計算機時鐘偏差分析

通用PC機自帶兩類時鐘源：硬件時鐘和軟件時鐘(或稱為系統(tǒng)時鐘)。不論是硬件時鐘還是軟件時鐘，都是由石英晶體振蕩器驅(qū)動的，通過累計石英晶體振蕩器輸出脈沖數(shù)，換算出時間。所以計算機時鐘的準(zhǔn)確度取決于晶振頻率準(zhǔn)確度。受溫度變化、電壓、芯片老化等因素影響，晶振頻率會發(fā)生小幅度波動，其中溫度對晶振頻影響。

由于工藝和材料的原因，同一生產(chǎn)線上標(biāo)稱頻率相同的石英晶體，其實際頻率是不同的，實際頻率與標(biāo)稱頻率偏差率從10-4量級到10-9量級不等。以10-4量級為例，時鐘每天至少誤差8.64 s。

NTP授時精度與NTP服務(wù)器與用戶間的網(wǎng)絡(luò)狀況有關(guān)，主要取決于NTP包往返路由的延時對稱程度，往返路由的延時不對稱值不超過網(wǎng)絡(luò)延時。式(2)是在假設(shè)NTP請求和回復(fù)包在網(wǎng)上傳送延時相等，即d1=d2=d/2的情況下得出的，而d1、d2的取值范圍在(0...d)間，由式(3)可以得出授時誤差是±d/2。一般廣域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)延時在10 ms～500ms之間;局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)延時在計時操作系統(tǒng)內(nèi)核處理延遲的情況下通常小于1ms。

實際應(yīng)用中，還有確保秒級精度的簡單的網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議SNTP(Simple Network Time Protocol)。SNTP是NTP的一個子集,主要用于那些不需要NTP的精度以較高實現(xiàn)復(fù)雜性的網(wǎng)絡(luò)時間同步客戶機。SNTP協(xié)議已減少了網(wǎng)絡(luò)延時對校對準(zhǔn)確的影響，但沒有冗余服務(wù)器和校正時鐘頻率誤差功能。

網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議NTP(Network Time Protocol)的主要開發(fā)者是美國特拉華大學(xué)的MILLS David L教授設(shè)計實現(xiàn)的，由時間協(xié)議、ICMP時間戳消息及IP時間戳選項發(fā)展而來。NTP用于將計算機客戶或服務(wù)器的時間與另一服務(wù)器同步，使用層次式時間分布模型。在配置時，NTP可以利用冗余服務(wù)器和多條網(wǎng)絡(luò)路徑來獲得時間的高準(zhǔn)確性和高可靠性。即使客戶機在長時間無法與某一時間服務(wù)器相聯(lián)系的情況下,仍可提供高準(zhǔn)確度時間。