐘, s: 對稱節點（用於備份）, A: 選播伺服器, B: 廣播伺服器, M: 多播伺服器, 參見「Automatic Server Discovery「)
• when – 最後一次同步到現在的時間 (默認單位為秒, 「h」表示小時，「d」表示天)
• poll – 同步的頻率：rfc5905建議在 NTPv4 中這個值的範圍在 4 (16秒) 至 17 (36小時) 之間（即2的指數次秒），然而觀察發現這個值的實際大小在一個小的多的範圍內 ：64 (2 ⁶ )秒 至 1024 (2 ¹⁰ )秒
• reach – 一個8位的左移移位寄存器值，用來測試能否和伺服器連接，每成功連接一次它的值就會增加，以 8 進位顯示
• delay – 從本地到遠程節點或伺服器通信的往返時間（毫秒）
• offset – 主機與遠程節點或伺服器時間源的時間偏移量，offset 越接近於0，主機和 NTP 伺服器的時間越接近(以方均根表示，單位為毫秒)
• jitter – 與遠程節點同步的時間源的平均偏差（多個時間樣本中的 offset 的偏差，單位是毫秒），這個數值的絕對值越小，主機的時間就越精確

欄位的統計代碼

表中第一個字元（統計代碼）是狀態標識（參見 Peer Status Word），包含 " "，"x"，"-"，"#"，"+"，"*"，"o"：

• " " – 無狀態，表示:
  • 沒有遠程通信的主機
  • "LOCAL" 即本機
  • （未被使用的）高層級伺服器
  • 遠程主機使用的這台機器作為同步伺服器
• 「x」 – 已不再使用
• 「-」 – 已不再使用
• 「#」 – 良好的遠程節點或伺服器但是未被使用 （不在按同步距離排序的前六個節點中，作為備用節點使用）
• 「+」 – 良好的且優先使用的遠程節點或伺服器（包含在組合演算法中）
• 「*」 – 當前作為優先主同步對象的遠程節點或伺服器
• 「o」 – PPS 節點 (當優先節點是有效時)。實際的系統同步是源於秒脈衝信號（pulse-per-second，PPS），可能通過PPS 時鐘驅動或者通過內核介面。

參考 Clock Select Algorithm.

refid

refid 有下面這些狀態值

• 一個IP地址 – 遠程節點或伺服器的 IP 地址
• .LOCL. – 本機 (當沒有遠程節點或伺服器可用時）
• .PPS. – 時間標準中的「Pulse Per Second」（秒脈衝）
• .IRIG. – Inter-Range Instrumentation Group 時間碼
• .ACTS. – 美國 NIST 標準時間 電話調製器
• .NIST. –美國 NIST 標準時間電話調製器
• .PTB. – 德國 PTB 時間標準電話調製器
• .USNO. – 美國 USNO 標準時間 電話調製器
• .CHU. – CHU (HF, Ottawa, ON, Canada) 標準時間無線電接收器
• .DCFa. – DCF77 (LF, Mainflingen, Germany) 標準時間無線電接收器
• .HBG. – HBG (LF Prangins, Switzerland) 標準時間無線電接收器
• .JJY. – JJY (LF Fukushima, Japan) 標準時間無線電接收器
• .LORC. – LORAN-C station (MF) 標準時間無線電接收器，註： 不再可用 (被 eLORAN 廢棄)
• .MSF. – MSF (LF, Anthorn, Great Britain) 標準時間無線電接收器
• .TDF. – TDF (MF, Allouis, France)標準時間無線電接收器
• .WWV. – WWV (HF, Ft. Collins, CO, America) 標準時間無線電接收器
• .WWVB. – WWVB (LF, Ft. Collins, CO, America) 標準時間無線電接收器
• .WWVH. – WWVH (HF, Kauai, HI, America) 標準時間無線電接收器
• .GOES. – 美國靜止環境觀測衛星;
• .GPS. – 美國 GPS;
• .GAL. – 伽利略定位系統歐洲 GNSS;
• .ACST. – 選播伺服器
• .AUTH. – 認證錯誤
• .AUTO. – Autokey （NTP 的一種認證機制）順序錯誤
• .BCST. – 廣播伺服器
• .CRYPT. – Autokey 協議錯誤
• .DENY. – 伺服器拒絕訪問;
• .INIT. – 關聯初始化
• .MCST. – 多播伺服器
• .RATE. – (輪詢) 速率超出限定
• .TIME. – 關聯超時
• .STEP. – 間隔時長改變，偏移量比危險閾值小(1000ms) 比間隔時間 (125ms)大

操作要點

一個時間伺服器只會報告時間信息而不會從客戶端更新時間（單向更新），而一個節點可以更新其他同級節點的時間，結合出一個彼此同意的時間（雙向更新）。

初次啟動時：

除非使用 iburst 選項，客戶端通常需要花幾分鐘來和伺服器同步。如果客戶端在啟動時時間與 NTP 伺服器的時間差大於 1000 秒，守護進程會退出並在系統日誌中記錄，讓操作者手動設置時間差小於 1000 秒後再重新啟動。如果時間差小於 1000 秒，但是大於 128 秒，會自動矯正間隔，並自動重啟守護進程。

當第一次啟動時，時間頻率文件（通常是 ntp.drift 文件，記錄時間偏移）不存在，守護進程進入一個特殊模式來矯正頻率。當時鐘不符合規範時這會需要 900 秒。當校正完成後，守護進程創建時間頻率文件進入普通模式，並分步校正剩餘的偏差。

NTP 0 層（Stratum 0 ）的設備如原子鐘（銫，銣），GPS 時鐘或者其他標準時間的無線電時鐘為 1 層（Stratum 1）的時間伺服器提供時間信號。NTP 只報告UTC 時間（統一協調時，Coordinated Universal Time）。客戶端程序使用時區從 UTC 導出本地時間。

NTP 協議是高精度的，使用的精度小於納秒（2的 -32 次方）。主機的時間精度和其他參數（受硬體和操作系統限制）使用命令 「ntpq -c rl」 查看（參見 rfc1305 通用變數和 rfc5905）。

「ntpq -c rl」輸出參數

• precision 為四捨五入值，且為 2 的冪數。因此精度為 2 ^precision （秒）
• rootdelay – 與同步網路中主同步伺服器的總往返延時。注意這個值可以是正數或者負數，取決於時鐘的精度。
• rootdisp – 相對於同步網路中主同步伺服器的偏差(秒)
• tc – NTP 演算法 PLL （phase locked loop，鎖相環路） 或 FLL (frequency locked loop，鎖頻迴路) 時間常量
• mintc – NTP 演算法 PLL/FLL 最小時間常亮或「最快響應
• offset – 由結合演算法得出的系統時鐘偏移量（毫秒）
• frequency – 系統時鐘頻率
• sys_jitter – 由結合演算法得出的系統時鐘平均偏差（毫秒）
• clk_jitter – 硬體時鐘平均偏差（毫秒）
• clk_wander – 硬體時鐘偏移(PPM – 百分之一)

Jitter (也叫 timing jitter) 表示短期變化大於10HZ 的頻率， wander 表示長期變化大於10HZ 的頻率 （Stability 表示系統的頻率隨時間的變化，和 aging, drift, trends 等是同義詞）

操作要點（續）

NTP 軟體維護一系列連續更新的頻率變化的校正值。對於設置正確的穩定系統，在非擁塞的網路中，現代硬體的 NTP 時鐘同步通常與 UTC 標準時間相差在毫秒內。（在千兆 LAN 網路中可以達到何種精度？）

對於 UTC 時間，閏秒 leap second 可以每兩年插入一次用於同步地球自傳的變化。注意本地時間為夏令時時時間會有一小時的變化。在重同步之前客戶端設備會使用獨立的 UTC 時間，除非客戶端使用了偏移校準。

閏秒發生時會怎樣

閏秒發生時，會對當天時間增加或減少一秒。閏秒的調整在 UTC 時間當天的最後一秒。如果增加一秒，UTC 時間會出現 23:59:60。即 23:59:59 到 0:00:00 之間實際上需要 2 秒鐘。如果減少一秒，時間會從 23:59:58 跳至 0:00:00 。另見 The Kernel Discipline.

那麼… 間隔閾值（step threshold）的真實值是多少: 125ms 還是 128ms？ PLL/FLL tc 的單位是什麼 (log2 s? ms?)？在非擁塞的千兆 LAN 中時間節點間的精度能達到多少？

感謝 Camilo M 和 Chris B的評論。 歡迎校正錯誤和更多細節的探討。

謝謝 Martin

附錄

• NTP 的紀元 從 1900 開始而 UNIX 的從 1970開始.
• 時間校正 是逐漸進行的，因此時間的完全同步可能會畫上幾個小時。
• 節點狀態 可以被記錄到 summarise/plot time offsets and errors
• RMS – 均方根
• PLL – 鎖相環路
• FLL – 鎖頻迴路
• PPM – 百萬分之一，用於描述頻率的變化
• man ntpq (Gentoo 簡明版本)
• man ntpq (長期維護版本)
• man ntpq (Gentoo 長期維護版本)

另見

• ntpq – 標準 NTP 查詢程序
• The Network Time Protocol (NTP) 分布
• NTP 的簡明歷史
• 一個更多細節的簡明歷史 「Mills, D.L., A brief history of NTP time: confessions of an Internet timekeeper. Submitted for publication; please do not cite or redistribute」 (pdf)
• NTP RFC 標準文檔
• Network Time Protocol (Version 3) RFC – txt, or pdf. Appendix E, The NTP Timescale and its Chronometry, p70, 包含了對過去 5000 年我們的計時系統的變化和關係的有趣解釋。
• 維基百科: Time 和 Calendar
• John Harrison and the Longitude problem
• Clock of the Long Now – The 10,000 Year Clock
• John C Taylor – Chronophage
• Orders of magnitude of time
• Greenwich Time Signal

其他

SNTP （Simple Network Time Protocol, RFC 4330，簡單網路協議）基本上也是NTP，但是少了一些基於 RFC 1305 實現的 NTP 的一些不再需要的內部演算法。

Win32 時間 Windows Time Service 是 SNTP 的非標準實現，沒有精度的保證，並假設精度幾乎有 1-2 秒的範圍。（因為沒有系統時間變化校正）

還有一個PTP (IEEE 1588) Precision Time Protocol（精準時間協議）。見維基百科：Precision Time Protocol。軟體程序為 PTPd。蟲咬的功能是這是一個 LAN 高精度主從同步系統，精度在毫秒級，使用 International Atomic Time (TAI， monotonic，無閏秒)。數據報時間戳需要在網卡中啟用。支持 PTP 的網路會對數據報記錄時間戳以減少交換機路由器的影響。也可以在不記錄時間戳的網路中使用 PTP 但可能應為時間偏差太大而無法同步。因此使用這個需要對網路進行設置。

更老的時間同步協議

• DTSS – DEC公司的數字時間同步服務， 被 NTP 所取代。例子： DTSS VMS C code c2000。 （哪裡有關於 DTSS 的文章或文檔嗎？）
• DAYTIME protocol，使用 TCP 或 UDP 13 埠同步
• ICMP Timestamp 和 ICMP Timestamp Reply，使用 ICMP 協議同步
• Time Protocol，使用 TCP 或 UDP 37 號埠同步

via: http://nlug.ml1.co.uk/2012/01/ntpq-p-output/831

作者：Martin L 譯者：Liao 校對：wxy

本文由 LCTT 原創翻譯，Linux中國 榮譽推出

本文轉載來自 Linux 中國: https://github.com/Linux-CN/archive