Tijdsynchronisatie is van cruciaal belang in computernetwerken, omdat het plannen, beheren, debuggen en beschermen van een netwerk allemaal inhoudt dat moet worden vastgesteld wanneer een gebeurtenis heeft plaatsgevonden en dat precieze tijd vereist is. Het bijhouden van een exacte tijd is echter een uitdaging omdat de klok van de computer dagelijks een paar minuten of seconden verschuift.
Als gevolg hiervan gebruiken routers, servers, apparaten en switches Network Time Protocol (NTP) om het probleem van netwerktijdsynchronisatie op te lossen. Maar waarom is NTP belangrijk en hoe werkt het?
Wat is netwerktijdprotocol?
Network Time Protocol is een online protocol dat computerkloktijden in een netwerk synchroniseert tot op enkele milliseconden UTC, waardoor apparaten die zijn aangesloten op een TCP/IP-netwerk om op dezelfde aangepaste tijd te werken. Dat is inclusief protocol en client-serverprogramma's voor computers. Het is zeer effectief in het corrigeren van fouten in servertransmissie en vormt de basis voor tijdsynchronisatie tussen netwerken.
NTP werd voor het eerst ontwikkeld door Dave Mills in 1985 aan de Universiteit van Delaware, maar tegenwoordig is het protocol open-source en wordt het wereldwijd gebruikt.
Hoe werkt het netwerktijdprotocol?
NTP volgt een proces van drie stappen om de tijd te synchroniseren:
- De protocolclient vraagt om een uitwisseling met de tijdserver.
- De client berekent de vertraging/offset en stelt deze bij om overeen te komen met de klok van de server.
- Er moeten binnen 10 minuten zes keer worden uitgewisseld om de klok elke 10 minuten (of soms elk uur) bij te werken om de tijdnauwkeurigheid te behouden. De berichten verwerken de updates via het User Datagram Protocol (UDP)—Poort 123.
Wat zijn stratumniveaus?
De Coordinated Universal Time (UTC)-bron heeft scheidingsgraden die bekend staan als strata, die een strikte hiërarchie volgen.
- Laag 0: Dit is de ground-zero-klok die de ware UTC ontvangt van het satellietsysteem dat speciaal is ontworpen voor zend deze "ware tijd" uit. Om deze reden zijn stratum 0-klokken de originele en referentieklokken voor iedereen klokken. Voorbeelden zijn de Atomic Clock en GPS Clock.
- Laag 1: Dit zijn computerapparaten/systemen die direct zijn gekoppeld aan Stratum 0 om de ware tijd te ontvangen.
- Laag 2: Deze tijdservers krijgen hun ware tijd van Stratum 1.
- Laag 3: Deze computerapparaten zijn gekoppeld aan en krijgen hun ware tijd van Stratum 2-servers.
De NTP-hiërarchie gaat verder naar beneden en de tijdnauwkeurigheid neemt af naarmate deze verder naar beneden gaat. Er zijn in totaal 16 lagen in de NTP-hiërarchie; strata 16 geeft een niet-gesynchroniseerd apparaat aan.
Het is belangrijk om rekening te houden met de wet van Segal bij het installeren van een tijdserver voor een netwerk:
Een man met een horloge weet hoe laat het is. Een man met twee horloges is nooit zeker.
Op basis van deze wet maakt het onderhouden van twee NTP-servers het voor hackers moeilijk om te beslissen welke authentiek is. Hoewel het kiezen van twee stratum 0-servers vanwege hun hoge precisie het beste is, zal een gecombineerde stratum 0- en stratum 1-server ook effectief werken.
Kenmerken van netwerktijdprotocol
NTP heeft meerdere kenmerken, maar dit zijn de twee belangrijkste kenmerken:
- UTC: NTP gebruikt UTC om de tijd te synchroniseren en deze gesynchroniseerde tijd wordt vervolgens beschikbaar gesteld via een netwerk. UTC kan over netwerken verdelen met behulp van tijdservers.
- Tijdservers: Bepaalde computers zijn gespecialiseerd in tijdsynchronisatie en worden "tijdservers" genoemd. Tijdservers zijn gespecialiseerd omdat het dat is onpraktisch om alle computers uit te rusten met ontvangers die toegang hebben tot Atomic- en GPS-klokken om tijd via een netwerk te ontvangen en te verzenden.
Andere kenmerken die moeten worden opgemerkt, zijn onder meer het vermogen van NTP om fouten in de uitwisseling van serverinformatie op te lossen of aan te passen, ongeacht hoe klein de fout of kwetsbaarheid is. Ten tweede is het zeer consistent en betrouwbaar in tijdregistratie, waardoor het een waardevolle aanwinst is voor organisaties die het tijdsynchronisatie-element nodig hebben om succesvol te kunnen functioneren. Dergelijke organisaties zijn bijvoorbeeld transport-/verkeersleidingssystemen, zoals die van treinen en vliegtuigen, ziekenhuizen, financiële instellingen en beveiligingsorganisaties.
Waarom NTP en tijdsynchronisatie belangrijk zijn
Minieme verschillen in tijd tussen apparaten kunnen tot chaos leiden. Nauwkeurigheid is geen luxe maar een zeer belangrijke en waardevolle noodzaak. Hoewel er meerdere scenario's zijn waarin dit zich afspeelt, zijn er hier een paar die het belang van NTP laten zien.
1. Beveiliging
Beveiligingssystemen vertrouwen op gesynchroniseerde tijd om misdaad te voorkomen en te bestrijden als deze zich voordoet. Apparaten zoals beveiligingscamera's werken bijvoorbeeld met tijdstempels om gebeurtenissen in realtime vast te leggen, waardoor het veel gemakkelijker wordt om het bewijs te volgen en een misdrijf op te lossen. Tijdsynchronisatie is een waardevolle troef voor optimale beveiliging.
2. Tijdstempels loggen
Bestanden, zoals softwaretoepassingen, zijn voorzien van een tijdstempel voor garanties en hebben vervaldatums of updatekalenders, afhankelijk van wanneer ze op een computer zijn geïnstalleerd.
Gesynchroniseerde tijd zorgt ervoor dat deze gecodeerde instructies in de applicaties worden gevolgd. Deze regel geldt ook voor automatisch updates van het bestandssysteem en bugfixes die zijn ontworpen voor onderhoud dat op een vast tijdstip kan plaatsvinden in een netwerk van computers.
3. Ordelijkheid in tijdsafhankelijke operaties
De aard van projecten met procedures is dat ze opeenvolgende stappen vereisen om ze te verwezenlijken. Sommige of alle stappen kunnen tijdgevoelig zijn en gesynchroniseerde tijd is zeer relevant voor succes, wanneer de procedures worden verdeeld over verschillende teamleden die aan hetzelfde project werken.
4. Berichten en telecommunicatie
Tijdstempels zijn zeer relevant in elementen zoals e-mails, sms en leveringsrapporten, afhankelijk van de omstandigheden. NTP is ook zeer nuttig in telecommunicatie- en uitzendframeworks.
5. Probleemoplossen
NTP en tijdsynchronisatie zijn zeer nuttig bij netwerkproblemen oplossen.
6. Zorgt voor nauwkeurigheid en precisie
Sommige medische procedures zijn getimed en gebruiken getimede medische apparatuur voor precisie en nauwkeurigheid. De aan- of afwezigheid van gesynchroniseerde tijd kan het verschil zijn tussen leven en dood.
7. Tijdwaarde in de echte wereld
Hoewel de NTP niet direct verantwoordelijk is voor regionale tijdzones, is gesynchroniseerde tijd de reden waarom regionale klokken kunnen werken met betrekking tot de Gecoördineerde universele tijd (UTC). Zo is de lokale tijd in Lagos anders dan de lokale tijd in Tokio. We kunnen echter nauwkeurige tijdsverschillen in regio's behouden omdat gesynchroniseerde tijd functioneel is.
8. Verkeerscontrole
Gevoelige infrastructuur zoals treinen of luchtverkeersleiding is sterk afhankelijk van gesynchroniseerde tijd om botsingsongevallen te voorkomen door het getimed wisselen van rails (voor treinen) en door het geven van instructies vanuit luchtverkeersleidingstorens om vliegtuigen veilig te laten landen.
9. Analyse en controle
Het is alleen mogelijk om geloofwaardige audits of forensische analyses van welke aard dan ook uit te voeren met tussenkomst van gesynchroniseerde tijd.
10. Nauwkeurige tijd
Automatische tijdsynchronisatie maakt het voor veel apparaatgebruikers gemakkelijker, aangezien slechts enkelen technisch onderlegd genoeg zijn om hun tijdinstelling handmatig te configureren om de ware tijd precies en nauwkeurig weer te geven.
Netwerktijdprotocol is essentieel voor internet
Network Time Protocol is een online protocol dat computers helpt communiceren en tijd synchroniseren via datanetwerken. Sinds het ontstaan in 1985 heeft het verschillende ontwikkelingen ondergaan, waaronder het opnemen van stratumniveaus. Met de recente technologische vooruitgang zullen we binnen de kortste keren de toepassing van NTP zien in de metaverse en Web3-ruimte, aangezien de toepassing van NTP geen grenzen kent.
