ntp

NTPD (Network Time Protocol Daemon) 是一个用于网络时间同步的服务，通过该服务可以让计算机或设备与标准时间源同步，以确保系统的时间准确性。NTP（Network Time Protocol）是一种广泛使用的协议，用于通过网络同步计算机的时钟，保持系统时间与 UTC（协调世界时）一致。

NTPD 的基本功能

NTPD 主要有以下功能：

时间同步：NTPD 会与指定的时间服务器进行通信，并使本地系统时钟与网络时间（如 UTC）同步。
时间保持：NTPD 会在运行时持续跟踪和校准系统时间，定期进行时间同步以确保时钟的准确性。
对网络时钟的调节：NTPD 会通过调整系统时钟的频率（也叫做“时钟漂移”）来保持系统时间的稳定。
容错机制：NTPD 可以从多个时间源（如公共的 NTP 服务器）获取时间，并通过算法选择最准确的时间源，从而避免单一服务器故障的影响。

NTPD 的工作原理

NTPD 基于 NTP 协议，它通过使用层级结构的时间源来同步时间。时间源通常从 原子钟、GPS 或其他高精度设备获取时间。NTP 协议的时间同步机制是通过 时间戳交换 来实现的。

时间源层次结构：NTP 服务器根据其提供的时间源的精确度分为不同的层级，称为 "stratum"。
Stratum 0：原子钟、GPS、其他高精度时间源。
Stratum 1：直接从 stratum 0 时间源获取时间的服务器。
Stratum 2：通过 stratum 1 服务器获取时间的服务器，依此类推。

一个高层次的 NTP 服务器通常会从低层次的服务器获取时间，而低层次的服务器则依赖于更精确的源。

时间同步过程：NTPD 客户端与 NTP 服务器之间交换时间戳信息，具体步骤如下：
客户端发送请求到 NTP 服务器，要求获取当前时间。
服务器返回一个时间戳（包括发送时间、接收时间等信息）。
客户端计算延迟和时钟偏差，然后调整自己的系统时间。

延迟计算：NTP 协议会计算请求的往返延迟并尽量减少网络延迟的影响。

时钟调节：NTPD 会根据实际的时间差异调整系统时钟的频率，以纠正长时间积累的小误差。这种调节方式不会突然改变系统时间，而是平滑地进行调整。

[root@ ~]# rpm -ql  ntp-4.2.6p5-29.el7.centos.2.x86_64 
/etc/dhcp/dhclient.d   # DHCP客户端的配置脚本目录，用于设置NTP相关配置
/etc/dhcp/dhclient.d/ntp.sh   # 脚本，用于从DHCP服务器获取NTP服务器地址
/etc/ntp.conf   # NTP配置文件，指定NTP服务器和其他时间同步设置
/etc/ntp/crypto   # 存放NTP加密文件和密钥的目录
/etc/ntp/crypto/pw   # 存放NTP认证所需的密码文件
/etc/sysconfig/ntpd   # 配置NTP守护进程启动参数的系统配置文件
/usr/bin/ntpstat   # 显示NTP同步状态的工具
/usr/lib/systemd/ntp-units.d/60-ntpd.list   # systemd依赖关系和单位配置文件
/usr/lib/systemd/system/ntpd.service   # systemd服务单元，管理ntpd服务
/usr/sbin/ntp-keygen   # 用于生成和管理NTP密钥的工具
/usr/sbin/ntpd   # NTP守护进程主程序，负责时间同步
/usr/sbin/ntpdc   # 用于监控ntpd守护进程的工具（已废弃）
/usr/sbin/ntpq   # 查询ntpd状态和统计信息的工具
/usr/sbin/ntptime   # 显示系统时间和NTP同步状态的工具
/usr/sbin/tickadj   # 调整系统时钟滴答间隔的工具
/usr/share/doc/ntp-4.2.6p5   # NTP文档目录，包含软件包的使用说明
/usr/share/doc/ntp-4.2.6p5/COPYRIGHT   # NTP软件包的版权声明
/usr/share/doc/ntp-4.2.6p5/ChangeLog   # 记录NTP包更新内容的日志文件
/usr/share/doc/ntp-4.2.6p5/NEWS   # 发布说明，告诉用户新版本的改动
/usr/share/man/man1/ntpstat.1.gz   # ntpstat命令的手册页，压缩版
/usr/share/man/man5/ntp.conf.5.gz   # ntp.conf配置文件手册页，压缩版
/usr/share/man/man5/ntp_acc.5.gz   # NTP认证配置的手册页
/usr/share/man/man5/ntp_auth.5.gz   # NTP认证的手册页
/usr/share/man/man5/ntp_clock.5.gz   # 配置NTP时间源的手册页
/usr/share/man/man5/ntp_decode.5.gz   # 解释NTP数据包的手册页
/usr/share/man/man5/ntp_misc.5.gz   # 其他NTP配置选项的手册页
/usr/share/man/man5/ntp_mon.5.gz   # ntpd监控配置的手册页
/usr/share/man/man8/ntp-keygen.8.gz   # ntp-keygen命令的手册页，压缩版
/usr/share/man/man8/ntpd.8.gz   # ntpd守护进程手册页
/usr/share/man/man8/ntpdc.8.gz   # ntpdc命令手册页
/usr/share/man/man8/ntpq.8.gz   # ntpq命令手册页
/usr/share/man/man8/ntptime.8.gz   # ntptime命令手册页
/usr/share/man/man8/tickadj.8.gz   # tickadj命令手册页
/var/lib/ntp   # 存储NTP服务运行时数据的目录
/var/lib/ntp/drift   # NTP系统时钟漂移数据文件
/var/log/ntpstats   # 存储ntpd日志和同步状态信息的目录

配置 NTPD 服务

安装 NTPD

在大多数 Linux 发行版中，ntpd 包可以通过包管理器安装：

Ubuntu/Debian 系统：

sudo apt update
sudo apt install ntp

CentOS/RHEL 系统：

sudo yum install ntp

2. 启动和启用 NTPD 服务

安装完成后，启动并启用 ntpd 服务，以便它在系统启动时自动启动：

启动服务：

sudo systemctl start ntp

启用服务（使其在系统启动时自动启动）：

sudo systemctl enable ntp

检查 NTP 服务状态：

sudo systemctl status ntp

3. 配置 NTPD

ntpd 的配置文件通常位于 /etc/ntp.conf，可以编辑这个文件来配置时间服务器和其他设置。

[root@noaheese ~]# cat /etc/ntp.conf  
driftfile /var/lib/ntp/drift               # 指定存储本地时钟漂移值的文件，ntpd 用它来校正系统时钟误差
restrict default kod nomodify notrap nopeer noquery  # 为所有客户端设置默认访问限制，启用关键字检测（kod），禁止修改、陷阱、对等连接和查询
restrict -6 default kod nomodify notrap nopeer noquery # 为所有 IPv6 客户端设置与 IPv4 相同的默认访问限制
restrict 127.0.0.1                        # 对本地 IPv4 回环地址提供较宽松的访问权限，允许本机查询和修改
restrict ::1                              # 对本地 IPv6 回环地址提供较宽松的访问权限，允许本机查询和修改
includefile /etc/ntp/crypto/pw            # 包含存放 NTP 认证密码的文件，用于安全认证
keys /etc/ntp/keys                        # 指定存储 NTP 认证密钥的文件，供 ntpd 验证和生成时间戳签名
disable monitor                           # 禁用 ntpd 的监控功能，防止外部访问详细的状态信息
server xxx.xxx.xxx.xxx                        # 指定用于时间同步的上游 NTP 服务器地址

基本配置如下：

# /etc/ntp.conf                       
# 定义时间服务器                         # 注释说明接下来是定义上游时间服务器
server 0.centos.pool.ntp.org iburst   # 指定上游 NTP 服务器为 0.centos.pool.ntp.org，iburst 选项用于加速初始同步
server 1.centos.pool.ntp.org iburst   # 指定上游 NTP 服务器为 1.centos.pool.ntp.org，iburst 选项用于加速初始同步
server 2.centos.pool.ntp.org iburst   # 指定上游 NTP 服务器为 2.centos.pool.ntp.org，iburst 选项用于加速初始同步
server 3.centos.pool.ntp.org iburst   # 指定上游 NTP 服务器为 3.centos.pool.ntp.org，iburst 选项用于加速初始同步

# 启用局域网中的广播模式                # 注释说明启用局域网内的广播时间同步功能
broadcast 192.168.1.255                # 设置广播地址为 192.168.1.255，ntpd 将通过此地址广播时间信息到局域网内

# 允许特定的客户端访问本地 NTP 服务      # 注释说明配置对特定网络的客户端访问限制
restrict 192.168.0.0 mask 255.255.255.0 nomodify notrap.  # 对 192.168.0.0/24 网络的客户端应用访问限制，允许查询但禁止修改配置及发送 trap 消息

server 行指定了要使用的 NTP 服务器。可以选择本地的 NTP 服务器或公共的 NTP 服务器。
iburst 选项可以在启动时快速同步时间。
restrict 行用于限制哪些 IP 地址或网络可以访问本地 NTP 服务。

验证和查看 NTP 状态

查看 NTP 同步状态

要查看 ntpd 是否正在正常同步时间，可以使用以下命令：

ntpq -p

这将显示当前正在使用的 NTP 服务器以及它们的状态信息。例如，输出可能如下所示：

     remote           refid      st t when poll reach   delay   offset  jitter
==============================================================================
*xx.xx.xx.xx     xx.xxx.xx.xx      2 u 1004 1024  377    0.115   -1.462   0.221
# *10.52.192.2     # 远程 NTP 服务器的 IP 地址
# 10.50.27.35      # 参考 ID，表示远程服务器时间来源的地址
# 2                # 层级，表示该服务器距离参考时钟的距离（层次为 2）
# u                # 连接类型，u 表示单播连接
# 1004             # 距离上次轮询的时间（秒）
# 1024             # 轮询间隔（秒）
# 377              # 可达性寄存器，表示 NTP 查询的状态（八进制）
# 0.115            # 网络延迟，单位为毫秒（此处为 0.115 秒，即 115 毫秒）
# -1.462           # 时间偏移，表示本地系统与远程服务器之间的时间差（单位为毫秒）
# 0.221            # 抖动，时间偏移测量的变化范围（单位为毫秒）

* 表示当前选中的同步源。
reach 列表示 NTP 服务器的可达性，377 表示 8 次请求均成功。
delay 和 offset 表示网络延迟和本地时钟偏差。
强制同步时间

如果需要手动强制同步时间，可以使用 ntpdate 工具：

sudo ntpdate 0.centos.pool.ntp.org

常见问题和故障排查

时钟偏差过大：
如果系统时钟与 NTP 服务器的时间差异过大，ntpd 可能会无法同步。在这种情况下，可以使用 ntpdate 工具来立即同步时间，然后重新启动 ntpd。

sudo ntpdate 0.centos.pool.ntp.org
sudo systemctl restart ntp

防火墙问题：
确保防火墙允许 NTP 服务的 UDP 123 端口通信。如果防火墙阻止了这些流量，ntpd 将无法同步时间。
NTP 服务器不可达：
如果 ntpd 无法连接到配置的 NTP 服务器，检查网络连接并尝试更换服务器。可以使用其他公共的 NTP 服务器，如 pool.ntp.org。
系统时间不正确：
如果系统时间不准确，ntpd 可能无法正确同步。使用 date 命令检查当前系统时间并确保它的正确性。

时间同步工具命令

1. ntpq

ntpq 是用于监控和管理 ntpd 服务的工具，显示当前 NTP 状态信息。

检查 NTP 服务器状态：

ntpq -p

显示连接到的 NTP 服务器列表及状态。输出示例：

     remote           refid      st t when poll reach   delay   offset  jitter
==============================================================================
*0.centos.pool.ntp.org  .POOL.          2 u   43   64   377    0.223    0.001   0.004
+1.centos.pool.ntp.org  .POOL.          2 u   35   64   377    0.234    0.001   0.003

字段含义：

remote：NTP 服务器地址。
st：服务器层级（stratum），数字越小表示时间源越精确。
delay：从本地到服务器的延迟。
offset：本地时间与服务器时间的差值。
*：当前选用的时间源，+ 表示备用。
进入交互模式：

ntpq

输入以下命令查看详细信息：

peers：显示 NTP 服务器的状态。
as：显示活动服务器的状态。
rv：查看本地 NTP 服务的运行状态。

2. ntpdate

ntpdate 是一个用于手动同步系统时间的工具。

立即同步时间：

sudo ntpdate pool.ntp.org

将本地时间与 pool.ntp.org 时间服务器同步。

测试时间服务器：

ntpdate -q pool.ntp.org

仅测试与时间服务器的连接状态，不实际同步时间。

注意：如果正在运行 ntpd 服务，使用 ntpdate 前需要停止 ntpd，以避免冲突：

sudo systemctl stop ntpd
sudo ntpdate pool.ntp.org
sudo systemctl start ntpd

3. timedatectl

timedatectl 是现代 Linux 系统中管理时间的命令。

查看当前时间状态：

timedatectl

输出示例：

      Local time: Fri 2025-03-07 22:28:01 CST   # 当前系统的本地时间，根据所设置的时区（此处为CST）显示
  Universal time: Fri 2025-03-07 14:28:01 UTC   # 当前协调世界时（UTC），独立于本地时区显示
        RTC time: Fri 2025-03-07 22:28:00     # 硬件实时时钟（RTC）的时间，此处与本地时间一致（因RTC采用本地时间模式）
       Time zone: Asia/Shanghai (CST, +0800)   # 系统所用时区为Asia/Shanghai，即中国标准时间，UTC偏移+8小时
     NTP enabled: no        # 这行表示系统的自动时间同步服务（通常是 systemd-timesyncd）没有启用，也就是说，系统没有使用内置的 systemd NTP 客户端来定期更新时间。
NTP synchronized: yes       # 这行表示当前系统时间已经与某个 NTP 服务器保持同步。即使 systemd 的自动同步服务没有启用，系统仍可能通过其他 NTP 守护进程（如 ntpd 或 chronyd）或者一次性手动同步等方式获得正确的时间。
 RTC in local TZ: yes       # 表示硬件时钟（RTC）设置为本地时区时间，而非UTC
      DST active: n/a       # 表示夏令时（DST）不适用或未激活

Warning: The system is configured to read the RTC time in the local time zone.   # 警告：系统配置为以本地时区读取RTC时间
         This mode can not be fully supported. It will create various problems         # 此模式支持不完全，可能导致时区更改及夏令时调整时出现问题
         with time zone changes and daylight saving time adjustments. The RTC
         time is never updated, it relies on external facilities to maintain it.      # RTC时间不会自动更新，而是依赖外部工具或服务进行维护
         If at all possible, use RTC in UTC by calling                                 # 建议尽可能将RTC设置为UTC，避免潜在问题，可使用以下命令
         'timedatectl set-local-rtc 0'.                                               # 'timedatectl set-local-rtc 0' 将RTC设置为UTC模式

启用 NTP：

sudo timedatectl set-ntp true

关闭 NTP：

sudo timedatectl set-ntp false

4. ntpstat

ntpstat 用于查看 NTP 同步状态，显示同步是否成功。

查看同步状态：

ntpstat

输出示例：

synchronised to NTP server (192.168.1.1) at stratum 2
   time correct to within 50 ms
   polling server every 64 s

状态解释：
synchronised：表示已同步。
unsynchronised：表示未同步，可能是网络问题或 NTP 服务器不可用。

5. hwclock

hwclock 管理硬件时钟（BIOS/RTC 时钟），与系统时间相关联。

查看硬件时钟时间：

hwclock

将系统时间写入硬件时钟：

hwclock --systohc

将硬件时钟时间写入系统时间：

hwclock --hctosys

NTP 服务管理命令

1. 服务启动与管理

[root@ ~]# cat /etc/sysconfig/ntpd
# Command line options for ntpd           # 注释：指定 ntpd 命令行选项
OPTIONS="-g"                             # 定义 ntpd 启动时使用的选项，-g 表示允许 ntpd 在启动时进行大幅度时间校正

[root@ ~]# cat /usr/lib/systemd/system/ntpd.service
[Unit]                                   # [Unit] 部分，用于描述服务和其依赖关系
Description=Network Time Service           # 描述该服务的功能：网络时间同步服务
After=syslog.target ntpdate.service sntp.service  # 指定此服务必须在 syslog、ntpdate 和 sntp 服务启动后再启动

[Service]                                # [Service] 部分，定义服务的启动方式和运行环境
Type=forking                             # 指定服务类型为“forking”，表示服务启动后会派生出子进程并在后台运行
EnvironmentFile=-/etc/sysconfig/ntpd      # 从 /etc/sysconfig/ntpd 加载环境变量，前面的“-”表示文件不存在时不报错
ExecStart=/usr/sbin/ntpd -u ntp:ntp $OPTIONS  # 定义启动命令：以 ntp 用户/组身份运行 ntpd，并附加 /etc/sysconfig/ntpd 中定义的选项
PrivateTmp=true                          # 为该服务提供私有临时目录，提高服务安全性

[Install]                                # [Install] 部分，定义服务在系统目标中的安装配置
WantedBy=multi-user.target               # 指定该服务在 multi-user.target（多用户运行级别）下启动


[root@ ~]# ps -ef | grep ntpd
ntp       13852      1  0  2024 ?        00:00:31 /usr/sbin/ntpd -u ntp:ntp -g

启动 NTP 服务：

sudo systemctl start ntpd

停止 NTP 服务：

sudo systemctl stop ntpd

重启 NTP 服务：

sudo systemctl restart ntpd

检查服务状态：

sudo systemctl status ntpd

设置开机自启：

sudo systemctl enable ntpd

取消开机自启：

sudo systemctl disable ntpd

2. 日志与故障排查

查看 NTP 日志：

sudo journalctl -u ntpd

调试模式运行 NTP：如果需要排查问题，可以在前台运行 ntpd 服务并启用调试模式：

sudo ntpd -d

排查常见问题的命令

1. 检查网络连接

确认是否可以访问 NTP 服务器：

ping pool.ntp.org

2. 检查 UDP 123 端口

NTP 使用 UDP 123 端口，确保防火墙未阻止：

sudo firewall-cmd --list-ports
sudo firewall-cmd --add-port=123/udp --permanent
sudo firewall-cmd --reload

3. 验证时间同步

手动检查系统时间偏差：

ntpdate -q pool.ntp.org

常用时间服务器

公共 NTP 服务器池：
0.pool.ntp.org
1.pool.ntp.org
2.pool.ntp.org
3.pool.ntp.org
中国地区 NTP 服务器：
中国国家授时中心：ntp.ntsc.ac.cn
阿里云：ntp.aliyun.com
腾讯云：time1.cloud.tencent.com
将系统时间写入硬件时钟：使用 sudo hwclock --systohc。这是标准做法，因为系统时间在运行过程中会被动态调整。
将硬件时钟写入系统时间：使用 sudo hwclock --hctosys。当硬件时钟时间准确，系统时间不准确时，可以使用此命令