【分享】NTP網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器的功能原理是什么？

【分享】NTP網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器的功能原理是什么？

概述：電腦時間走時不準(zhǔn)是出了名的。它一般是以廉價的振蕩電路或石英鐘為基礎(chǔ)，每天的誤差可達數(shù)秒，經(jīng)過一段時間的累積就會出現(xiàn)較大的誤差。隨著不斷增加的分散式計算和我們對網(wǎng)絡(luò)的依賴性的加強，不準(zhǔn)確的電腦時間對于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及其中的應(yīng)用程序的安全性會產(chǎn)生較大的影響，尤其是那些對沒有實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步而導(dǎo)致的問題比較敏感的網(wǎng)絡(luò)指令或應(yīng)用程序。
1、網(wǎng)絡(luò)指令
要得到最佳的網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)（performance）,就得向系統(tǒng)提供時間同步信息。千萬不要等到出了問題才認識到時間同步的重要性。如果沒有時間同步，網(wǎng)絡(luò)指令是無法正常運行的。
時間同步直接影響網(wǎng)絡(luò)指令的領(lǐng)域有：
--記錄文件安全、審查和監(jiān)控
--網(wǎng)絡(luò)錯誤檢查和復(fù)原
--文件時間戳
--目錄服務(wù)
--存取安全與確認
--分散式計算
--預(yù)設(shè)操作
--真實世界時間值
2、記錄文件安全、審查和監(jiān)控
服務(wù)器記錄文件以及其后的報告中的數(shù)據(jù)來評估組織的活動，包括防火墻和VPN安全相關(guān)的活動，帶寬的使用，以及其他各種各樣的記錄、管理、確認、授權(quán)和會計職能。由于服務(wù)器記錄的是來自不同主機的信息，因此時間的準(zhǔn)確性顯得非常必要，否則的話就可能出現(xiàn)不同的事件順序和故障排除的根源問題，使得與時間有關(guān)的一切數(shù)據(jù)都變得毫無意義。即使是在路由器里，像路由器配置改變、接口狀態(tài)、調(diào)制解調(diào)器事件、安全警報、環(huán)境條件、CPU處理過載等主要的配置事件和系統(tǒng)錯誤信息，都要有準(zhǔn)確的時間戳，這些數(shù)據(jù)才有意義。
比如微軟應(yīng)用中心的監(jiān)控程序，它在同步和監(jiān)控過程中就用到了時間值。磁簇中不同步的時間會導(dǎo)致矛盾的行為。執(zhí)行計算數(shù)據(jù)的時間轉(zhuǎn)換就是其中毅力，它使我們得到的值看上去與實際值有偏差。
在Sun Microsystem的詞簇mode里，進行中的時間同步對記錄文件的準(zhǔn)確性更為重要，因為管理員無法修改一個正在運行的詞簇節(jié)點上的時間。而且管理員也不應(yīng)該用date,rdate,ntpdate之類的命令來修改詞簇時間。這些命令的運行會導(dǎo)致詞簇時間的突然改變并因此出現(xiàn)錯誤。
很多企業(yè)都曾經(jīng)受到過公眾廣泛關(guān)注的denial of service的襲擊。網(wǎng)絡(luò)安全專家利用原本用于檢查root-cause網(wǎng)絡(luò)事件的RMON記錄來實施網(wǎng)絡(luò)犯罪。
3、網(wǎng)絡(luò)錯誤診斷和修復(fù)
大多數(shù)IT組織都以它們保持full flow網(wǎng)絡(luò)指令的能力來衡量其好壞。停機時間的嚴格限制是服務(wù)器質(zhì)量最常用的衡量標(biāo)準(zhǔn)之一。所有IT部門對此都非常敏感。在出現(xiàn)錯誤的時候，準(zhǔn)確的 網(wǎng)絡(luò)時間對于錯誤的診斷和修復(fù)起著非常關(guān)鍵的作用。
為了進行錯誤診斷，連接破壞、緩沖溢位、數(shù)據(jù)包丟失和其他的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)事件都會由服務(wù)器、路由器、開關(guān)及專用儀器中的RMON進行捕捉、記錄和報告。要是root-cause造成網(wǎng)絡(luò)坍塌。那么系統(tǒng)將會列出一份關(guān)于RMON事件的報告。這些事件都帶有RMON代理程序給他們加上的時間戳，并以時間為索引。如果時間是同步的，那么各事件的順序就可以很方便的排出來，root-cause也就很容易確定了。如果沒有實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時間同步，root-cause 將很難確定，并會一直持續(xù)下去。
4、文件時間戳
任何文件系統(tǒng)的完整性都在很大程度上依賴于文件自身的名稱和日期。獨立的文件更會詳細的記錄創(chuàng)立日期、上次讀取時間、上次存檔時間和上次修改時間。在分散的文件共享系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)文件共享服務(wù)器（NFS）維護主要文件以供遠程客戶機使用。NFS是獨立于網(wǎng)絡(luò)時間的。當(dāng)接受到兩份名稱相同的文件時，NFS只認可最新的一份。如果客戶機給一份遠程讀取的文件所加的時間戳早于文件登錄到NFS上的時間，那么客戶機文件連同所做的一切修改都會被刪除。
5、目錄服務(wù)
網(wǎng)絡(luò)時間同步是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和搭建的重要組成部分。多個網(wǎng)絡(luò)目錄服務(wù)系統(tǒng)相互交換信息之后，要根據(jù)時間戳對目錄服務(wù)數(shù)據(jù)庫的修改時間進行調(diào)整使其一致。群組軟件應(yīng)用中的目錄和合作也要用到準(zhǔn)確的時間。沒有時間同步的網(wǎng)絡(luò)，對時間敏感的系統(tǒng)和應(yīng)用就無法正常進行。在WindowsNT網(wǎng)絡(luò)中，所有的NT服務(wù)器和客戶機都與一個作為共同標(biāo)準(zhǔn)的時間源同步。相似的，Novell目錄服務(wù)（NDS）也是利用時間戳來確認事件發(fā)生的順序并記錄真實世界時間值。
6、存取安全和確認
Windows 2000是最新，也是最典型的網(wǎng)絡(luò)時間同步的例子。在Windows 2000中，預(yù)設(shè)確認協(xié)議在authentication ticket generation process中要用到工作站時間，因此同步的事件是一個很關(guān)鍵的因素。Windows 2000中包含了一個W32 Time 時間服務(wù)工具，它的作用是確保一個組織中的所有Windows 2000用戶都采用統(tǒng)一的時間。時間服務(wù)采用的是可以控制使用權(quán)和防止回圈的階層式關(guān)系來保證共同時間的使用。所有的客戶機桌面和成員服務(wù)器都指定他們自己的確認網(wǎng)域控制器為時間搭檔。在往上直到初級網(wǎng)域控制器（PDC）的整個階層結(jié)構(gòu)中都是如此。而PDC則于某個可靠的時間源同步，比如專門的網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器。要是沒有可用的時間服務(wù)器，不同網(wǎng)域控制器的時間差別超出了Kerberos的允許范圍，那么兩臺網(wǎng)域控制器之間的確認/登錄就無法實現(xiàn)，還會出現(xiàn)錯誤信息。
7、分散計算
IBM在他們的分散計算環(huán)境（DCE）中認識到了時間同步的重要性。DCE是一系列的服務(wù)，這些服務(wù)共同作用，可以為升級和分散應(yīng)用提供一個高水平、連貫的環(huán)境。DCE的四種主要服務(wù)分別是：遠程程序呼叫，目錄服務(wù)、安全服務(wù)和分散時間服務(wù)。分散時間服務(wù)要解決的是在一個分散系統(tǒng)中不同主機的時間同步問題。在客戶機和服務(wù)器組成的集合中，主機的系統(tǒng)時鐘與安全服務(wù)器主機的時鐘的差別不能大于5分鐘。如果大于5分鐘就會導(dǎo)致確認錯誤，客戶機的配置也會fail.
8、預(yù)定指令
Cron Scripts和Crontab是命令列表，這些命令大多用于計算機操作系統(tǒng)或應(yīng)用服務(wù)器并在指定時間執(zhí)行。由于這類指令多用于數(shù)據(jù)備份，因此它們的預(yù)設(shè)執(zhí)行時間都是在深夜，在一天的交易結(jié)束以后。為了使命令在我們想要的時間運行，一臺單機與時間源必須同步。在多臺主機同時執(zhí)行獨立Cron文件的情況下，主機的時間同步更顯得重要，這樣多個預(yù)定操作才可能相互協(xié)調(diào)進行。
9、真實世界時間值
操作一個使用真實世界時間值的網(wǎng)絡(luò)是無法用別的什么東西來替代的。我們可以在時間不正確的情況下運行一個網(wǎng)絡(luò)，但這種方式是不可取的。局域網(wǎng)與其他更大的網(wǎng)絡(luò)相互連接，它們之間唯一共同的東西就是準(zhǔn)確的時間。真實世界時間是以UTC為基礎(chǔ)的，它是格林威治日平時采用的最新的標(biāo)準(zhǔn)時間。在UTC基礎(chǔ)上運行的網(wǎng)絡(luò)有著共同的實踐基礎(chǔ)。UTC時間來自于一個精確、安全、可靠的時間源，然后經(jīng)由各種操作系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為當(dāng)?shù)貢r間。正是由于有了共同的時間參考，網(wǎng)絡(luò)管理員才可以獲取與時間有關(guān)的信息，從而保證網(wǎng)絡(luò)的正常運行，避免各種問題的出現(xiàn)。
10、應(yīng)用
很多計算機應(yīng)用程序都使用時間戳作為一個關(guān)鍵要素，給那些精確設(shè)計好的數(shù)據(jù)增加了非凡的意義。共享數(shù)據(jù)庫、廣告和商務(wù)系統(tǒng)、信息獲取、電子郵件以及大量其他的應(yīng)用都相當(dāng)依賴于不同程度的精確度和準(zhǔn)確的時間輟。時間戳的應(yīng)用領(lǐng)域是非常廣泛的，其中的常見應(yīng)用在很大程度上要靠網(wǎng)絡(luò)時間同步來提供時間信息。
時間同步直接影響應(yīng)用的關(guān)鍵領(lǐng)域有：
--工程進度控制
--軟件開發(fā)
--電子郵件
--法律法規(guī)的需求
--用戶名和密碼
11、交易處理
交易處理中的時間同步并不是一個新問題。在六十年代， IBM 即認識到時間同步在高價值交易中的重要性。 IBM 的" redbook "中提到："在數(shù)據(jù)處理中，時間和日期準(zhǔn)確性的要求是長期的。當(dāng)單一系統(tǒng)被多重或雙重系統(tǒng)代替后，這就要求系統(tǒng)時鐘既有準(zhǔn)確性，又有兼容性。"
現(xiàn)在，我們用網(wǎng)絡(luò)完成各種各樣的交易。在這個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，會使用多種不同型號和功能的服務(wù)器和工作站。應(yīng)用時間戳要求有一秒的限制。時間戳回答了交易何時發(fā)生這樣的問題，也就是購買命令何時發(fā)出，電話何時接通和掛斷等。
我們需要把交易時間戳精確到毫秒的十位級，是因為我們需要確定交易發(fā)生的正確順序，特別是大量交易幾乎同時發(fā)生時。由于電腦交易都是自動和迅速完成的，用于確定系統(tǒng)時間的時間必須少于最少的交易時間――確定時間大約需要 5-20 毫秒。
12、軟件發(fā)展
程序設(shè)計是一個設(shè)計組的分散任務(wù)。這個設(shè)計組可以在不同的服務(wù)器上編碼，而且有時需要跨地區(qū)工作。最終，所有編碼都要編入一個程序中。"編文件"（ MAKE ）功能或某種"版本控制系統(tǒng)"可用于對來自分散服務(wù)器的軟件進行管理。當(dāng)源文件被修改后，時間戳可以用來決定哪個文件需要被重建。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)生成了某種目錄后，而服務(wù)器和客戶對現(xiàn)在時間有不同的認識時?quot;編文件"功能不能重建某些源文件，也不能編寫基于最新信息的可操作文件。有許多這樣的報告：當(dāng)工程師往源編碼文件輸入"修改"（ FIX ）命令時，在最終編寫文件的過程中只有"修改"這個命令被省略了。而它給公司帶來了極大的難堪和浪費。這種錯誤是很難檢查出的。在使用過程中，編程人員第一個反映是咒罵軟件蟲。然后，設(shè)計組將花費大量的時間檢查出軟件蟲是由于含有丟失文件的基礎(chǔ)部分被修改引起的，而這種修改就是因為缺乏服務(wù)器時間同步。
13、電子郵件
電子郵件正迅速成為書面交流的標(biāo)準(zhǔn)形式。IDC的一項調(diào)查表明，到2000年底的時候，全世界平均每天發(fā)送的電子郵件數(shù)量達到了100億。預(yù)計到2005年，世界上每天發(fā)送電子郵件的數(shù)量將超過這一數(shù)字的3倍，達到驚人的350億。每一封通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)碾娮余]件都附帶了發(fā)信時的時間輟。時間戳的錯誤將造成收信端的混亂，也會引起人們對郵件系統(tǒng)的可信度的質(zhì)疑。
14、法規(guī)要求
根據(jù)某些法律和規(guī)章的要求，網(wǎng)絡(luò)時間必須是準(zhǔn)確、可追蹤的。NASD要求它的成員按照NIST的UTC時間給股票交易加上時間戳，這個時間戳必須精確到三秒以內(nèi)。這一要求對于時間同步具有相當(dāng)大的挑戰(zhàn)性，因為NASD在全美有著5500會員和超過82000個分支機構(gòu)。在商業(yè)交易發(fā)生時，同步的、可追蹤的時間有利于進行確認，宣布交易生效。其它法律、醫(yī)藥、電信方面的應(yīng)用也要求把可追蹤的時間標(biāo)準(zhǔn)作為他們的網(wǎng)絡(luò)操作原則之一。
15、用戶名與密碼
2000年，美國通過了電子簽名法案。這項法案規(guī)定，計算機與他們的host組織之間有著契約上的義務(wù)。一臺計算機或者某人掌握了正確的用戶名和密碼，他就可以進行交易，而在ID和口令撤消之后系統(tǒng)就會拒絕存取。

總結(jié)
在true time我們從客戶的經(jīng)歷中了解到了網(wǎng)絡(luò)時間同步的重要性。每天我們都在幫助客戶維持必要的網(wǎng)絡(luò)職責(zé)，以使他們的公司順利運轉(zhuǎn)，這些顧客認識到了很多的網(wǎng)絡(luò)操作和運用都依賴于穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)時間同步來發(fā)揮作用，同時它也使得可能出現(xiàn)的問題更易解決。
我們堅定地相信在建立一個高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)時間同步系統(tǒng)方面的優(yōu)勢不僅在現(xiàn)在，而且在將來都能帶來收益。

審核編輯 黃宇