NTP / PTP 仕様

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InfraLab Reference Series

Category: NTP / PTP

Updated: 2026-05-14

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NTP / PTP 仕様

Abstract

NTPv4 の 48B ヘッダ、モード、Stratum、polling、chrony/ntpd、NTS、PTP メッセージ、クロック種別、BMCA、PHC 運用を整理。

1. NTP 概要 (RFC 5905)3
2. NTP モード・パケット9
3. Stratum・ポーリング7
4. PTP 概要 (IEEE 1588)4
5. PTP メッセージ・クロック種別12
6. 運用・トラブルシュート8
7. References24

1. NTP 概要 (RFC 5905)

1.1. NTP とは

IP ネットワーク上でシステム時刻を同期するプロトコル。インターネット越しの汎用時刻同期に広く使われる。

NTPv4: RFC 5905。UDP/123。BCP: RFC 8633。Extension Fields: RFC 7822

1.2. NTP と PTP の使い分け

NTP は ms から十数 ms 級の汎用同期、PTP は LAN/専用網とハードウェアタイムスタンプで us/ns 級を狙う。

NTP: routed network friendly。PTP: IEEE 1588, L2/L3 multicast/unicast, PHC hardware timestamp

1.3. NTS

Network Time Security は NTP の認証と改ざん耐性を TLS と AEAD cookie で提供する。

RFC 8915。NTS-KE: TCP/4460、NTP extension fields で cookie/authenticator

2. NTP モード・パケット

2.1. NTP ヘッダ

NTP 基本ヘッダは 48B。LI/VN/Mode、Stratum、Poll、Precision、各種 timestamp を持つ。

48B: LI 2bit / VN 3bit / Mode 3bit / Stratum 8bit / Poll 8bit / Precision 8bit / Root Delay 32bit / Root Dispersion 32bit / Reference ID 32bit / 4 timestamps

RFC 5905 NTP Packet Header ASCII 図:

   0                   1                   2                   3
   0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |LI | VN  |Mode |    Stratum    |     Poll      |   Precision   |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                          Root Delay                           |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                        Root Dispersion                        |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                         Reference ID                          |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                      Reference Timestamp                      |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                      Reference Timestamp                      |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                      Originate Timestamp                      |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                      Originate Timestamp                      |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                       Receive Timestamp                       |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                       Receive Timestamp                       |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                      Transmit Timestamp                       |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                      Transmit Timestamp                       |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

2.2. LI / Version / Mode

先頭 1B に leap indicator、NTP version、mode が詰め込まれる。

LI bits 7-6、VN bits 5-3、Mode bits 2-0。NTPv4 は VN=4

2.3. NTP Mode 1 / 2

Symmetric Active/Passive はピア同士が対等に同期する用途。現代の一般クライアント用途では少なめ。

Mode 1 = Symmetric Active、Mode 2 = Symmetric Passive

2.4. NTP Mode 3 / 4

通常のクライアント/サーバ同期で使う mode。クライアントが mode 3、サーバ応答が mode 4。

Mode 3 = Client、Mode 4 = Server。UDP/123

2.5. NTP Mode 5 / 6 / 7

Broadcast、Control、Private 用 mode。Control/Private は増幅攻撃対策で制限する。

Mode 5 Broadcast、Mode 6 Control、Mode 7 Private。monlist は古い ntpd のリスク

2.6. Root Delay / Root Dispersion

上位参照源までの往復遅延と最大誤差見積もり。同期品質の判断材料になる。

Root Delay 32bit signed fixed-point、Root Dispersion 32bit unsigned fixed-point

2.7. Reference ID

参照元を示す 32bit 値。Stratum 1 では ASCII、Stratum 2 以降では上位サーバ情報を表す。

Stratum 1 例: GPS, PPS。IPv4 server では IPv4 address、IPv6 では hash 等

2.8. NTP Timestamps

4 つの 64bit timestamp で offset と delay を計算する。

Reference / Origin / Receive / Transmit timestamp。64bit seconds.fraction、epoch 1900-01-01

2.9. Offset / Delay 計算

クライアント送受信時刻とサーバ受送信時刻から時刻差と往復遅延を推定する。

offset = ((t2 - t1) + (t3 - t4)) / 2。delay = (t4 - t1) - (t3 - t2)

3. Stratum・ポーリング

3.1. Stratum

参照源からの階層を示す。大きいほど遠く、16 は未同期を意味する。

Stratum 0: reference clock、1: directly attached、2-15: synchronized、16: unsynchronized

3.2. Poll

ポーリング間隔は 2 の指数秒で表す。安定すると間隔を伸ばし、変動時は短くする。

minpoll 6 = 64s、maxpoll 10 = 1024s が既定例。Poll field は signed log2 seconds

3.3. Precision

ローカルクロックの精度を 2 の指数秒で示す。値が小さいほど細かい。

Precision field signed log2 seconds。例 -20 は約 0.95 us

3.4. Slew / Step

小さな時刻差は徐々に周波数調整し、大きな差は step で一気に補正する。

chrony makestep、ntpd panic threshold 1000s など実装依存。業務 DB では step timing に注意

3.5. ntpd

伝統的な NTP 実装。多くの Unix で使われてきたが、近年は chrony へ移行する環境も多い。

ntpq -p / ntp.conf。Mode 6/7 制限設定が重要

3.6. chronyd

変動環境や仮想環境、間欠接続に強い実装。Linux サーバで広く採用される。

chronyc sources -v / chronyc tracking / makestep / rtcsync

3.7. systemd-timesyncd

軽量な SNTP クライアント。サーバ機能や高度な選択アルゴリズムは持たない。

timedatectl timesync-status。設定: /etc/systemd/timesyncd.conf

4. PTP 概要 (IEEE 1588)

4.1. PTP とは

Precision Time Protocol。LAN や専用ネットワークで高精度時刻同期を行う IEEE 標準。

IEEE 1588v2 (2008)、IEEE 1588-2019。EtherType 0x88F7 または UDP/319, UDP/320

4.2. PTP Event / General

時刻精度に影響する Event message と、管理・通知の General message でポートを分ける。

UDP/319 Event: Sync, Delay_Req, Pdelay_Req, Pdelay_Resp。UDP/320 General: Follow_Up, Delay_Resp, Announce, Management, Signaling

4.3. One-step / Two-step

One-step は Sync に正確な timestamp を入れ、Two-step は Follow_Up で後から正確値を送る。

twoStepFlag=1 なら Sync + Follow_Up。Hardware timestamp 実装で選択

4.4. E2E / P2P

End-to-End は master-slave 間遅延、Peer-to-Peer は隣接リンクごとの遅延を測る。

E2E: Delay_Req/Delay_Resp。P2P: Pdelay_Req/Pdelay_Resp/Pdelay_Resp_Follow_Up

5. PTP メッセージ・クロック種別

5.1. PTP Common Header

IEEE 1588 PTPv2 の各 message に共通する 34B ヘッダ。Sync / Delay_Req もこのヘッダを持つ。

IEEE 1588 PTP common header ASCII 図:

   0                   1                   2                   3
   0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |  ts   |  msg  |  res  |  ver  |         messageLength         |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  | domainNumber  |   reserved    |           flagField           |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                        correctionField                        |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                        correctionField                        |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                           reserved                            |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                    sourcePortIdentity ...                     |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                    sourcePortIdentity ...                     |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |          portNumber           |          sequenceId           |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  | controlField  |   logMsgInt   |         Message Data          |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

5.2. Sync

master から slave へ時刻基準を送る Event message。送信 timestamp が同期精度の中心。

MessageType 0x0。Event message、UDP/319 または L2 PTP

IEEE 1588 Sync message ASCII 図:

   0                   1                   2                   3
   0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                     PTP Common Header ...                     |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                    originTimestamp seconds                    |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |            seconds            |          nanoseconds          |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |          nanoseconds          |           reserved            |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

5.3. Follow_Up

Two-step clock で Sync の正確な送信 timestamp を後続メッセージとして送る。

MessageType 0x8。preciseOriginTimestamp を含む

5.4. Delay_Req / Delay_Resp

E2E 遅延測定で slave が Delay_Req を送り、master が受信時刻を Delay_Resp で返す。

Delay_Req type 0x1 (Event)、Delay_Resp type 0x9 (General)

IEEE 1588 Delay_Req message (Sync と同じ timestamp body) ASCII 図:

   0                   1                   2                   3
   0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                     PTP Common Header ...                     |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |                    originTimestamp seconds                    |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |            seconds            |          nanoseconds          |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  |          nanoseconds          |           reserved            |
  +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

5.5. Pdelay メッセージ

P2P 遅延測定で隣接ノード間の link delay を測る。

Pdelay_Req type 0x2、Pdelay_Resp type 0x3、Pdelay_Resp_Follow_Up type 0xA

5.6. Announce

クロック品質、priority、identity を広告し、BMCA による Grandmaster 選出に使う。

MessageType 0xB。priority1, clockClass, clockAccuracy, offsetScaledLogVariance, priority2, grandmasterIdentity

5.7. Management / Signaling

PTP 管理情報や unicast negotiation、プロファイル固有機能に使う General message。

Management type 0xD、Signaling type 0xC

5.8. Ordinary Clock

単一 PTP port を持つ通常クロック。Grandmaster または slave として動作する。

OC。サーバ NIC/装置単体の PTP endpoint

5.9. Boundary Clock

複数 PTP port を持ち、上流に同期し下流へ時刻を配る。ネットワーク機器で精度劣化を抑える。

BC。port ごとに master/slave 状態。各区間で PTP を終端

5.10. Transparent Clock

PTP message の滞在時間を correctionField に加算し、スイッチ通過遅延を補正する。

TC。E2E Transparent / P2P Transparent

5.11. Grandmaster

PTP ドメイン内の時刻源。GNSS、原子時計、上位時刻源に同期する。

BMCA で選出。clockClass/accuracy/priority が選定材料

5.12. BMCA

Best Master Clock Algorithm。Announce 情報を比較し、最良の Grandmaster を選ぶ。

比較順: priority1, clockClass, clockAccuracy, offsetScaledLogVariance, priority2, clockIdentity

6. 運用・トラブルシュート

6.1. PHC

PTP Hardware Clock。NIC 内部のハードウェアクロックを使い、software timestamp より高精度に同期する。

/dev/ptpN。確認: ethtool -T eth0、phc_ctl /dev/ptp0 get

6.2. ptp4l

Linux PTP の主要デーモン。NIC PHC と PTP ネットワークを同期する。

ptp4l -i eth0 -m -H。設定: /etc/linuxptp/ptp4l.conf

6.3. phc2sys

PHC とシステムクロックの間を同期する。ptp4l と組み合わせて OS 時刻へ反映する。

phc2sys -s /dev/ptp0 -c CLOCK_REALTIME -m。自動: phc2sys -a -r

6.4. chronyc sources

NTP/chrony の参照元ごとの状態、到達性、offset、jitter を確認する。

chronyc sources -v。^* selected、^+ combined、^- not selected、Reach は octal reachability

6.5. chronyc tracking

ローカルクロックの同期状態、stratum、system time、frequency、root delay/dispersion を見る。

chronyc tracking。System time、Last offset、RMS offset、Frequency、Skew、Root delay

6.6. makestep

大きな時刻差を起動時などに step 補正する。常時 step はアプリケーション影響に注意する。

chronyc makestep。chrony.conf: makestep 1.0 3

6.7. PTP 能力確認

NIC とドライバが hardware timestamp と PHC をサポートするか確認する。

ethtool -T eth0。SOF_TIMESTAMPING_TX_HARDWARE / RX_HARDWARE / RAW_HARDWARE を確認

6.8. 典型トラブルシュート

NTP は reach/offset/jitter、PTP は timestamp mode、domain、profile、VLAN/QoS、BC/TC 対応を確認する。

NTP: udp/123, stratum 16, firewall, leap。PTP: udp/319/320 or 0x88F7, domainNumber, delayMechanism, hardware timestamp, asymmetry

7. References

NTP
PTP
NTPv4
RFC 5905
RFC 8633
RFC 7822
RFC 8915
IEEE 1588
Stratum
chrony
chronyd
ntpd
systemd-timesyncd
NTS
Sync
Follow_Up
Delay_Req
Delay_Resp
BMCA
Grandmaster
PHC
ptp4l
phc2sys
時刻同期