网络时间协议实现分布式系统内时钟同步的原理分析

收稿日期!"##"$#%$"&基金项目!消防通信指挥系统项目资助’作者简介!张红亮(硕士研究生(研究方向为计算机网络)数据库技术’*+,$

-./01223,*’1.2吴秋云(

硕士(讲师(研究方向为地理信息系统与数据库技术’景宁(博士(教授(博士生导师(研究方向为地理信息系统与数据库技术’网络时间协议实现分布式系统内时钟同步的原理分析

张红亮

吴秋云

景

宁

4国防科技大学电子科学与工程学院(湖南长沙56##%&7

摘

要!在某些关键应用中(分布式系统对系统内时钟的一致性要求是比较高的’网络时间协议作为一个89:+;9+:

标准协议(可以作为分布式系统时钟同步的有效工具’本文介绍了网络时间协议的基本模型和体系结构(并着重分析了使

用网络时间协议实现时钟同步的基本原理’

关键词!分布式系统<容错<网络时间协议<网络时钟同步中图分类号!=>&?6文献标识码!@

文章编号!6###$6""#4"##&7#A $#B &6$#5C D E F G H I H J K L F J M NO G D M P Q J D I R E S I J DI DT I H S Q I U V S W XO G H S W Y Z I S P[W S Z J Q N\I Y W ]Q J S J M J F

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/引

言

随着计算机在人们的生活和工作中发挥着越来越重要的作用(信息技术和网络技术也得到越来越广泛的应用’其中许多关系国计民生的重要应用领域需要依靠计算机系统的高可靠性和高效率来精确控制关键性的工作与任务(例如卫星发射与测控系统)航空管理系统)社会联动系统以及核能发电系统等等’这类应用对分布式系统内时钟的一致性和精确性要求很高(发生任何错误都可能会导致非常严重甚至是灾难性的后果’然而(在实际中计算机的时钟工作不太稳定(容易受到温度)

电源等环境条件的影响’这样以往传统分布式系统的设计与要求(

已不适合在如此严格的环境下运作’因此(如何在分布式系统中精确地同步网络中所有主机的时间是一个相当重要)亟待解决的问题’

网络时间同步技术因此得到了长足的发展051

’

从七十年代末八十年代初网络时间同步技术的初步发展(一直到目前网络时间协议4‘+:+.;’=,2+>;.:.1.*(‘=>7第5版孕育待生(网络同步技术经历了萌芽22快速发展22基本成熟22继续发展等阶段(

时钟同步精度从最初的6秒提高到现在的几十个纳秒(时钟同步的稳定性也越来越高051

’

目前(网络时间协议已成为了89:+;9+:标准协议之一0A 1

(并在89:+;9+:上得到了相当广泛的应用’

3网络时间协议

3’/协议简介

网络时间协议是=4>58>协议族的一部分(是运行在8>协议和e 6>协议之上的应用层协议’网络时间协议可以通过89:+;9+:

和局域网在不同的操作系统平台之间进行通信’对于客户机或服务器来说(时间同步应用的另一端4服务器或客户机7是透明的(与其运行的操作系统无关’

网络时间协议通过多个时间服务器和=4>58>网络连接链路的多样性(来保证客户机总能接收到正确的时间信息4即可靠性7<通过基于概率论的分析方法和算法(来提高客户机矫正时间的精确度’在89:+;9+:上(使用网络时间协议可以获得几十个毫秒的精度<在局域网中(使用网络时间协议可以获得小于一个毫秒的精度’在网络时间协议的报文格式中(用于传递时间信息的时间戳纪录的基本单位是自6?##年6月6日#时始的秒数’

3’3相关技术

89:+;9+:

协议族中还有其它几种记录和传输时间的协议和机制(包括63/:,2+*;.:.1.*0%1)=,2+*;.:.1.*0B 1

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’网络时间协议正是从这些协议和机制上演化而来的’

第"5卷第A 期"##&年A 月小型微型计算机系统

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