作者：毕晓峰

在网络应用发展的今天，很多大型应用，如航空航天、金融数据中心等，出于各种重要原因，其网络内各计算机及相关设备，需要保持时间完全精准。

01标准时间

说到时间，我们先来了解一下标准时间的概念及演变。

早期，标准时间采用的是格林尼治时间，即GMT，也称为世界时。它是指英国伦敦格林尼治天文台的标准时间，是以地球自转为基础，根据太阳横穿格林尼治本初子午线（即0度经线）来确定标准时间，用天来定义秒的计量系统，是基于天文学的。由于地球自转速度不均匀，并且正在缓慢减速，因此，在GMT下，每天的一秒在微观尺度上和其它天的都不相同，不是一种均匀的时间系统。

基于某些元素的原子能级跃迁频率有极高的稳定性这一特点，1967年国际度量衡大会对秒重新进行了定义：铯133元素的两个超精细能阶之间跃迁时所辐射的电磁波的周期的9,192,631,770倍 的时间定义为一秒。在此基础上，1971年由国际时间局建立了国际原子时（TAI），并取1958年1月1日0时0分0秒世界时的瞬间作为同年同月同日0时0分0秒TAI。因此，TAI是基于物理学，为一种极其精确的时间系统，是用秒来定义天。

为解决TAI和GMT之间的时间误差，协调世界时于1972年面世。协调世界时，又称世界标准时间、国际协调时间，简称UTC。以TAI秒长为基础，当GMT与TAI之间时刻相差超过0.9秒时，通过在当年的6月30日或12月31日的最后时刻增减1秒进行修正，在时刻上尽量接近GMT。这就是闰秒。自1972年以来，一共进行了27次闰秒调整，都是正闰秒，即增加一秒。

闰秒在当今存在一些争议。一些国家（如美国、法国、日本）认为应该直接使用TAI，不需要闰秒。因为要让世界各国在同一个瞬间增加一个闰秒，绝非易事。稍有疏忽，很多重要系统就会因时间误差而导致混乱。而且，基于闰秒出现的无规律性和不可预知性，要在设备上预留“置闰”设置也非常麻烦。总而言之，闰秒会让全世界付出更多的许多人力财力成本。而另一些国家（如中国、英国、俄罗斯）则认为，在地球越转越慢的现实之中，五千年后的人类将发现，“日居正中”将是下午1时。“作为科技进步的产物，全面采用原子时，意味着人们可以完全摆脱地球自转与日月更替，孤独地奔跑在向前的路上。”，因此需要用闰秒进行修正。就最近国际电信联盟的投票结果而言，闰秒得以保留，UTC依然作为公认的国际标准时间。

02网络时间(NTP)协议

既然确定了UTC作为公认的国际标准时间。那如何保证时间的统一性和准确性，是按照A这台计算机的时间，还是按照B这台计算机的时间？这就需要用到网络时间协议，英文名称为Network Time Protocol ，简称NTP。通过该协议，可以把计算机的时钟同步到UTC，其精度在局域网内可达0.1ms，在互联网上绝大多数的地方其精度可以达到1-50ms。

在NTP中，时间按照服务器的等级传播，Stratum-1（我们一般称作一级服务器）为最高层，其时间源为标准UTC，该时间源可以来自外部，如北斗、GPS，也可以来自该服务器内部的原子钟。而Stratum-2（二级服务器）则从Stratum-1获取时间，Stratum-3从Stratum-2获取时间，以此类推，但Stratum层的总数最多不超过15层。为防止单点故障，每一级服务器都应该有多台，且数量一般为奇数，以便于下级服务器决策。

在NTP协议中，下级服务器在指定的轮询时间范围（如64秒至1024秒）内，向上一级服务器通过UDP123端口发送报文，进行探测，根据多次的探测结果进行时间校准。在默认配置下，时差在128ms以内，会分成多步慢慢调整；时差在128ms至1000ms，时间会一次性调整到位；时差超过1000ms，NTP会判定为当前环境不可靠，而中止运行。有些系统支持对以上参数进行调整，但有些系统则不可以。

正如之前所提到的，在对时间精确度要求很高的环境下进行闰秒的调整绝非易事，其最主要的原则就是不能发生时间跳变。在一个复杂网络环境中，不是所有的系统或设备都能支持参数调整，也就是说在向上级服务器探测时间时，时差不能超过128ms。所以闰秒调整需分多步进行，以保证每一级服务时间差不超过128ms。受到网络传输延时的影响，在广域网内，越远端的服务器（如Stratum-15）的时间波动越明显，因此，在确认闰秒分步调整时，需要考虑这方面的因素，合理确定分步范围。根据笔者最近两次的调整经验，在3层服务器架构中，一次闰秒调整需分13次至15次完成。

NTP有足够的容错性，除之前提到的1000ms中止运行外，还能根据算法，选用可靠的上一级服务器。当无法正确获得上一级服务器时间时，NTP将使用自身的时间设备（普通设备一般为晶振，一级服务器一般为原子钟）提供服务。

03ntp 配置

NTP的配置也比较容易，在不更改默认参数的情况下，主要配置文件为/etc/ntp.conf,在文件中指定主服务器名或ip即可.
server 主时间服务器 prefer
server 从时间服务器
server 从时间服务器
为保证NTP自动启动，需在服务配置中，将NTP服务设置为开机启动。配置方法在各操作系统下各不相同，这里不再详细说明。
对NTP使用中，一般用到以下几个常规命令(基于AIX、HPUX、LINUX)，简单介绍如下：
1) 查看NTP状态：ntpq -p
可以使用ntpq –p查看ntp状态。正常情况下：remote列的各个服务器前， 应该有一个*，其它为+
输出说明如下：

remote:  对应的NTP服务器，服务器名字前的符号含义如下
*： 选定的时间服务器
+： 处于候选状态的服务器
#： 选定的时间服务器，但距离超过最大值（这句话不太容易理解，但就经验判断，一般是上级之上的服务器存在问题）。
空格：该服务器不可用，原因为未能同步（可能是刚启动还未同步，也有可能是其它原因）。
-： 该服务器不可用。被集群算法所放弃。
x： 该服务器不可用。被交集算法所放弃。
refid:   对应的NTP服务器的上一级NTP服务器。
st:      对应的NTP服务器所在的Stratum（即服务器级别，1为第一级，2为第二级，以此类推）
t:
when: 上一次探测ntp服务器到现在的时间（默认单位为秒，如果时间较长，会出现m、h,分别代表分钟和小时）
poll: 探测ntp服务器的轮询时间，单位为秒。
reach:为8进制，转换为二进制后，代表最近8次探测ntp服务器的状态。失败为0，成功为1。
delay:与ntp服务器的网络时延，单位为毫秒。
offset:与NTP服务器的时间（协议值）偏差，单位为毫秒。
本机时间+offset=NTP服务器时间
jitter:有的版本为disp。多数情况下为最近两次有变化的offset差的绝对值。

2) 查看实时时间偏差：ntpdate -q 对方ip
正常输出如下：
server 192.168.11.33, stratum 2, offset 0.000843, delay 0.02579
24 Jan 20:09:19 ntpdate[10420968]: adjust time server 192.168.11.33 offset 0.000843
offset的值即为实时偏差值，单位为s。
如果显示如下：
server 192.168.11.44, stratum 0, offset 0.000000, delay 0.00000
24 Jan 20:11:26 ntpdate[15139008]: no server suitable for synchronization found
则说明无法从上级服务器获得时间信息，产生原因有可能是网络不通，也有可能是上级服务器未开启ntp服务。

3) 立即与服务器进行时间同步：ntpdate 对方ip
如： ntpdate 192.168.11.33
需要注意的是，这个命令将一次性把时间同步到位，会产生时间的跳变，需确定无影响后再执行。