地球分为东西十二个区域，共计 24 个时区，以格林威治作为全球标准时间（即GMT 时间，0时区)，东部时区以格林威治时区进行加法，而西时区则以格林威治时间作减法。但地球的轨道并非正圆，在加上自转速度逐年递减，时间会有误差。在计算时间的时，最准确是使用“原子震荡周期”所计算的物理时钟。这种时钟被称为标准时间，即UTC时间（Coordinated Universal Time）。UTC 的准确性毋庸置疑，美国的 NIST F-1 原子钟 2000 年才将产生 1 秒误差。
实际生产生活中，使用原子时钟这种准确的计时似乎缺少必要性，我们更多关注的是参与活动的各个个体在相同的时间环境下对话。例如，当我们说明天早上8:00开会的时候，我们并不在乎原子时钟真实的计时情况，只要参会的所有个体对“明天早上8:00”这个时间具有相同的认知即可。这里时间同步是个非常重要的概念，如果某位同仁手表慢了半小时，那它对“早上8:00”的理解就比其他人要慢半小时，最终会导致ta开会迟到。同样的道理，我们在影视剧中经常能看到特种作战小组在执行特别任务前一般都要先完成组员之间的时间同步，避免组员之间在时间上的认知差异给任务带来不必要的麻烦，甚至危及生命。
NTP（Network Time Protocol，网络时间协议）是由RFC 1305定义的时间同步协议，用于分布式设备（比如电脑、手机、智能手表等）进行时间同步，避免人工校时的繁琐和由此引入的误差，方便快捷地实现多设备时间同步。 NTP校时服务基于UDP传输协议进行报文传输，工作端口默认为123/udp 。
NTP的实现过程如图所示，假如设备A和设备B本地时间存在差异（设备A早上10点，设备B早上11点），现在设备A欲通过NTP和设备B在时间上保持同步：
这样可以轻松计算出来：
现假设设备A和设备B之间的时间差位 ，易得：
通过上式计算出 .
设备A就能根据 调整本地时间，实现和设备B的时间同步。
NTP的目的是在一个同步子网中，通过NTP协议将主时间服务器的时钟信息传送到其他二级时间服务器，实现二级时间服务器和主时间服务器的时钟同步。这些服务器按层级关系连接，每一级称为一个层数（stratum），如主时间服务器层数为 stratum 1，二级时间服务器层数为 stratum 2，以此类推。时钟层数越大，准确性越低。
注意：准确性指相对于主时间服务器而言。
在NTP网络结构中，有以下几个概念：
在正常情况下，同步子网中的主时间服务器和二级时间服务器呈现出一种分层主从结构。在这种分层结构中，主时间服务器位于根部，二级时间服务器向叶子节点靠近，层数递增，准确性递减，降低的程度取决于网络路径和本地时钟的稳定性。
NTP有两种不同类型的报文，一种是时钟同步报文，另一种是控制报文。控制报文仅用于需要网络管理的场合，它对于时钟同步功能来说并不是必需的，这里不做介绍。
时钟同步报文封装在UDP报文中，其格式如图所示：
各主要字段解释如下：
其中，NTP发送和接收的报文数据包类似，通常只需要前48个字节就能进行授时和校时服务。下面分别是抓包获取的NTP请求数据包和回复数据包示例（仅前48个字节）：
收到数据包后，接收端本地再产生一个时间戳( )。
这里，每个返回数据前4字节为秒的整数部分，后4字节为秒的小数部分。
设备可以采用多种NTP工作模式进行时间同步：
单播C/S模式运行在同步子网层数较高的层级上，客户端需要预先知道时间服务器IP或域名并定期向服务器发送时间同步请求报文，报文中的 Mode字段设置为 3（客户模式）。服务器端收到报文后会自动工作在服务器模式，并发送应答报文，报文中的Mode字段设置为4（服务器模式）。客户端收到应答报文后，进行时钟过滤和选择，并同步到优选的服务器。客户端不管服务器端是否可达，也不管服务器端所在的层数。在这种模式下，客户端会同步到服务器，但不会修改服务器的时钟。服务器则在客户端发送请求之间无需保留任何状态信息。客户端根据本地情况自由管理发送报文的时间间隔。
对等体模式运行在同步子网较低层级上，主动对等体和被动对等体实现时钟相互同步。这里有两个概念：主动对等体和被动对等体。
如上图所示，对等体模式工作步骤如下：
1.主动对等体和被动对等体首先交互Mode字段为3（客户端模式）和4（服务器模式）的NTP报文，这一步主要是获得通信时延。
主动对等体和被动对等体可以互相同步。如果双方的时钟都已经同步，则以层数小的时钟为准。
注意：对等体模式不需要用户手动设置，设备依据收到的NTP报文自动建立连接并设置状态变量。
广播模式应用在多台工作站和不需要很高精度的高速网络中。主要工作流程如图所示：
注意：在广播模式下，服务端只负责向外广播时钟信息，自身时钟不受客户端影响。
组播模式适用于有大量客户端分布在网络中的情况。通过在网络中使用 NTP 组播模式， NTP 服务器发送的组播消息包可以到达网络中所有的客户端，从而降低由于 NTP 报文过多而给网络造成的压力。主要工作流程如下：
注意：组播模式和广播模式类似，只是它是向特定的组播地址发送时钟同步广播报文。在组播模式下，服务端只负责向外广播时钟信息，自身时钟不受客户端影响。
多播模式适用于服务器分布分散的网络中。客户端可以发现与之最近的多播服务器，并进行同步。多播模式适用于服务器不稳定的组网环境中，服务器的变动不会导致整网中的客户端重新进行配置。其工作流程如下：
注意：为了防止多播模式下，客户端不断的向多播服务器发送 NTP 请求报文增加设备的负担，协议规定了最小连接数的概念。多播模式下，客户端每次和服务器时钟同步后，都会记录下此次同步过中建立的连接数，将调用最少连接的数量被称为最小连接数。以后当客户端调动的连接数达到了最小连接数且完成了同步，客户端就认为同步完成；同步完成后每过一个超时周期，客户端都会传送一个报文，用于保持连接。同时，为了防止客户端无法同步到服务器，协议规定客户端每发送一个 NTP 报文，都会将报文的生存时间 TTL（Time To Live）进行累加（初始为 1），直到达到最小连接数，或者 TTL 值达到上限（上限值为 255）。若 TTL 达到上限，或者达到最小连接数，而客户端调动的连接数仍不能完成同步过程，则客户端将停止一个超时周期的数据传输以清除所有连接，然后重复上述过程。
下面补充一些常用的NTP时钟服务器：
更多NTP授时服务器请查看：
假设你比较喜欢清华的服务并打算将 ntp.tuna.tsinghua.edu.cn 作为你的授时服务器。下面将简单介绍不同的操作系统该如何操作使得设备能够使用此服务器同步时间。
本部分以主流Windows 10 系统为例演示如何使用NTP服务同步系统时间。
来将此服务器设置为个人选择的时间服务器。
Linux发行版有两个主流程序支持ntp协议：ntpd和chrony。
具体使用和配置参考各自文档： ntpd doc 和 chrony doc
在“系统配置 >日期与时间 >自动设置日期与时间”一栏，填入 ntp.tuna.tsinghua.edu.cn 。
北斗授时系统应用领域广泛，包括军用、通信、电力、金融等。
北斗时频产品主要是时钟服务器、时频板卡、频率设备、时码器，当前正在研发全国产、自主可控化的时钟同步产品。
1）北京北斗时间频率技术有限公司将整个时钟同步板卡的性能设计从主板、硬盘、内存、铷钟、晶振、锁相环等所有器件上，全部实现国产化替代，具备行业颠覆性，可实现高精度、高可控，高国产化。
2）技术研发、营销能力强。公司核心团队人员来自北斗一代建设和国家授时中心，技术研发能力及营销能力强。在时钟服务器领域，北斗时频是国内目前厂商品牌知名度较高，在航天、军工、政府行业市场占有率较大的一家北斗授时公司。
GPS授时服务器是一款支持NTP和SNTP网络时间同步协议
授时系统框架图
，高精度、大容量、高品质的高科技时钟产品。设备采用冗余架构设计，高精度时钟直接来源于北斗、GPS系统中各个卫星的原子钟，通过信号解析驯服本地时钟源，实现卫星信号丢失后本地时钟精准保持功能。独特的嵌入式硬件设计、高效Linux操作系统，可灵活扩展多种时钟信号输出。全面支持最新NTP对时协议、MD5安全加密协议及证书加密协议，时间精度优于2毫秒。同时支持TOD、10MHz、 1PPS、日志记录、USB端口升级下载和干接点告警功能，配合全网时间统一监控软件，轻松实现网络时间同步及有效监控。
京准电子科技HR-901GB型GPS授时服务器可以广泛应用于医疗、安防、金融保险、移动通信、 云计算、电子商务、能源电力、石油石化、工业自动化、智能交通、智慧城市、物联网等领域。
系统结构
京准电子科技HR-901GB型GPS授时服务器创新性的融合了参考源无缝切换技术、高精度时间间隔测量TIC技术和自适应精密频率测控技术。采用模块化设计，由北斗接收机、GPS接收机、高性能工业级主板、人机界面及监控管理单元、本地时钟驯服单元、输出接口模块和电源模块组成。
京准电子科技HR-901GB型GPS授时服务器核心由64位高性能CPU、高速FPGA及高稳振荡器（铷原子钟或OCXO)构成，采用Linux进行多任务实时并行处理及调度。
系统可同时接收北斗、GPS发送的秒同步和时间信息及满足NTP/SNTP协议的网络时间报文，按优先级自动选择外部时间基准信号作为同步源并将其引控 到锁定状态（LOCKED).具有输入传输延时补偿算法，采用卡尔曼数字滤波技术滤除外部时间基准信号的抖动后，对铷原子钟或OCXO进行控制和驯服， 由内部振荡器分频得到1PPS信号，这样输出的1PPS信号同步于外部时间基准 输出的1PPS信号的长期稳定值，克服了由外部时间基准的秒脉冲信号跳变所 带来的影响，使输出的时间信号不但与外部时间基准信号保持同步而且更加稳定。当失去外部时间基准信号后，进入守时保持状态（HOLD-OVER),当外部 时间基准信号恢复时，自动结束守时保持状态并牵引跟踪到锁定状态。从而不间断的输出与UTC保持同步的时间信息。
重要特点
+ 超高带宽NTP服务器
+ GPS/北斗双参考源一级时钟服务器
+ 高性能工业级主板、嵌入式Linux操作系统
+ 提供六路独立10/100/1000Mbs网络接口
+ 可连接另一台NTP服务器，构成2级时钟
+ 可选内部精密时钟OCXO或铷原子钟
+ 安全高效的Web的用户界面
+ 支持SSH,SSL,SCP,SNMP,CustomMIB,HTTPS,Telnet等更多协议
+ 兼容IPv6和IPv4协议
+ 相对UTC时间准确度达到毫微秒级
+ 支持IBM主机需要的SysPlex时间信息输出
+ 支持固定位置模式下单星授时功能
+ VFD高清真空荧光显示屏
+ 可靠性MTBF达80000小时
+ 支持4000条日志记录功能
+ 支持远程唤醒和定时开关
+ 支持MD5加密协议
+ 支持证书加密协议
+ 支持干接点告警功能
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