Synchronizacja czasu ma kluczowe znaczenie w sieciach komputerowych, ponieważ planowanie, zarządzanie, debugowanie i ochrona sieci wymaga ustalenia czasu wystąpienia zdarzenia i dokładnego czasu. Jednak utrzymanie dokładnego czasu jest trudne, ponieważ zegar komputera dryfuje o kilka minut lub sekund dziennie.
W rezultacie routery, serwery, urządzenia i przełączniki wykorzystują protokół NTP (Network Time Protocol) do rozwiązania problemu synchronizacji czasu w sieci. Ale dlaczego NTP jest ważny i jak to działa?
Co to jest protokół czasu sieciowego?
Network Time Protocol to protokół online, który synchronizuje czas zegara komputera w sieci z dokładnością do kilku milisekund czasu UTC, umożliwiając urządzeniom podłączonym do Sieć TCP/IP pracować w tym samym dostosowanym czasie. Obejmuje to protokoły i programy typu klient-serwer dla komputerów. Jest wysoce skuteczny w korygowaniu błędów w transmisji serwera i jest podstawą synchronizacji czasu w sieciach.
NTP został po raz pierwszy opracowany przez Dave'a Millsa w 1985 roku na Uniwersytecie w Delaware, ale obecnie protokół jest open source i jest używany na całym świecie.
Jak działa protokół czasu sieciowego?
NTP stosuje trzyetapowy proces synchronizacji czasu:
- Klient protokołu żąda wymiany z serwerem czasu.
- Klient oblicza swoje opóźnienie/przesunięcie i dopasowuje je do zegara serwera.
- W ciągu 10 minut musi nastąpić sześciokrotna wymiana, aby zegar był aktualizowany co 10 minut (lub czasami co godzinę), aby zachować dokładność czasu. Komunikaty przekazują aktualizacje za pośrednictwem protokołu UDP (User Datagram Protocol) — port 123.
Czym są poziomy warstw?
Źródło skoordynowanego czasu uniwersalnego (UTC) ma stopnie separacji znane jako warstwy, które są zgodne ze ścisłą hierarchią.
- warstwa 0: Jest to zegar punktu zerowego, który odbiera rzeczywisty czas UTC z systemu satelitarnego zaprojektowanego specjalnie do tego celu przekazać ten „prawdziwy czas”. Z tego powodu zegary warstwy 0 są zegarami oryginalnymi i wzorcowymi dla wszystkich zegary. Przykładami są zegar atomowy i zegar GPS.
- Warstwa 1: Są to urządzenia/systemy komputerowe bezpośrednio połączone z Stratum 0 w celu odbierania czasu rzeczywistego.
- Warstwa 2: Te serwery czasu uzyskują swój prawdziwy czas z warstwy 1.
- Warstwa 3: Te urządzenia komputerowe są połączone i uzyskują swój rzeczywisty czas z serwerów Stratum 2.
Hierarchia NTP jest kontynuowana w dół rangi, a dokładność czasu zmniejsza się wraz z postępem w dół rang. W hierarchii NTP jest łącznie 16 warstw; warstwa 16 wskazuje niezsynchronizowane urządzenie.
Podczas instalowania serwera czasu w sieci należy wziąć pod uwagę prawo Segala:
Człowiek z zegarkiem wie, która jest godzina. Człowiek z dwoma zegarkami nigdy nie jest pewien.
W oparciu o to prawo utrzymywanie dwóch serwerów NTP utrudnia hakerom podjęcie decyzji, który z nich jest autentyczny. Chociaż wybór dwóch serwerów warstwy 0 ze względu na ich wysoką precyzję jest najlepszy, połączone serwery warstwy 0 i warstwy 1 również będą działać efektywnie.
Cechy sieciowego protokołu czasu
NTP ma wiele funkcji, ale są to dwie najważniejsze funkcje:
- UTC: NTP używa UTC do synchronizacji czasu, a ten zsynchronizowany czas jest następnie udostępniany w sieci. UTC może dystrybuować w sieciach za pomocą serwerów czasu.
- Serwery czasu: Niektóre komputery są wyspecjalizowane w synchronizacji czasu i nazywane są „serwerami czasu”. Serwery czasu są wyspecjalizowane, ponieważ tak jest niepraktyczne jest wyposażenie wszystkich komputerów w odbiorniki, które mogą uzyskiwać dostęp do zegarów Atomic i GPS w celu odbierania i przesyłania czasu przez sieć.
Inne funkcje, na które należy zwrócić uwagę, obejmują zdolność NTP do rozwiązywania lub dostosowywania błędów w wymianie informacji serwera, bez względu na to, jak niewielka jest usterka lub luka w zabezpieczeniach. Po drugie, jest wysoce spójny i niezawodny w pomiarze czasu, co czyni go cennym atutem dla organizacji, które wymagają elementu synchronizacji czasu, aby pomyślnie funkcjonować. Takie organizacje obejmują systemy kontroli transportu/ruchu, takie jak pociągi i samoloty, szpitale, instytucje finansowe i organizacje bezpieczeństwa.
Dlaczego NTP i synchronizacja czasu są ważne
Minutowe rozbieżności w czasie pomiędzy urządzeniami mogą doprowadzić do chaosu. Dokładność nie jest luksusem, ale bardzo ważną i cenną koniecznością. Chociaż istnieje wiele scenariuszy, w których to się dzieje, oto kilka, które pokazują znaczenie NTP.
1. Bezpieczeństwo
Systemy bezpieczeństwa polegają na zsynchronizowanym czasie, aby zapobiegać przestępstwom i zwalczać je, jeśli wystąpią. Na przykład urządzenia takie jak kamery bezpieczeństwa współpracują ze znacznikami czasu w celu rejestrowania zdarzeń w czasie rzeczywistym, co znacznie ułatwia śledzenie dowodów i rozwiązywanie przestępstw. Synchronizacja czasu jest cennym atutem zapewniającym optymalne bezpieczeństwo.
2. Rejestruj znaczniki czasu
Pliki, takie jak aplikacje, są opatrzone znacznikiem czasu w celu uzyskania gwarancji i rękojmi oraz zawierają daty wygaśnięcia lub kalendarze aktualizacji w zależności od tego, kiedy są zainstalowane na komputerze.
Zsynchronizowany czas gwarantuje, że te zakodowane w aplikacjach instrukcje są przestrzegane. Ta zasada dotyczy również automatu aktualizacje systemu plików oraz poprawki błędów przeznaczone do prac konserwacyjnych, które mogą wystąpić w sieci komputerów w określonym czasie.
3. Porządek w operacjach zależnych od czasu
Natura projektów z procedurami polega na tym, że ich wykonanie wymaga kolejnych kroków. Niektóre lub wszystkie kroki mogą być zależne od czasu, a zsynchronizowanie czasu ma duże znaczenie dla sukcesu, gdy procedury są rozdzielane na różnych członków zespołu pracujących nad tym samym projektem.
4. Wiadomości i Telekomunikacja
Znaczniki czasu są bardzo istotne w elementach takich jak e-maile, SMS-y i raporty doręczenia, w zależności od okoliczności. NTP jest również bardzo przydatny w ramach telekomunikacyjnych i nadawczych.
5. Rozwiązywanie problemów
NTP i synchronizacja czasu są bardzo przydatne w rozwiązywanie problemów z siecią.
6. Nadaje dokładność i precyzję
Niektóre procedury medyczne są określone w czasie i wykorzystują sprzęt medyczny z pomiarem czasu, aby zapewnić precyzję i dokładność. Obecność lub brak zsynchronizowanego czasu może być różnicą między życiem a śmiercią.
7. Wartość czasu w świecie rzeczywistym
Chociaż NTP nie jest bezpośrednio odpowiedzialny za regionalne strefy czasowe, zsynchronizowany czas jest powodem, dla którego zegary regionalne mogą działać w odniesieniu do Skoordynowany czas uniwersalny (UTC). Na przykład czas lokalny w Lagos różni się od czasu lokalnego w Tokio. Możemy jednak zachować dokładne różnice czasowe w regionach, ponieważ zsynchronizowany czas jest funkcjonalny.
8. Kontrola ruchu
Delikatna infrastruktura, taka jak pociągi lub kontrola ruchu lotniczego, w dużym stopniu zależy od zsynchronizowanego czasu, aby zapobiegać wypadkom kolizyjnym poprzez czasowe przełączanie torów (w przypadku pociągów) oraz wydawanie instrukcji z wież kontroli ruchu lotniczego do bezpiecznego lądowania samolotów.
9. Analiza i Audyt
Przeprowadzenie wiarygodnego audytu lub analizy kryminalistycznej dowolnego rodzaju jest możliwe tylko przy interwencji zsynchronizowanego czasu.
10. Dokładny czas
Automatyczna synchronizacja czasu ułatwia pracę wielu użytkownikom urządzeń, ponieważ tylko niektórzy są wystarczająco obeznani z technologią, aby ręcznie skonfigurować ustawienia czasu, aby precyzyjnie i dokładnie odzwierciedlały rzeczywisty czas.
Network Time Protocol ma kluczowe znaczenie dla Internetu
Network Time Protocol to protokół online, który pomaga komputerom komunikować się i synchronizować czas w sieciach danych. Od swojego powstania w 1985 roku przeszedł kilka zmian, w tym włączenie poziomów warstw. Dzięki najnowszym osiągnięciom technologicznym w krótkim czasie zobaczymy zastosowanie NTP w przestrzeni Metaverse i Web3, ponieważ zastosowanie NTP nie zna granic.