Что такое протокол сетевого времени? Почему он важен?

Действительно ли всем компьютерам нужно использовать одно и то же время?

Синхронизация времени очень важна в компьютерных сетях, поскольку планирование, управление, отладка и защита сети подразумевают определение времени наступления события и требуют точного времени. Однако поддержание точного времени является сложной задачей, поскольку часы компьютера ежедневно отклоняются на несколько минут или секунд

В результате маршрутизаторы, серверы, устройства и коммутаторы используют протокол сетевого времени (NTP) для решения проблемы синхронизации сетевого времени. Но почему NTP важен и как он работает?

Что такое протокол сетевого времени?

Network Time Protocol – это сетевой протокол, который синхронизирует время компьютерных часов в сети с точностью до нескольких миллисекунд от UTC, позволяя устройствам, подключенным к сети TCP/IP, работать в одно и то же скорректированное время. Это включает в себя протокол и клиент-серверные программы для компьютеров. Она очень эффективна для исправления ошибок при передаче данных сервером и является основой для синхронизации времени в сетях

NTP был впервые разработан Дейвом Миллсом в 1985 году в университете штата Делавэр, но сегодня протокол имеет открытый исходный код и используется во всем мире

Как работает протокол сетевого времени?

NTP выполняет трехэтапный процесс синхронизации времени:

1. Клиент протокола запрашивает обмен с сервером времени.
2. Клиент вычисляет свою задержку/смещение и перенастраивается, чтобы соответствовать часам сервера.
3. В течение 10 минут должно происходить шесть обменов временем, чтобы обновлять часы каждые 10 минут (или иногда ежечасно) для поддержания точности времени. Сообщения передают обновления через протокол User Datagram Protocol (UDP)— порт 123.

Что такое уровни страт?

Источник всемирного координированного времени (UTC) имеет степени разделения, известные как страты, которые следуют строгой иерархии

Image Credit: Benjamin D.Esham/Wikimedia

1. Stratum 0: Это наземные нулевые часы, которые получают истинное UTC от спутниковой системы, специально разработанной для передачи этого “истинного времени” По этой причине часы stratum 0 являются исходными и эталонными для всех часов. Примерами являются атомные часы и часы GPS.
2. Stratum 1: Это компьютерные устройства/системы, непосредственно связанные с Stratum 0 для получения истинного времени.
3. Stratum 2: Эти серверы времени получают истинное время из Stratum 1.
4. Stratum 3: Эти компьютерные устройства связаны с серверами Stratum 2 и получают истинное время от них.

Иерархия NTP продолжается вниз по рангам, и точность времени снижается по мере продвижения вниз по рангам. Всего в иерархии NTP 16 страт; страта 16 указывает на несинхронизированное устройство

Важно учитывать закон Сигала при установке сервера времени для сети:

Человек с одними часами знает, который час. Человек с двумя часами никогда не бывает уверен

Исходя из этого закона, наличие двух серверов NTP затрудняет для хакеров решение о том, какой из них является подлинным. Хотя лучше всего выбрать два сервера стратум 0 из-за их высокой точности, сервер стратум 0 и стратум 1, объединенные вместе, также будут служить эффективно

Особенности сетевого протокола времени

NTP имеет множество функций, но вот две наиболее важные из них:

1. UTC: NTP использует UTC для синхронизации времени, и это синхронизированное время затем становится доступным в сети.UTC может распространяться по сети с помощью серверов времени.
2. Серверы времени: Некоторые компьютеры специализируются на синхронизации времени и называются ‘серверами времени’. Серверы времени являются специализированными, потому что непрактично оснащать все компьютеры приемниками, которые могут получить доступ к атомным часам и часам GPS для получения и передачи времени по сети.

Среди других особенностей следует отметить способность NTP’устранять или корректировать ошибки в обмене информацией с сервером, независимо от того, насколько незначительна неисправность или уязвимость. Во-вторых, он отличается высокой последовательностью и надежностью в определении времени, что делает его ценным активом для организаций, которым для успешного функционирования необходим элемент синхронизации времени. К таким организациям относятся системы управления транспортом/движением, например, поездами и самолетами, больницы, финансовые учреждения и охранные организации

Почему важны NTP и синхронизация времени

Минутные расхождения во времени между устройствами могут привести к хаосу. Точность – это не роскошь, а очень важная и ценная необходимость. Хотя существует множество сценариев, в которых это проявляется, вот несколько из них, демонстрирующих важность NTP

1. Безопасность

Системы безопасности полагаются на синхронизированное время для предотвращения преступлений и борьбы с ними в случае их совершения. Например, такие устройства, как камеры наблюдения, работают с метками времени для записи событий в режиме реального времени, что значительно облегчает поиск улик и раскрытие преступления. Синхронизация времени является ценным активом для обеспечения оптимальной безопасности

2. Метки времени в журнале

Файлы, например, программные приложения, имеют временные метки для гарантий и поручительств и несут даты истечения срока действия или календари обновления в зависимости от того, когда они были установлены на компьютере

2.

Синхронизация времени обеспечивает выполнение этих закодированных инструкций в приложениях. Это правило также применяется к автоматическим обновлениям файловой системы и исправлениям ошибок, предназначенным для технического обслуживания, которое может происходить в сети компьютеров в фиксированное время

3. Упорядоченность в операциях, зависящих от времени

Природа проектов с процедурами такова, что для их выполнения требуются последовательные шаги. Некоторые или все шаги могут быть чувствительны ко времени, и синхронизация времени очень важна для успеха, если процедуры распределены между разными членами команды, работающими над одним и тем же проектом

4. Обмен сообщениями и телекоммуникации

Метки времени весьма актуальны в таких элементах, как электронные письма, SMS и отчеты о доставке, в зависимости от обстоятельств.NTP также очень полезен в телекоммуникационных и вещательных системах

5. Устранение неполадок

NTP и синхронизация времени очень полезны при устранении неполадок в сети

6. Обеспечивает точность и аккуратность

Некоторые медицинские процедуры проводятся по времени и используют медицинское оборудование с таймером для обеспечения точности и аккуратности. Наличие или отсутствие синхронизированного времени может стать разницей между жизнью и смертью

7. Значение времени в реальном мире

Хотя NTP не несет прямой ответственности за региональные часовые пояса, синхронизированное время – это то, благодаря чему региональные часы могут работать относительно всемирного координированного времени (UTC). Например, местное время в Лагосе отличается от местного времени в Токио. Однако мы можем поддерживать точную разницу во времени в регионах, потому что синхронизированное время функционирует

8. Управление дорожным движением

Деликатная инфраструктура, такая как поезда или управление воздушным движением, сильно зависит от синхронизации времени для предотвращения аварийных столкновений путем своевременного переключения рельсов (для поездов) и при передаче указаний с вышек управления воздушным движением для безопасной посадки самолетов

9. Анализ и аудит

Проведение достоверного аудита или судебной экспертизы любого рода возможно только при вмешательстве синхронизированного времени

10

10. Точное время

Автоматическая синхронизация времени облегчает жизнь многим пользователям устройств, поскольку только некоторые из них достаточно подкованы в технических вопросах, чтобы вручную настраивать время, чтобы оно точно и достоверно отражало истинное время

10

Протокол сетевого времени жизненно важен для Интернета

Network Time Protocol – это сетевой протокол, который помогает компьютерам общаться и синхронизировать время в сетях передачи данных. С момента своего появления в 1985 году он претерпел несколько изменений, включая включение уровней страт. С последними достижениями в области технологий мы скоро увидим применение NTP в метавселенной и Web3, поскольку применение NTP не знает границ