Network Time Protocol (NTP): Definition und Funktionsweise

Network Time Protocol

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Network Time Protocol (NTP): Definition und Funktionsweise

Das Network Time Protocol, abgek√ľrzt NTP ist ein Softwarealgorithmus, der die Systemzeiten von Computern und anderen Ger√§ten synchronisiert. Das Network Time Protocol ist fast so alt wie das Internet selbst. Sein Erfolg beruht auf seiner Effektivit√§t und F√§higkeit, die Ger√§te innerhalb weniger Millisekunden zu synchronisieren.

Allgemeine Information zum Network Time Protocol

NTP-Zeitsynchronisationsdienste sind im √∂ffentlichen Internet weit verbreitet. Das √∂ffentliche Network Time Protocol-Subnetz umfasst derzeit mehrere Tausend Server in den meisten L√§ndern und auf jedem Kontinent der Erde, einschlie√ülich der Antarktis. Diese Server synchronisieren direkt oder indirekt eine gesch√§tzte Zahl von √ľber 25 Millionen Computern im globalen Internet.

Das Network Time Protocol stellt f√ľr die Synchronisierung verschiedener Systeme mit einer hohen Genauigkeit die erforderlichen Protokolle zur Verf√ľgung. Dabei arbeitet das Network Time Protocol mit einer hierarchischen Struktur und Ebenen. Eine Ebene oder Schicht wird als Stratum bezeichnet (vom lateinischen Strata f√ľr Schicht) und erh√§lt eine Nummer. Stratum 1 sind prim√§re Server auf der untersten Ebene. Diese werden direkt mit den nationalen Zeitdiensten √ľber Satelliten- oder Funkverbindungen synchronisiert. Stratum 2 sind sekund√§re Server auf der n√§chsth√∂heren Ebene. Diese werden von Stratum 1 Servern synchronisiert. Danach folgen weitere Ebenen bis hin zu den Endger√§ten.

Wie funktioniert das Network Time Protocol?

NTP ist auf eine Referenzuhr angewiesen und alle Uhren im NTP-Netzwerk sind mit dieser Zeit synchronisiert. Es ist daher erforderlich, dass die Referenzzeit so genau wie m√∂glich ist. Die genauesten Zeitmesser sind Atomuhren. Ein NTP-Server erh√§lt die Zeit von einer Atomuhr entweder √ľber das Internet, das GPS-Netzwerk oder durch Funk√ľbertragung. Bei der Verwendung einer Atomuhr als Referenz wird ein NTP-Netzwerk innerhalb weniger Millisekunden mit der UTC (Coordinated Universal Time) synchronisiert. Diese Zeitskala ist unabh√§ngig von der geografischen Position. Aufgrund des hierarchischen Systems k√∂nnen Ger√§te, die sich in den Schichten unten befinden, ebenfalls als Referenz verwendet werden.

Das Network Time Protocol ist fehlertolerant und sucht automatisch nach den besten Zeitquellen f√ľr die Synchronisation. Selbst wenn eine Referenzuhr vor√ľbergehend nicht verf√ľgbar ist, kann NTP vergangene Messungen verwenden, um die aktuelle Zeit zu sch√§tzen. Unzuverl√§ssige Referenzen kann das System ignorieren.

Network Time Protocol (NTP): Definition und Funktionsweise ‚ÄstReferenzzeit und Datenformate

NTP-Clients und -Server synchronisieren sich mit der von nationalen Labors verwendeten UTC-Zeit, die √ľber Funk- und Satellitenverbindungen verbreitet wird. Die UT1-Zeitskala, auf der UTC basiert, wird durch die Rotation der Erde um ihre Achse bestimmt. Die Erdrotation verlangsamt sich allm√§hlich im Vergleich zur Internationalen Atomzeit (TAI). Um UTC in Bezug auf TAI zu synchronisieren, wird in Intervallen von etwa 18 Monaten eine Schaltsekunde eingef√ľgt, die vom International Earth Rotation Service (IERS) festgelegt wird.

Die historischen Einf√ľgungen von Schaltsekunden in das Network Time Protocol sind in der Datei “leap-seconds.list” dokumentiert, die von den NIST-FTP-Servern heruntergeladen werden kann. Diese Datei wird in Abst√§nden von maximal 6 Monaten aktualisiert. Leap-Second-Warnungen (Schaltsekunden-Warnungen) werden von den nationalen Labors im Broadcast-Timecode-Format verbreitet. Diese Warnungen werden von den Network Time Protocol Prim√§rservern (Stratum 1) √ľber weitere Server an die Clients √ľber das NTP On-Wire-Protokoll weitergegeben. Die Schaltsekunde wird schlie√ülich vom Betriebssystemkern der Endger√§te implementiert.

Die NTP-Datenformate sind ein 64-Bit-Zeitstempelformat und ein 128-Bit-Datumsstempelformat. Das Datumsstempelformat wird intern verwendet, w√§hrend das Zeitstempelformat in Paketk√∂pfen verwendet wird, die zwischen Clients und Servern ausgetauscht werden. Das Zeitstempelformat umfasst 136 Jahre. Dieser Zeitraum wird eine √Ąra genannt. Die aktuelle √Ąra begann am 1. Januar 1900, die n√§chste beginnt im Jahr 2036. Das Network Time Protocol wird jedoch unabh√§ngig von einer √Ąra korrekt synchronisiert.

Aufgrund der Bedeutung der Zeit f√ľr Computer und Netzwerke ist ein Zeitserversystem erforderlich, das nicht nur sicherstellt, dass alle Ger√§te in einem Netzwerk mit der gleichen Zeit arbeiten, sondern es muss auch sicherzustellen, dass verschiedene Computernetzwerke, die miteinander kommunizieren, ebenfalls synchronisiert sind. Dies ist wichtig bei Netzwerken und Computern, die √ľber Zeitzonen hinweg kommunizieren m√ľssen

Die Bedeutung des Network Time Protocol f√ľr Unternehmen

Ein NTP-synchronisiertes Netzwerk ist die Voraussetzung, dass ein Unternehmensnetzwerk mit anderen Netzwerken auf der ganzen Welt kommunizieren kann, ohne dass zeitliche Diskrepanzen Probleme verursachen. Da die Network Time Protocol Zeit √ľberall identisch ist, unterscheiden sich die Zeitstempel niemals. Transaktionen, die √ľber verschiedene Zeitzonen hinweg stattfinden, verursachen somit keine Fehler. Da immer mehr Gesch√§fte √ľber das Internet abgewickelt werden, ist es au√üerdem wichtig, eine zuverl√§ssige Zeit zur Verf√ľgung zu stellen. Ein synchronisiertes Netzwerk stellt einen Zeitstempel entsprechend der UTC-Zeit bereit, um sicherzustellen, dass Unterschiede zwischen Host und Peer keine Probleme verursachen.

F√ľr Systeme, die mit zeitkritischen Transaktionen umgehen, ist die Network Time Protocol Zeitsynchronisation ebenfalls von Bedeutung. CCTV-Kameras, Radarfallen und Geldautomaten k√∂nnten ohne einen NTP-Server nicht funktionieren. Wenn beispielsweise zwei Geldautomaten unterschiedliche Zeiten h√§tten, k√∂nnte von Kunden das gleiche Geld zweimal abgehoben werden. Das Gleiche gilt f√ľr alle finanziellen Transaktionen. Die B√∂rse und andere Finanzinstitute sind aufgrund der H√§ufigkeit, mit der sich die Kurse von Aktien und Wertpapieren in jeder Sekunde √§ndern, sehr von NTP-Zeitservern abh√§ngig.

Eine genaue und synchronisierte Zeit spielt dar√ľber hinaus eine Rolle bei der Netzwerk- und Computersicherheit. Hacker und Schadsoftware, wie zum Beispiel Computerviren, k√∂nnen bei einem System ohne genaue Zeit die Zeitunterschiede nutzen, um Sicherheitsma√ünahmen wie Firewalls oder Antivirensoftware zu √ľberwinden. Wenn jedoch alle Ger√§te auf UTC-Zeit synchronisiert sein, ist es f√ľr b√∂swillige Benutzer viel schwieriger, Zugang zu einem System zu erhalten.

Network Time Protocol (NTP): Definition und Funktionsweise ‚ÄstZeitmanagement

Ein zeitgesteuertes NTP-Netzwerk kann alle m√∂glichen Probleme verhindern. Da Zeitstempel die einzige Methode sind, mit der Computer feststellen k√∂nnen, ob eine Transaktion stattgefunden hat oder nicht, k√∂nnen Fehler auftreten, wenn mehrere Ger√§te in einem Netzwerk unterschiedliche Zeiten nutzen. Der Grund daf√ľr ist, dass das Netzwerk nicht wei√ü, welcher Zeitstempel vertrauensw√ľrdig ist. Die Zeit in Form von Zeitstempeln wird von Computern verwendet, um festzustellen, wann eine Transaktion stattgefunden hat oder stattfinden muss. Wenn die Zeit in einem Netzwerk unterschiedlich ist, kann es passieren, dass Transaktionen nicht stattfinden oder wiederholt werden. Ebenso k√∂nnen Daten verloren gehen. Dies liegt daran, dass zum Speichern von Daten ein System einen Zeitstempel ben√∂tigt, um die Informationen zu speichern. Wenn jedoch dieser Zeitstempel zwischen den Maschinen unterschiedlich ist, k√∂nnte das System annehmen, dass die Daten bereits gespeichert wurden, was dazu f√ľhrt, dass die Information verworfen wird.

Das Network Time Protocol ist auch f√ľr die √úberwachung und Verwaltung eines Systems von Bedeutung. Wenn ein System von einem b√∂sartigen Code oder einem nicht autorisierten Benutzer infiltriert wird, kann das Aufsp√ľren von Ort und Zeitpunkt nur mit einem genauen Zeitstempel erfolgen. Wenn ein Betrug oder eine andere kriminelle Handlung stattfindet, wird ein System, das mit einem NTP-Zeitserver synchronisiert ist, einen pr√ľfbaren Pfad bereitstellen.

Das Network Time Protocol ist wichtig, um die Funktionsf√§higkeit von Netzwerken sicherzustellen. Netzwerkvorg√§nge erfordern zeitsynchronisierte Informationen, um eine optimale Netzwerkleistung gew√§hrleisten zu k√∂nnen. Unternehmen werden sich oft erst der Wichtigkeit der Zeitsynchronisation bewusst, wenn Probleme auftreten ‚Äď entweder als ein Faktor, der zum Problem selbst beitr√§gt, oder als ein notwendiges Werkzeug, um das Problem zu diagnostizieren und zu beheben.

Tipp

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