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NTP（Network Time Protocol，網絡時間協議）是由RFC 1305定義的時間同步協議，用來在分布式時間服務器和客戶端之間進行時間同步。NTP基於UDP報文進行傳輸，使用的UDP端口號為123。
使用NTP的目的是對網絡內所有具有時鍾的設備進行時鍾同步，使網絡內所有設備的時鍾保持一致，從而使設備能夠提供基於統一時間的多種應用。
對於運行NTP的本地係統，既可以接受來自其他時鍾源的同步，又可以作為時鍾源同步其他的時鍾，並且可以和其他設備互相同步。
對於網絡中的各台設備來說，如果依靠管理員手工輸入命令來修改係統時鍾是不可能的，不但工作量巨大，而且也不能保證時鍾的精確性。通過NTP，可以很快將網絡中設備的時鍾同步，同時也能保證很高的精度。
NTP主要應用於需要網絡中所有設備時鍾保持一致的場合，比如：
l 在網絡管理中，對於從不同設備采集來的日誌信息、調試信息進行分析的時候，需要以時間作為參照依據。
l 計費係統要求所有設備的時鍾保持一致。
l 完成某些功能，如定時重啟網絡中的所有設備，此時要求所有設備的時鍾保持一致。
l 多個係統協同處理同一個比較複雜的事件時，為保證正確的執行順序，多個係統必須參考同一時鍾。
l 在備份服務器和客戶端之間進行增量備份時，要求備份服務器和所有客戶端之間的時鍾同步。
NTP的優勢如下：
l 采用分層的方法定義時鍾的準確性，可以迅速同步網絡中各台設備的時間。
l 支持訪問控製和MD5驗證。
l 可以選擇采用單播、組播或廣播的方式發送協議報文。
NTP的基本工作原理如圖1所示。Device A和Device B通過網絡相連，它們都有自己獨立的係統時鍾，需要通過NTP實現各自係統時鍾的自動同步。為便於理解，作如下假設：
l 在Device A和Device B的係統時鍾同步之前，Device A的時鍾設定為10:00:00am，Device B的時鍾設定為11:00:00am。
l Device B作為NTP時間服務器，即Device A將使自己的時鍾與Device B的時鍾同步。
l NTP報文在Device A和Device B之間單向傳輸所需要的時間為1秒。
圖1 NTP基本原理圖
係統時鍾同步的工作過程如下：
l Device A發送一個NTP報文給Device B，該報文帶有它離開Device A時的時間戳，該時間戳為10:00:00am（T1）。
l 當此NTP報文到達Device B時，Device B加上自己的時間戳，該時間戳為11:00:01am（T2）。
l 當此NTP報文離開Device B時，Device B再加上自己的時間戳，該時間戳為11:00:02am（T3）。
l 當Device A接收到該響應報文時，Device A的本地時間為10:00:03am（T4）。
至此，Device A已經擁有足夠的信息來計算兩個重要的參數：
l NTP報文的往返時延Delay=（T4-T1）-（T3-T2）=2秒。
l Device A相對Device B的時間差offset=（（T2-T1）+（T3-T4））/2=1小時。
這樣，Device A就能夠根據這些信息來設定自己的時鍾，使之與Device B的時鍾同步。
以上內容隻是對NTP工作原理的一個粗略描述，詳細內容請參閱RFC 1305。
NTP有兩種不同類型的報文，一種是時鍾同步報文，另一種是控製報文。控製報文僅用於需要網絡管理的場合，它對於時鍾同步功能來說並不是必需的，這裏不做介紹。
& 說明：
本文中提到的NTP報文，均為NTP時鍾同步報文。
時鍾同步報文封裝在UDP報文中，其格式如圖2所示。
主要字段的解釋如下：
l LI（Leap Indicator）：長度為2比特，值為“11”時表示告警狀態，時鍾未被同步。為其他值時NTP本身不做處理。
l VN（Version Number）：長度為3比特，表示NTP的版本號，目前的最新版本為3。
l Mode：長度為3比特，表示NTP的工作模式。不同的值所表示的含義分別是：0未定義、1表示主動對等體模式、2表示被動對等體模式、3表示客戶模式、4表示服務器模式、5表示廣播模式或組播模式、6表示此報文為NTP控製報文、7預留給內部使用。
l Stratum：係統時鍾的層數，取值範圍為1～16，它定義了時鍾的準確度。層數為1的時鍾準確度最高，準確度從1到16依次遞減，層數為16的時鍾處於未同步狀態，不能作為參考時鍾。
l Poll：輪詢時間，即兩個連續NTP報文之間的時間間隔。
l Precision：係統時鍾的精度。
l Root Delay：本地到主參考時鍾源的往返時間。
l Root Dispersion：係統時鍾相對於主參考時鍾的最大誤差。
l Reference Identifier：參考時鍾源的標識。
l Reference Timestamp：係統時鍾最後一次被設定或更新的時間。
l Originate Timestamp：NTP請求報文離開發送端時發送端的本地時間。
l Receive Timestamp：NTP請求報文到達接收端時接收端的本地時間。
l Transmit Timestamp：應答報文離開應答者時應答者的本地時間。
l Authenticator：驗證信息。
設備可以采用多種NTP工作模式進行時間同步：
l 客戶端/服務器模式
l 對等體模式
l 廣播模式
l 組播模式
用戶可以根據需要選擇合適的工作模式。在不能確定服務器或對等體IP地址、網絡中需要同步的設備很多等情況下，可以通過廣播或組播模式實現時鍾同步；服務器和對等體模式中，設備從指定的服務器或對等體獲得時鍾同步，增加了時鍾的可靠性。
圖3 客戶端/服務器模式
在客戶端/服務器模式中，客戶端向服務器發送時鍾同步報文，報文中的Mode字段設置為3（客戶模式）。服務器端收到報文後會自動工作在服務器模式，並發送應答報文，報文中的Mode字段設置為4（服務器模式）。客戶端收到應答報文後，進行時鍾過濾和選擇，並同步到優選的服務器。
在該模式下，客戶端能同步到服務器，而服務器無法同步到客戶端。
圖4 對等體模式
在對等體模式中，主動對等體和被動對等體之間首先交互Mode字段為3（客戶端模式）和4（服務器模式）的NTP報文。之後，主動對等體向被動對等體發送時鍾同步報文，報文中的Mode字段設置為1（主動對等體），被動對等體收到報文後自動工作在被動對等體模式，並發送應答報文，報文中的Mode字段設置為2（被動對等體）。經過報文的交互，對等體模式建立起來。主動對等體和被動對等體可以互相同步。如果雙方的時鍾都已經同步，則以層數小的時鍾為準。
圖5 廣播模式
在廣播模式中，服務器端周期性地向廣播地址255.255.255.255發送時鍾同步報文，報文中的Mode字段設置為5（廣播模式）。客戶端偵聽來自服務器的廣播報文。當客戶端接收到第一個廣播報文後，客戶端與服務器交互Mode字段為3（客戶模式）和4（服務器模式）的NTP報文，以獲得客戶端與服務器間的網絡延遲。之後，客戶端就進入廣播客戶端模式，繼續偵聽廣播報文的到來，根據到來的廣播報文對係統時鍾進行同步。
圖6 組播模式
在組播模式中，服務器端周期性地向組播地址發送時鍾同步報文，報文中的Mode字段設置為5（組播模式）。客戶端偵聽來自服務器的組播報文。當客戶端接收到第一個組播報文後，客戶端與服務器交互Mode字段為3（客戶模式）和4（服務器模式）的NTP報文，以獲得客戶端與服務器間的網絡延遲。之後，客戶端就進入組播客戶模式，繼續偵聽組播報文的到來，根據到來的組播報文對係統時鍾進行同步。
客戶端/服務器模式和對等體模式支持NTP多實例，可以實現MPLS VPN網絡的時間同步，即物理位置不同的網絡設備（CE、PE），隻要屬於同一個VPN，就可以通過NTP來獲得時間同步。具體功能如下：
l CE上的NTP客戶端可以同步到另一個CE上的NTP服務器；
l CE上的NTP客戶端可以同步到PE上的NTP服務器；
l PE上的NTP客戶端可以通過指定的VPN實例同步到CE上的NTP服務器；
l PE上的NTP客戶端可以通過指定的VPN實例同步到另一個PE上的NTP服務器；
l PE上的NTP服務器可以同步不同VPN內多個CE上的NTP客戶端。
& 說明：
l CE（Customer Edge）設備：用戶網絡邊緣設備，有接口直接與服務提供商（Service Provider，SP）相連。CE“感知”不到VPN的存在。
l PE（Provider Edge）設備：服務提供商網絡的邊緣設備，與用戶的CE直接相連。
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