Red Hat Enterprise Linux で使用する NTP のバージョンは、『RFC 1305 Network Time Protocol (Version 3) Specification, Implementation and Analysis』 および 『RFC 5905 Network Time Protocol Version 4: Protocol and Algorithms Specification』 で説明されています。

NTP を実装すると、1 秒以下の正確性が達成できます。インターネット上では、数十ミリ秒の正確性の維持は普通のことです。ローカルエリアネットワーク (LAN) 上では、1 ミリ秒の正確性は理想的な条件下では可能です。時計の誤差が計算され、修正されるようになっているためです。これは、以前の単純な時間プロトコルシステムでは行われていませんでした。64 ビットのタイムスタンプを使用することで、233 ピコ秒の精度が提供されます。ここではタイムスタンプの最初の 32 ビットが秒に使われ、次の 32 ビットが 1 秒未満に使われます。

NTP が示すのは、1900 年 1 月 1 日の GMT 午前 0 時 00 分からの積算秒数です。秒数のカウントには 32 ビットが使われているので、時間は 2036 年に 「ロールオーバー」 してしまいます。しかし、NTP はタイムスタンプ間の差異で機能するため、タイムプロトコルの他の実装ほどの問題はもたらされません。誤差が 68 年以内のハードウェアクロックが起動時に利用可能であれば、NTP は正確に現在の日時を解釈します。NTP4 仕様は、 「Era Number」 および 「Era Offset」 を提供します。これらは、68 年を超える長さの時間を処理する際に、ソフトウェアをより堅牢にするために使用できます。この問題を Unix の 2038 年問題と混同しないようにしてください。

NTP プロトコルは、正確性を高めるために追加情報を提供します。4 つのタイムスタンプを使うことで、往復時間とサーバー応答時間の計算が可能になります。NTP クライアントとしての役割でシステムが参照時間サーバーと同期するために、「送信元タイムスタンプ」 の付いたパケットが送信されます。パケットが届くと、タイムサーバーが 「受信先タイムスタンプ」 を追加します。日時情報の要求を処理した後、パケットの返信前に 「転送先タイムスタンプ」 が追加されます。返信パケットが NTP クライアントに届くと、「受信先タイムスタンプ」 が生成されます。クライアントはこれで往復時間が計算でき、処理時間を差し引くことで実際の移動時間が導き出されます。送信時間と受信時間が同じだと仮定すると、NTP データを受信する際の 1 回の移動での遅延が計算されます。ただし、正式な NTP アルゴリズムは、ここで示されているものよりもはるかに複雑です。

時間情報を含むパケットは、受信後にただちに処理されるのではなく、最初に検証され、その後にいくつかの他の時間サンプルと一緒に処理されて、時間を予想します。これをシステムクロックと比較して、タイムオフセットを判断します。つまり、システムクロックの時間と ntpd が判断した時間の差異を判別します。システムクロックは、使用中のカウンターの周波数を変更することで、最大でも 1 秒あたり 0.5 ミリ秒という非常にゆっくりしたペースで調整されてこのオフセットを減らします。この方法でクロックを 1 秒調整するには、少なくとも 2000 秒かかります。このゆっくりした変更はスルーイング (slewing) と呼ばれ、後ろ向きに実行することはできません。クロックのタイムオフセットが 128 ミリ秒 (デフォルト設定) を超える場合は、ntpd はクロックを進めるか、または遅らす 「ステップ」 が可能です。システム起動時のタイムオフセットが 1000 秒を超える場合は、ユーザーがまたはインストールスクリプトで手動の調整を行う必要があります。3章日付と時刻の設定 を参照してください。-g オプションを ntpd コマンドで使用 (デフォルトで使用) すると、システム起動時のオフセットは修正されますが、通常の操作中に修正されるオフセットは最大 1000 秒までです。

時間を遅らせると、失敗したりエラーになるソフトウェアもいくつかあります。時間変更のステップに敏感なシステムでは、-x オプション (-g オプションとは無関係) を使うことでしきい値を 128 ミリ秒から 600 秒に変更できます。ただし、-x オプションを使ってステップの制限を 128 ミリ秒から 600 秒に増やすと、クロック制御に異なる方法が使用されるので、マイナス面もあります。カーネルのクロック規範が無効になり、クロックの正確性にマイナスの影響が出る可能性があります。-x オプションは、/etc/sysconfig/ntpd 設定ファイルに追加することができます。