一种网络时间协议转换方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及时间同步技术领域，公开了一种网络时间协议转换方法。具体包括以下过程：NTP客户端向协议适配器发送时间同步请求报文，协议适配器将同步请求报文转化为时延请求报文，并将时延请求报文发送至PTP主时钟服务器；PTP主时钟服务器对时延报文产生响应报文并转发给协议适配器；所述协议适配器将响应报文转化为NTP时间同步响应报文后，转发给NTP客户端；NTP客户端接收NTP时间同步响应报文并解析，实现时间同步。上述技术方案提高了NTP时间同步精度；结合PTP、NTP协议特点，满足高精度网络时间同步需求；同步精度可以保证，部署简单。本发明专利技术还公开了一种网络时间协议转换系统。

A network time protocol transformation method and system

The invention relates to the field of time synchronization technology, and discloses a network time protocol conversion method. Specifically, the NTP client sends a time synchronization request message to the protocol adapter, which converts the synchronization request message into a delay request message and sends the delay request message to the PTP master clock server, which generates a response message to the delay message and forwards it to the protocol adapter. The protocol adapter transforms the response message into an NTP time synchronization response message and forwards it to the NTP client, which receives and parses the NTP time synchronization response message to realize the time synchronization. The above technical scheme improves the precision of NTP time synchronization, meets the requirement of high precision network time synchronization by combining the characteristics of PTP and NTP protocol, and ensures the precision of synchronization and is easy to deploy. The invention also discloses a network time protocol conversion system.

【技术实现步骤摘要】
一种网络时间协议转换方法及系统
本专利技术涉及时间同步
，特别是一种网络时间协议转换方法及系统。
技术介绍
PTP和NTP是目前应用最广泛的网络时间协议，用于网络中的计算机或设备之间的时间同步。PTP是精确时间协议，是IEEE制定的网络测量和控制系统的精确时间协议标准，又称IEEE1588，目前已发展到IEEE1588v2版本。PTP采用主从同步方式，定义了三种时钟模型，包括普通时钟(OC)、边界时钟(BC)和透明时钟(TC)，其中BC同时具备主从时钟功能；PTP提供E2E和P2P两种时延测量机制，P2P时延机制用于点对点的时延测量，强调两个相邻节点之间的时延测量，有助于消除线路时延不对称性的影响。E2E时延机制用于端到端时延测量，强调线路两端节点之间的时延测量，不考虑线路中间节点；PTP通信方式有两种：组播方式和单播方式，组播通信方式比单播通信方式在实现和配置上要简单，能节省主时钟的系统资源，但组播包容易形成组播风暴、带宽占用率高(交换机的复制和转发)，单播通信方式在效率、可靠性方面比组播通信方式高，但实现起来比较复杂。PTP采用硬件时间戳值，主从时钟之间的同步精度可达十纳秒级。NTP即网络时间协议，是用于互联网中时间同步的标准网络协议，其作用是把网络内的计算机时间同步到协调世界时(UTC)。NTP的设计充分考虑了互联网上时间同步的复杂性，采用时间滤波、时间选择、时钟调节等算法，不仅可校正当前时间，而且可持续跟踪时间的变化，能够自动进行调节，即使网络发生故障，也能维持时间的稳定。NTP采用客户端/服务器架构，支持多种工作模式，操作简单、灵活，提供的机制严格、实用、有效，可以适应各种规模、速度和连接通路情况的互联网环境。NTP目前已成为一种公认的时间同步协议，广泛应用于计算机网络时间同步服务，当前主要版本为NTPv3、NTPv4。在局域网环境下，NTP提供的时间精度为十毫秒级。NTP时间同步本身采用软件时间戳，受同步机制、客户端算法及网络流量、中间节点数等网络环境因素影响，普通NTP服务器时间同步精度较低，通常为十毫秒级。高精度NTP服务器采用硬件时间戳,通常采用FPGA技术实现NTP数据报文识别、时间戳提取和插入、CRC校验等功能，实现机制相对复杂，协议完整性较弱。另外，NTP没有类似PTP的两步工作模式，因此无法通过软硬件配合方式获取并处理发送时间戳，若再考虑MD5算法，则实现机制更加复杂。PTP时间同步本身采用硬件时间戳，不论是PTP主时钟还是从时钟都需要实现硬件时间戳功能，才能达到精确时间同步的目的。对于局域网中的计算机高精度时间同步应用来说，如果采用PTP硬件时间戳方式，需要增加PTP从时钟板卡来实现硬件时间戳及PTP协议栈功能，无疑会增加用户投资。如果采用PTP软件时间戳方式，相对于NTP时间同步，PTP协议复杂度更高。现有技术中，NTP时间同步示意图如图1所示。NTP采用无连接的UDP/IP协议，端口号为123，通常采用客户端/服务器(C/S)工作模式。客户端向服务器发起时间同步请求，服务器回复时间同步响应数据报文(包含T1、T2、T3时间戳)。客户端接收到服务器的时间同步响应数据报文后，记录接收时间戳T4，从数据报文中获取T1～T3。客户端依据T1～T4时间戳值计算客户端和服务器之间的时间偏差，根据NTP算法同步系统时间。如图1所示，T1表示客户端发出NTP申请数据报文的时间戳；T2表示服务器收到NTP申请数据报文的时间戳；T3表示服务器发送NTP响应数据报文的时间戳；T4表示客户端收到NTP响应数据报文的时间戳。其中，T1～T3都在NTP响应数据报文中携带，T4由客户端在本地产生。假设往返线路时延对称，则平均线路时延及时间偏差可用以下公式表示：平均线路时延：D/2＝((T2-T1)+(T4-T3))/2。时间偏差：offset＝((T2-T1)+(T3-T4))/2。PTP时间同步机制与NTP类似。PTP采用主从时钟同步方式，主从时钟之间通过数据报文(Sync、Announce、Delay_req、Delay_resp、PDelay_req、PDelay_resp、PDelay_resp_followup等)交换实现精确时间同步。PTP采用硬件时间戳，时间同步精度可以达到十纳秒级，NTP采用软件时间戳，时间同步精度一般为十毫秒级。除了同步精度有差别之外，PTP和NTP在数据报文类型、帧格式、时间基准、协议复杂度等方面均有差别。上述现有技术中的缺点如下：1、普通NTP服务器同步精度不高。NTP时间同步本身采用软件时间戳机制，NTP服务器和客户端的时间戳获取在应用层通过软件方式实现，受同步机制、客户端算法及网络流量、中间节点数等网络环境因素影响，普通NTP服务器时间同步精度较低，通常为十毫秒级，主要用于对同步精度要求不高的计算机网络时间同步服务中，例如企业局域网、校园局域网等。2、高精度NTP服务器实现机制复杂。高精度NTP服务器采用硬件时间戳机制，借鉴PTP同步思想，在物理层获取数据报文接收和发送时间戳(硬件时间戳),通常采用FPGA技术实现NTP数据报文识别、时间戳提取和插入、CRC校验等功能，实现机制相对复杂，协议完整性较弱。另外，NTP没有类似PTP的二步工作模式，因此无法通过软硬件配合方式获取并处理发送时间戳，若再考虑MD5算法，则实现机制更加复杂。3、PTP同步机制对从时钟要求高。PTP时间同步采用硬件时间戳机制，不论是PTP主时钟还是从时钟都需要实现硬件时间戳功能，才能达到精确时间同步的目的。对于局域网中的计算机高精度时间同步应用来说，如果采用PTP硬件时间戳同步机制，需要增加PTP从时钟板卡来实现硬件时间戳及PTP协议栈功能，无疑会增加用户投资。如果采用软件实现PTP从时钟功能，相对于NTP方式，PTP协议复杂度更高，NTP相对简单且客户端算法更加完善。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种网络时间协议转换方法及系统。本专利技术采用的技术方案如下：一种网络时间协议转换方法，具体包括以下过程：步骤1，NTP客户端向协议适配器发送时间同步请求报文，步骤2，协议适配器将同步请求报文转化为时延请求报文，并将时延请求报文发送至PTP主时钟服务器；步骤3，PTP主时钟服务器对时延报文产生响应报文并转发给协议适配器；步骤4，所述协议适配器将响应报文转化为NTP时间同步响应报文后，转发给NTP客户端；步骤5，NTP客户端接收NTP时间同步响应报文并解析，实现时间同步。进一步地，所述步骤1中，所述NTP客户端通过NTP网络向协议适配器发送时间同步请求报文，所述时间同步请求报文携带报文发送时间戳T1，所述NTP客户端可支持MD5摘要算法。进一步地，所述步骤2的具体过程为：步骤21，协议适配器接收时间同步请求报文，经数据报文变换和时间戳转化后，转换为时延请求报文；步骤22，协议适配器通过PTP网络将时延请求报文发送给PTP主时钟服务器。进一步地，所述数据报文变换是指将协议适配器接收到的NTP域的时间同步请求报文变换为PTP域的时延请求报文，记录NTP客户端的IP地址，记录时间同步请求报文发送时间戳T1，建立NTP客户端IP地址与时延请求报文seque本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种网络时间协议转换方法，其特征在于，具体包括以下过程：步骤1，NTP客户端向协议适配器发送时间同步请求报文，步骤2，协议适配器将同步请求报文转化为时延请求报文，并将时延请求报文发送至PTP主时钟服务器；步骤3，PTP主时钟服务器对时延报文产生响应报文并转发给协议适配器；步骤4，所述协议适配器将响应报文转化为NTP时间同步响应报文后，转发给NTP客户端；步骤5，NTP客户端接收NTP时间同步响应报文并解析，实现时间同步。

【技术特征摘要】
1.一种网络时间协议转换方法，其特征在于，具体包括以下过程：步骤1，NTP客户端向协议适配器发送时间同步请求报文，步骤2，协议适配器将同步请求报文转化为时延请求报文，并将时延请求报文发送至PTP主时钟服务器；步骤3，PTP主时钟服务器对时延报文产生响应报文并转发给协议适配器；步骤4，所述协议适配器将响应报文转化为NTP时间同步响应报文后，转发给NTP客户端；步骤5，NTP客户端接收NTP时间同步响应报文并解析，实现时间同步。2.如权利要求1所述的网络时间协议转换方法，其特征在于，所述步骤1中，所述NTPNTP客户端通过NTP网络向协议适配器发送时间同步请求报文，所述时间同步请求报文携带报文发送时间戳T1，所述NTP客户端可支持MD5摘要算法。3.如权利要求2所述的网络时间协议转换方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程为：步骤21，协议适配器接收时间同步请求报文，经数据报文变换和时间戳转化后，转换为时延请求报文；步骤22，协议适配器通过PTP网络将时延请求报文发送给PTP主时钟服务器。4.如权利要求3所述的网络时间协议转换方法，其特征在于，所述数据报文变换是指将协议适配器接收到的NTP域的时间同步请求报文变换为PTP域的时延请求报文，记录NTP客户端的IP地址，记录时间同步请求报文发送时间戳T1，建立NTP客户端IP地址与时延请求报文sequenceID字段对应关系，建立时间同步报文发送时间戳T1与时延请求报文sequenceID字段对应关系。5.如权利要求4所述的网络时间协议转换方法，其特征在于，所述时间戳转化包括时间戳值转化和时间戳映射两部分，所述时间戳值转化是指将接收到的时间同步请求报文中的报文发送时间戳T1转化为PTP域时间戳值；所述时间戳映射是指将时间同步请求报文中的OriginateTimestamp字段映射为PTP域时延请求报文中的originateTimestamp字段。6.如权利要求5所述的网络时间协议转换方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程为：所述PTP主时钟服务器记录时延请求报文接收时间戳T2，产生Sync报文、Announce报文、Pdelay_Resp报文和Pdelay_Resp_Follow_Up报文并转发给所述协议适配器；所述Sync报文包含Sync报文精确发送时间戳T0，所述Announce报文包含所述PTP主时钟服务器的时钟状态参数信息，所述Pdelay_Resp报文包含Pdelay_Req报文精确接收时间戳T2，所述Pdelay_Resp_Follow_Up报文包含Pdelay_Resp报文精确发送时间戳T3。7.如权利要求6所述的网络时间协议转换方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程为：步骤41，所述协议适配器接收所述PTP主时钟服务器发送的Sync报文、Announce报文、Pdelay_Resp报文和Pdelay_Resp_Follow_Up报文；步骤42，(1)进行数据报文变换：将协议适配器接收到的PTP域数据报文(Sync报文、Announce报文、Pdelay_Resp报文和Pdelay_Resp_Follow_Up报文)变换为NTP域时间同步响应报文；(2)所述时间戳转化包括时间戳值转化和时间戳映射两部分；进行时间戳值转化：将所述Sync报文中的Sync报文发送时间戳值T0、Pdelay_Resp报文中的时延请求报文接收时间戳T2、Pdelay_Resp_Follow_Up报文中的Pdelay_Resp报文发送时间戳值T3转换为NTP域时间戳值；进行时间戳映射：将Sync报文中的originateTimestamp字段映射为NTP时延请求响应报文Ntp_Resp中的Refe...

【专利技术属性】
技术研发人员：王广才，何定高，王茂凌，邓皓，胥骥，
申请(专利权)人：电信科学技术第五研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51