Die Zeitsynchronisierung ist in Computernetzwerken von entscheidender Bedeutung, da das Planen, Verwalten, Debuggen und Schützen eines Netzwerks alle das Feststellen des Zeitpunkts eines Ereignisses erfordern und eine genaue Zeit erfordern. Die Einhaltung einer genauen Zeit ist jedoch eine Herausforderung, da die Uhr des Computers täglich um einige Minuten oder Sekunden abweicht.
Infolgedessen verwenden Router, Server, Geräte und Switches das Network Time Protocol (NTP), um das Problem der Netzwerkzeitsynchronisierung zu lösen. Aber warum ist NTP wichtig und wie funktioniert es?
Was ist das Network Time Protocol?
Das Network Time Protocol ist ein Online-Protokoll, das die Uhrzeiten von Computern in einem Netzwerk auf wenige Millisekunden von UTC synchronisiert, sodass Geräte, die mit einem verbunden sind TCP/IP-Netzwerk um zur gleichen eingestellten Zeit zu arbeiten. Dazu gehören Protokoll- und Client-Server-Programme für Computer. Es ist äußerst effektiv bei der Korrektur von Fehlern bei der Serverübertragung und bildet die Grundlage für die Zeitsynchronisierung über Netzwerke hinweg.
NTP wurde erstmals 1985 von Dave Mills an der University of Delaware entwickelt, aber heute ist das Protokoll Open Source und wird weltweit verwendet.
Wie funktioniert das Network Time Protocol?
NTP folgt einem dreistufigen Prozess, um die Zeit zu synchronisieren:
- Der Protokollclient fordert einen Austausch mit dem Zeitserver an.
- Der Client berechnet seine Verzögerung/Offset und passt sich an die Uhr des Servers an.
- Es muss innerhalb von 10 Minuten sechs Mal ausgetauscht werden, um die Uhr alle 10 Minuten (oder manchmal stündlich) zu aktualisieren, um ihre Zeitgenauigkeit aufrechtzuerhalten. Die Nachrichten übertragen die Aktualisierungen über das User Datagram Protocol (UDP) – Port 123.
Was sind Stratum-Ebenen?
Die Quelle der koordinierten Weltzeit (UTC) hat Trennungsgrade, die als Schichten bekannt sind und einer strengen Hierarchie folgen.
- Schicht 0: Dies ist die Ground-Zero-Uhr, die die wahre UTC von dem speziell dafür entwickelten Satellitensystem empfängt diese „wahre Zeit“ übermitteln. Aus diesem Grund sind Stratum-0-Uhren die Original- und Referenzuhren für alle Uhren. Beispiele sind die Atomuhr und die GPS-Uhr.
- Schicht 1: Dies sind Computergeräte/-systeme, die direkt mit Stratum 0 verbunden sind, um die wahre Zeit zu empfangen.
- Schicht 2: Diese Zeitserver erhalten ihre wahre Zeit von Stratum 1.
- Schicht 3: Diese Computergeräte sind mit Stratum 2-Servern verbunden und erhalten ihre wahre Zeit von diesen.
Die NTP-Hierarchie setzt sich in den Rängen nach unten fort, und die Zeitgenauigkeit wird verringert, wenn sie in den Rängen nach unten fortschreitet. Es gibt insgesamt 16 Schichten in der NTP-Hierarchie; Schichten 16 zeigen ein nicht synchronisiertes Gerät an.
Bei der Installation eines Zeitservers für ein Netzwerk ist es wichtig, das Gesetz von Segal zu berücksichtigen:
Ein Mann mit einer Uhr weiß, wie spät es ist. Ein Mann mit zwei Uhren ist sich nie sicher.
Basierend auf diesem Gesetz macht es die Verwaltung von zwei NTP-Servern für Hacker schwierig zu entscheiden, welcher authentisch ist. Obwohl die Wahl von zwei Stratum 0-Servern aufgrund ihrer hohen Präzision am besten ist, wird auch ein kombinierter Stratum 0- und Stratum 1-Server effektiv funktionieren.
Funktionen des Network Time Protocol
NTP hat mehrere Funktionen, aber dies sind die beiden wichtigsten Funktionen:
- KOORDINIERTE WELTZEIT: NTP verwendet UTC, um die Zeit zu synchronisieren, und diese synchronisierte Zeit wird dann über ein Netzwerk verfügbar gemacht. UTC kann mithilfe von Zeitservern über Netzwerke verteilt werden.
- Zeitserver: Bestimmte Computer sind auf die Zeitsynchronisierung spezialisiert und werden als „Zeitserver“ bezeichnet. Zeitserver sind spezialisiert, weil sie es sind unpraktisch, alle Computer mit Empfängern auszustatten, die auf Atom- und GPS-Uhren zugreifen können, um Zeit über ein Netzwerk zu empfangen und zu übertragen.
Zu den weiteren erwähnenswerten Funktionen gehört die Fähigkeit von NTP, Fehler beim Austausch von Serverinformationen zu beheben oder auszugleichen, unabhängig davon, wie geringfügig der Fehler oder die Schwachstelle ist. Zweitens ist es sehr konsistent und zuverlässig in der Zeitmessung, was es zu einem wertvollen Vorteil für Organisationen macht, die das Zeitsynchronisierungselement benötigen, um erfolgreich zu funktionieren. Zu solchen Organisationen gehören Transport-/Verkehrskontrollsysteme, wie z. B. die von Zügen und Flugzeugen, Krankenhäuser, Finanzinstitute und Sicherheitsorganisationen.
Warum NTP und Zeitsynchronisierung wichtig sind
Geringfügige zeitliche Abweichungen zwischen den Geräten können zu Chaos führen. Genauigkeit ist kein Luxus, sondern eine äußerst wichtige und wertvolle Notwendigkeit. Obwohl es mehrere Szenarien gibt, in denen sich dies abspielt, sind hier einige, die die Bedeutung von NTP zeigen.
1. Sicherheit
Sicherheitssysteme verlassen sich auf synchronisierte Zeit, um Verbrechen zu verhindern und zu bekämpfen, wenn sie auftreten. Beispielsweise arbeiten Geräte wie Sicherheitskameras mit Zeitstempeln, um Ereignisse in Echtzeit aufzuzeichnen, was es viel einfacher macht, den Beweisen zu folgen und ein Verbrechen aufzuklären. Die Zeitsynchronisierung ist ein wertvolles Gut für optimale Sicherheit.
2. Zeitstempel protokollieren
Dateien, wie z. B. Softwareanwendungen, werden für Garantien und Gewährleistungen mit einem Zeitstempel versehen und tragen Ablaufdaten oder Aktualisierungskalender, je nachdem, wann sie auf einem Computer installiert sind.
Die synchronisierte Zeit stellt sicher, dass diese verschlüsselten Anweisungen in den Anwendungen befolgt werden. Diese Regel gilt auch für Automatik Dateisystem-Updates und Fehlerkorrekturen, die für die Wartung entwickelt wurden, die zu einem festgelegten Zeitpunkt in einem Netzwerk von Computern auftreten können.
3. Ordnung im zeitabhängigen Betrieb
Die Natur von Projekten mit Prozeduren besteht darin, dass sie aufeinanderfolgende Schritte erfordern, um sie auszuführen. Einige oder alle Schritte können zeitkritisch sein, und die synchronisierte Zeit ist äußerst erfolgsrelevant, wenn die Verfahren auf verschiedene Teammitglieder verteilt werden, die am selben Projekt arbeiten.
4. Messaging und Telekommunikation
Zeitstempel sind je nach Umstand in Elementen wie E-Mails, SMS und Zustellberichten von hoher Relevanz. NTP ist auch in Telekommunikations- und Rundfunk-Frameworks sehr nützlich.
5. Fehlerbehebung
NTP und Zeitsynchronisation sind sehr nützlich in Fehlerbehebung bei Netzwerkproblemen.
6. Vermittelt Genauigkeit und Präzision
Einige medizinische Verfahren sind zeitgesteuert und verwenden zeitgesteuerte medizinische Geräte für Präzision und Genauigkeit. Das Vorhandensein oder Fehlen einer synchronisierten Zeit könnte den Unterschied zwischen Leben und Tod ausmachen.
7. Zeitwert in der realen Welt
Während das NTP nicht direkt für regionale Zeitzonen verantwortlich ist, ist die synchronisierte Zeit der Grund, warum regionale Uhren in Bezug auf die funktionieren können abgestimmte Weltzeit (KOORDINIERTE WELTZEIT). Beispielsweise unterscheidet sich die Ortszeit in Lagos von der Ortszeit in Tokio. Wir können jedoch genaue Zeitunterschiede in Regionen beibehalten, da die synchronisierte Zeit funktioniert.
8. Verkehrskontrolle
Empfindliche Infrastrukturen wie Züge oder die Flugsicherung sind in hohem Maße auf eine synchronisierte Zeit angewiesen, um Kollisionsunfälle zu vermeiden durch das zeitgesteuerte Umschalten von Schienen (für Züge) und durch das sichere Erteilen von Anweisungen von Flugsicherungstürmen an Landflugzeuge.
9. Analyse und Auditierung
Nur mit dem Eingreifen der synchronisierten Zeit ist eine glaubwürdige Revision oder forensische Analyse jeglicher Art möglich.
10. Genaue Zeit
Die automatische Zeitsynchronisierung erleichtert vielen Gerätebenutzern die Arbeit, da nur einige technisch versiert genug sind, um ihre Zeiteinstellung manuell so zu konfigurieren, dass sie die wahre Zeit genau und genau wiedergibt.
Das Network Time Protocol ist für das Internet von entscheidender Bedeutung
Network Time Protocol ist ein Online-Protokoll, das Computern dabei hilft, über Datennetzwerke zu kommunizieren und Zeit zu synchronisieren. Seit seiner Entstehung im Jahr 1985 hat es mehrere Entwicklungen durchlaufen, einschließlich der Einbeziehung von Stratum-Ebenen. Mit den jüngsten technologischen Fortschritten werden wir in kürzester Zeit die Anwendung von NTP im Metaverse- und Web3-Bereich sehen, da die Anwendung von NTP keine Grenzen kennt.