protocols · 5 min read

Co je NTP? Vysvětlení protokolu Network Time Protocol

Co je NTP? Network Time Protocol synchronizuje hodiny v síti s přesností na milisekundy. Jak funguje a proč ho moderní sítě potřebují?

Zvolte úroveň čtení

NTP zajišťuje, aby všechny hodiny v síti ukazovaly stejný čas. Každý počítač, server, kamera nebo hodiny mají vlastní malé hodiny, které se pomalu předbíhají nebo opožďují. NTP se pravidelně ptá spolehlivého zdroje času „kolik je hodin?“ a podle toho seřizuje vlastní hodiny.

Proč na tom záleží, i když s časem nic neděláte: protokoly z různých zařízení lze porovnat jen tehdy, když se jejich čas shoduje, bezpečnostní certifikáty vyprší v přesný okamžik a mnoho předpisů ve financích, vysílání a zdravotnictví vyžaduje prokazatelně správný čas.

V běžné síti dosahuje NTP přesnosti několika milisekund. Pokud potřebujete ještě ostřejší, existuje přísnější protokol, PTP.

Network Time Protocol (NTP) je protokol, který udržuje tisíce zařízení v síti na stejném čase s přesností na několik milisekund. Bez NTP běží každý server, přepínač, hodiny nebo kamera na vlastních interních hodinách, které se odchylují, někdy i o sekundy za den. Pro protokolování, řazení transakcí, synchronizaci videa a dodržování předpisů je to nepoužitelné.

Co dělá NTP jednou větou?

NTP je jako pohlednice, kterou každé hodiny ve vaší síti posílají s otázkou: "kolik je u vás hodin?". Server odpoví časovým razítkem. Hodiny ho porovnají se svým vlastním časem, vypočítají rozdíl plus zpoždění síťového přenosu a opraví se.

Proč potřebujete NTP, i když o čas nepřemýšlíte?

Auditní stopy souhlasí: protokoly z různých systémů lze porovnávat pouze tehdy, když jsou jejich časová razítka sladěna.
Bezpečnost: TLS certifikáty expirují v přesný okamžik. Hodiny mimo synchronizaci odmítají nebo důvěřují certifikátům nesprávně.
Dodržování předpisů: regulace ve financích (MiFID II vyžaduje 100 mikrosekund), vysílání (synchronizace přesná na snímek) a e-health vyžaduje prokazatelnou časovou synchronizaci.
Distribuované systémy: databáze, mikroslužby, fronty zpráv, cokoliv co závisí na vztazích "stalo se předtím" potřebuje hodiny, které se shodují.

Jak to vlastně funguje?

NTP používá hierarchii strat:

Stratum 0: zdroj, atomové hodiny, GPS přijímač nebo GNSS. Není přímo připojen k síti.
Stratum 1: NTP server, který se synchronizuje přímo se zdrojem stratum 0 (například Masterclock NTP100-GNSS).
Stratum 2-15: servery a klienti, kteří se synchronizují se serverem stratum 1 (nebo s vyšším číslem). Čím dále od zdroje, tím méně přesné.

Klient odešle paket požadavku se svým vlastním časem. Server odpoví čtyřmi časovými razítky: příjem, odeslání a informace o čase klienta. Z nich klient vypočítá offset (rozdíl mezi hodinami) a zpoždění zpáteční cesty (latence sítě).

NTP vs PTP

NTP dosahuje přesnosti milisekund (a na LAN někdy desítek mikrosekund). Pro sub-mikrosekundovou přesnost potřebujete PTP (Precision Time Protocol, IEEE 1588). Viz náš článek NTP vs PTP pro srovnání.

Jak funguje implementace NTP přes Daylight?

Jako autorizovaný distributor Masterclock dodáváme NTP servery a NTP hodiny od roku 2014 vysílacím společnostem, datovým centrům, bankám, nemocnicím a průmyslovým zákazníkům. Jakou konfiguraci potřebujete, závisí na rozsahu, prostředí a požadavcích na dodržování předpisů. Kontaktujte nás a poskytneme vám nezávislé poradenství.

Zdroje

RFC 5905 — Network Time Protocol Version 4 (kanonická specifikace)
NTP.org — komunitní implementace a dokumentace

NTP (RFC 5905, verze 4) synchronizuje hodiny prostřednictvím hierarchie úrovní stratum, od fyzického zdroje (stratum 0) po klienty (stratum 15; 16 znamená nesynchronizováno). Každá výměna používá čtyři časové značky (T1 odeslání klientem, T2 příjem serverem, T3 odeslání serverem, T4 příjem klientem) k výpočtu posunu ((T2−T1)+(T3−T4))/2 a zpoždění zpáteční cesty (T4−T1)−(T3−T2). Předpokladem je symetrická trasa; asymetrie trasy je největším zdrojem chyby přes WAN.

NTPv4 statisticky filtruje více vzorků (clock filter, výběr, klastrování, kombinování) a řídí systémové hodiny pomocí disciplinační smyčky s kombinovanou PLL/FLL, místo aby nechal čas přeskakovat. V síti LAN se symetrickými trasami jsou dosažitelné desítky mikrosekund; na internetu obvykle několik milisekund.

Pro požadavky pod mikrosekundu NTP nestačí, protože softwarové razítkování dominuje jitteru; pak je potřeba PTP (IEEE 1588) s hardwarovým razítkováním a podporou sítě přes boundary a transparent clocks. Zabezpečení se řeší symetrickými klíči nebo novějším NTS (Network Time Security, RFC 8915).

Norma: IETF RFC 5905 (NTPv4).