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NTP Stratum: Stufen und Accuracy-Budgets

NTP Stratum reicht von 0 bis 15: je weiter von der Quelle, desto größer die Zeitabweichung. Wie planen Sie die Stratum-Hierarchie für Ihr Netzwerk und welche Accuracy-Budgets gelten pro Schicht?

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Stratum ist eine Rangnummer, die angibt, wie weit eine Uhr von der echten Zeitquelle entfernt ist. Stratum 0 ist die Quelle selbst (eine Atomuhr oder GPS), Stratum 1 ist ein Server, der direkt damit gleichläuft, Stratum 2 läuft mit Stratum 1 gleich und so weiter. Je höher die Nummer, desto geringer die Genauigkeit.

Für ein Netzwerk bedeutet das: Setzen Sie ein oder zwei Stratum-1-Server als Quelle, lassen Sie Ihre wichtigen Server damit gleichlaufen und den Rest wiederum damit. Lassen Sie jedes Gerät mit mehreren Zeitservern zugleich arbeiten, sodass der Ausfall einer Quelle nie ein Problem ist.

In NTP Architekturen hören Sie Begriffe wie "Stratum 1" oder "Stratum 3". Das ist ein hierarchisches Ranking von Uhren basierend auf der Entfernung zur ursprünglichen Zeitquelle — und es bestimmt stark, wie genau jede Ebene ist.

Was bedeutet jede Stratum-Stufe?

Stratum 0: die fundamentale Zeitquelle — eine Atomuhr in einem nationalen Labor, ein GPS Satellit, ein GNSS Receiver. Nicht direkt netzwerkzugänglich.
Stratum 1: ein NTP Server, der sich direkt mit einer Stratum-0-Quelle über Hardware synchronisiert (GNSS Antenne, IRIG Kabel, etc.). Sehr genau — typisch Sub-100 μs.
Stratum 2: synchronisiert mit einem oder mehreren Stratum-1-Servern über Netzwerk. Genauigkeit: 1–10 ms LAN, Dutzende ms über WAN.
Stratum 3: synchronisiert mit Stratum 2. Genauigkeit: 10–100 ms typisch.
Stratum 4–15: noch weiter abgeleitet. In der Praxis selten für IT-Zwecke verwendet.
Stratum 16: unsynced (der Server vertraut seiner eigenen Zeit nicht).

Was bedeutet das für Ihr Netzwerk?

In einem typischen Büro- oder Rechenzentrum-Deployment:

Platzieren Sie einen oder zwei Stratum-1-Server (zum Beispiel ein NTP100-GNSS + GMR redundant) als Quelle
Lassen Sie wichtige Applikationsserver (Datenbank, Monitoring, SIEM) sich gegen diese Stratum 1 synchronisieren — diese werden Stratum 2
Workstations, IoT-Geräte, Uhren synchronisieren sich gegen die Stratum-2-Server — diese werden Stratum 3
Redundanz: Jeder Client kann sich gegen 3+ NTP Server gleichzeitig synchronisieren, sodass ein Ausfall kein Drama ist

Wie viel Genauigkeit verlieren Sie pro Stratum-Ebene?

Jeder Hop fügt Unsicherheit hinzu. Eine grobe Faustregel:

Ebene	Typische Accuracy LAN
Stratum 1 (eigener GNSS Server)	10–100 μs
Stratum 2 (Server hier im Rechenzentrum)	0,5–5 ms
Stratum 3 (Client-PC)	5–50 ms
Stratum 4+	hängt ab

Ausreichend für 99 % der geschäftlichen Anwendungen — TLS Zertifikat-Validierung, Audit-Trail-Sortierung, Datenbank-Replikation.

Wann wird es nicht genug?

High-Frequency Trading: verlangt Sub-Millisekunde, also Stratum 1 direkt + PTP
Broadcast Frame-Sync: Stratum 1 + PTP oder sogar SMPTE 2110
Digital Substation IEC 61850: PTP Grandmaster statt NTP Hierarchie
Scientific Timing: direkte Atomuhr oder GPS disziplinierter Rubidium

In diesen Fällen sprechen Sie über eine grundlegend andere Architektur — PTP, nicht NTP. Siehe unseren Artikel NTP vs PTP.

Praxis über Daylight

Für die meisten Kunden ist 1 Stratum-1-Server + Redundanz ausreichend. Zu viele Kunden kaufen 3 Stratum-1-Server, weil sie "mehr wollen". Rufen Sie Daylight an, und wir zeichnen die Architektur gemeinsam — weniger Hardware kann auch hervorragend funktionieren.

Quellen

RFC 5905 — NTPv4 Spezifikation Abschnitt 3 über Stratum
NTP Pool Project — Beispiel einer weltweiten Stratum-2/3-Distribution

Die Stratumnummer in NTP ist ein topologisches Abstandsmaß, kein direkter Genauigkeitswert, aber in der Praxis korrelieren sie. Stratum 0 ist die physikalische Referenz (Atomuhr, GNSS, IRIG), nicht netzadressierbar. Stratum 1 synchronisiert direkt über Hardware und erreicht typisch unter 100 µs. Jede weitere Schicht summiert sich bis maximal Stratum 15; Stratum 16 markiert eine nicht synchronisierte Uhr.

Das Genauigkeitsbudget stapelt sich pro Schicht: Der Fehler eines Clients ist der Fehler seiner Quelle plus die eigene Messunsicherheit (Pfadasymmetrie, Jitter, Polling-Intervall). Deshalb liefert tiefer in der Hierarchie typisch 1–10 ms in einem LAN und mehr über ein WAN. Entwerfen Sie mit Redundanz: Jeder Client konfiguriert vorzugsweise drei oder mehr unabhängige Quellen, sodass NTPs Selektions- und Clustering-Algorithmus einen Ausreißer (Falseticker) überstimmen kann.

Für kritische Umgebungen kombiniert man zwei oder mehr Stratum-1-Server mit unabhängigen GNSS-Antennen und, wo nötig, Holdover-Oszillatoren, sodass weder ein Quellenausfall noch eine Antennenstörung die gesamte Hierarchie mitreißt.

Norm: IETF RFC 5905.