本文将介绍基于服务器时间源的高精度时钟同步系统设计与实现。这个系统的主要目的是使得各个计算机在网络环境下对时能够达到高精度的同步，从而提高网络传输的可靠性和准确性。该系统的设计基于时间协议（NTP）和主从模式的系统结构，旨在解决分布式系统中时间同步问题。

　　

1、系统基本架构设计

该系统的设计采用了主从式的架构模式。主时钟是网络中的时间服务器，负责向从时钟发送时间信息。从时钟是本地机器，在与主时钟同步后，根据自身时钟误差调整本地时间。另外，在系统中还使用了时钟预估算法(Clock Prediction Algorithm)来消除数据传输的时延，保证时间局部性与稳定性

　　主时钟又可分为两种：1.外源时钟：其时间校正依赖于一个外部物理时钟。 2.内源时钟：内部实现振荡器以提供本地时间。在该系统中，主时钟即为外源时钟，可通过 GPS、天文台等设备获取精确的本地时钟信息。

　　从时钟的根据精度可分为两种：1.硬件时钟：通过计算机硬件时钟来提供时间信息 2.软件时钟：通过操作系统调用提供时间信息。在该系统中，从时钟为软件时钟，主要是基于外部时钟与本地时钟的时间误差计算来确定当前时间。

　　

2、时钟同步协议(NTP)

时钟同步协议NTP是一种用于在计算机网络中同步时钟的协议,它能够通过时间服务器和客户端之间的时间比对,从而计算出网络延时和在网络中传输的时间来保持计算机时间的精确性。

　　NTP在应用层使用UDP协议进行数据传输，使用64位信息格式（交换数据报文，可以包含一些控制信息与时间信息），利用参考钟名（Reference Identifier）标识参考时钟，引用ID(Reference ID)用来标识参考时钟。另外，通过NTP时间戳在时间同步协议中进行互联网时间同步。

　　NTP协议还采用了轮询（Poll）算法来调整时钟。时钟轮询算法通过计算主从时钟之间的观测误差来调整时钟。误差越小，则对被调整的本地时钟产生的影响也就越小。轮询算法每隔一段时间从主机通过网络获取一次时间值，根据预测算法进行时钟缩放，从而调整从机时钟。

　　

3、使用协议栈实现NTP服务

协议栈是将协议分层次实现的一个方法。协议将任务分配在不同的层中，每层只关心完成自己的任务，从而启用了数据流控制和错误恢复机制。在该系统中，使用协议栈实现了NTP服务的基本功能。

　　协议栈包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层和表示层、应用层等七层，其中数据链路层起到了处理物理连接的功能，传输层负责处理数据的正确传输，网络层提供数据路由服务，应用层则主要是实现NTP的服务模块。

　　

4、时钟同步演示

在该系统中，可以通过编写代码验证时钟同步的效果。具体方法是在不同计算机上分别安装主从时钟，并连接到同一个局域网环境中。通过命令行窗口，设置服务器IP地址和端口号，启动时间同步服务。之后，将主从时钟的时钟设置再设为10秒左右的偏移，等待两个时钟校准，在校准后，两个时钟将会完全同步。可以通过输出信息，观测到时钟同步的情况。

　　本文通过对基于服务器时间源的高精度时钟同步系统设计与实现方面进行详细的阐述。从系统结构设计、NTP协议、使用协议栈实现、以及时钟同步演示四个方面，讲解了系统原理和主要功能。该系统可以用于分布式系统中的时钟同步任务，将有助于保证数据在网络中的时序和连续性要求。