NTP如何構建和維護網絡時間同步（二）

NTP的性能

NTP如何調整系統的時間

  逐漸修正應用, 直到頻率誤差補償，所以它可能需要長達三個小時 ；當然最終可實現的精度取決于所使用的時間源。基本上客戶端沒有比它的服務器端更準確。此外網絡連接的質量也會影響最終的精度，緩慢且不可預測的網絡延遲將會影響到時間同步。

  NTP維護服務器和客戶端時差小于128ms。在互聯網上不同網絡延遲的典型精度范圍約5ms to 100ms,。最近的一項調查表明,90%的NTP服務器網絡延時低于100ms，約99%的對等體之間偏差小于1秒。

  在運行Linux 系統的intel處理器上，PPS的同步精度在50μs，穩定性優于0.1PPM。

  David Dalton 有相同的描述：“這大多數情況下取決于你的網絡。當然,你可以讓你的機器在幾毫秒的彼此相互連接與正常10T以太網連接,而不是太多的路由器之間的跳轉。如果所有的機器都在相同的安靜的子網,NTP可以很容易地讓他們在一個毫秒以下。但是如果你的網絡擁擠，或者你有一個廣播風暴(比如每秒1000廣播數據包),這導致你的CPU平均負載超過100%，只能檢查和丟棄廣播數據包? 如果你的路由器失去了判斷?您的本地系統時間可以漂移之外的“幾毫秒”窗口的情況下。”

多久系統時鐘更新一次？

  時間應該是一個連續和穩定的,ntpd很少更新時鐘。但是為了修正時鐘錯誤,時間更新經常被使用。如果adjtime()被使用,ntpd每秒鐘將更新系統時鐘。如果ntp_adjtime()被使用,操作系統可以自動補償時鐘錯誤,只需要極少的更新。

  NTP授時同步系統頻率調整值多久更新?NTP是維持內部時鐘的指標，如果時鐘看起來穩定, 發生校正參數頻率會更少。如果時鐘不穩定，跟新校正參數會更頻繁。使用鎖相環技術（PLL），只要微小的變化就可以更長的時間。

  這里有個決定值poll adjust，通過ntpdcloopinfo命令進行查詢。-30意味著減少輪詢間隔(minpoll和maxpoll),而30意味著增加它的的范圍內。這個值是看門狗定時器自上次更新的時間。

ntpdc> loopinfo

offset: -0.000102 s

frequency: 16.795 ppm

poll adjust: 6

watchdog timer: 63 s

  ntpd的最新版本，似乎更新調整值的頻率更低，即使參考時間來源查詢更加頻繁,當地的系統時鐘調整較少。這些誤差估計有多可靠在理論上維護時鐘誤差的數值,實際上一些軟件缺陷導致這些數字有問題。例如新內核時鐘模型對納秒分辨率的處理，是基于過于樂觀的時鐘偏移估計。這個bug已經在2000年8月修復,但不同版本的NTP守護進程對相同的硬件可能產生不同的估計。

客戶數量的限制是什么?

  限制實際上取決于幾個因素,如主處理器的速度和網絡帶寬,但限制是相當多的。 Terje Mathisen曾經提出一個計算：2 packets/256 seconds * 500 K machines ->4 K packets/second (half in each direction).數據包大小接近最小,甚至一定小于128字節密碼認證: 4 K * 128 -> 512 KB/s.所有只要你有一個100 Mbit / s全雙工網絡中央交換機，平均網絡負載是最大量的2 - 3%NTP的穩定性；什么是層次層次是同步的測量距離，是比延時和抖動更靜態的測量值。主要是從客戶端到達參考源的數量，因此參考源處于0層。時鐘服務器一般在一層。在網絡中非有效的NTP信息處備設置也被設置為0層。

  服務器同步到n層時間源，將自身設置為運行在層次n+ 1。層次的上限為15。層次的目的是為了采用更低的服務器層，避免同步循環。一般10層以后的時間源為非可信時間源，許多設備在出廠時被設置為10層。如何避免同步循環服務器能對來自同一個時間源不同路徑的時間進行識別。這可以避免可能導致的過度錯誤積累。

  為避免重復將互聯網地址的源標識符用作參考,引用標識符被限制在32位，用于形成一個無環同步網絡。（參見 Q: 5.1.4.1.）

  該算法更準確地找到最短路徑生成樹和基于同步跳數距離測量。引用標識符提供了額外的信息,以保證相鄰循環條件下的拓撲迅速變化。這是一個任何教科書上眾所周知的計算機網絡路由算法問題。IPv6用于相同的目的引用ID字段時間戳。

NTP的同步頻率minpoll和maxpoll允許的范圍是什么?

  NTP重新啟動后默認輪詢值是由minpoll指定，默認值minpoll 為6(2^6=64秒)和maxpoll 為10(2^10=1024秒)。xntp3 - 5.93 - e的最小和最大允許范圍值是4(2^4=16秒)和14(2^14=4.5小時)。實際上當輪詢間隔大于1024秒時，內核頻率就轉向FLL模式。

  ntp-4.0.99f最小和最大允許范圍值是4(2^4=16秒)和17(2^17=1.5天)。這些值來自ntp.h文件。如果更新間隔時間超過2048秒，修改后的內核頻率會自動切換到FLL模式。

最好的輪詢間隔是什么?

  實際上這個沒答案 ：更短的輪詢間隔更新,將對抖動更加敏感和更快發現隨機錯誤。更長時間的間隔，可能需要更大的修正與更常時間重新發現重大錯誤。然而這兩者之間似乎有一個最佳的。常見操作系統時鐘這個值是接近默認最大輪詢時間1024秒。

操作系統如何調整時間

  為了保持正確的時間, 必須使用xntpd調整系統時鐘。不同的操作系統提供不同的手段,但是下面列出最普遍的。

基本上有四個系統調可以實現NTP科學的馴服系統時鐘:settimeofday(2) step 一步到位調整時間。這種方法使用在如果時間遠超過128毫秒。

  adjtime(2) slew平緩調整時間。調整時間意味著改變虛擬軟件時鐘的時鐘頻率使其更快或更慢,直到達到校正的請求。調整偏差較大的時間可能需要一段時間。例如標準Linux調整時間的速度約每秒0.5毫秒。

ntp_adjtime(2) 控制幾個參數的軟件時鐘(也稱為內核馴服)，包括如下幾個方面。

  調整軟件時鐘偏移,可能糾正虛擬頻率直接調整虛擬軟件時鐘頻率啟用或禁用PPS事件處理閏秒的控制處理讀取和設置一些相關特征值的時鐘hardpps(),它是一個函數，只從一個中斷服務例程調用操作系統。如果啟用hardpps()將更快的調整頻率和校正內核時鐘偏差，以適應外部信號 。