Network Time Protocol (NTP): Definition und Funktionsweise
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Network Time Protocol (NTP): Definition und Funktionsweise
Das Network Time Protocol, abgekürzt NTP ist ein Softwarealgorithmus, der die Systemzeiten von Computern und anderen Geräten synchronisiert. Das Network Time Protocol ist fast so alt wie das Internet selbst. Sein Erfolg beruht auf seiner Effektivität und Fähigkeit, die Geräte innerhalb weniger Millisekunden zu synchronisieren.
Allgemeine Information zum Network Time Protocol
NTP-Zeitsynchronisationsdienste sind im öffentlichen Internet weit verbreitet. Das öffentliche Network Time Protocol-Subnetz umfasst derzeit mehrere Tausend Server in den meisten Ländern und auf jedem Kontinent der Erde, einschließlich der Antarktis. Diese Server synchronisieren direkt oder indirekt eine geschätzte Zahl von über 25 Millionen Computern im globalen Internet.
Das Network Time Protocol stellt für die Synchronisierung verschiedener Systeme mit einer hohen Genauigkeit die erforderlichen Protokolle zur Verfügung. Dabei arbeitet das Network Time Protocol mit einer hierarchischen Struktur und Ebenen. Eine Ebene oder Schicht wird als Stratum bezeichnet (vom lateinischen Strata für Schicht) und erhält eine Nummer.
Stratum 1 sind primäre Server auf der untersten Ebene. Diese werden direkt mit den nationalen Zeitdiensten über Satelliten- oder Funkverbindungen synchronisiert. Stratum 2 sind sekundäre Server auf der nächsthöheren Ebene. Diese werden von Stratum 1 Servern synchronisiert. Danach folgen weitere Ebenen bis hin zu den Endgeräten.
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 möglich ist. Die genauesten Zeitmesser sind Atomuhren. Ein NTP-Server erhält die Zeit von einer Atomuhr entweder über das Internet, das GPS-Netzwerk oder durch Funkübertragung.
Bei der Verwendung einer Atomuhr als Referenz wird ein NTP-Netzwerk innerhalb weniger Millisekunden mit der UTC (Coordinated Universal Time) synchronisiert. Diese Zeitskala ist unabhängig von der geografischen Position. Aufgrund des hierarchischen Systems können Geräte, 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 für die Synchronisation. Selbst wenn eine Referenzuhr vorübergehend nicht verfügbar ist, kann NTP vergangene Messungen verwenden, um die aktuelle Zeit zu schätzen. Unzuverlässige Referenzen kann das System ignorieren.
Network Time Protocol (NTP): Definition und Funktionsweise – Referenzzeit und Datenformate
NTP-Clients und -Server synchronisieren sich mit der von nationalen Labors verwendeten UTC-Zeit, die über 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 allmählich im Vergleich zur Internationalen Atomzeit (TAI). Um UTC in Bezug auf TAI zu synchronisieren, wird in Intervallen von etwa 18 Monaten eine Schaltsekunde eingefügt, die vom International Earth Rotation Service (IERS) festgelegt wird.
Die historischen Einfügungen 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 Abständen 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 Primärservern (Stratum 1) über weitere Server an die Clients über das NTP On-Wire-Protokoll weitergegeben. Die Schaltsekunde wird schließlich vom Betriebssystemkern der Endgeräte implementiert.
Die NTP-Datenformate sind ein 64-Bit-Zeitstempelformat und ein 128-Bit-Datumsstempelformat. Das Datumsstempelformat wird intern verwendet, während das Zeitstempelformat in Paketköpfen verwendet wird, die zwischen Clients und Servern ausgetauscht werden. Das Zeitstempelformat umfasst 136 Jahre. Dieser Zeitraum wird eine Ära genannt. Die aktuelle Ära begann am 1. Januar 1900, die nächste beginnt im Jahr 2036. Das Network Time Protocol wird jedoch unabhängig von einer Ära korrekt synchronisiert.
Aufgrund der Bedeutung der Zeit für Computer und Netzwerke ist ein Zeitserversystem erforderlich, das nicht nur sicherstellt, dass alle Geräte 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 über Zeitzonen hinweg kommunizieren müssen
Die Bedeutung des Network Time Protocol für 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 überall identisch ist, unterscheiden sich die Zeitstempel niemals. Transaktionen, die über verschiedene Zeitzonen hinweg stattfinden, verursachen somit keine Fehler.
Da immer mehr Geschäfte über das Internet abgewickelt werden, ist es außerdem wichtig, eine zuverlässige Zeit zur Verfügung zu stellen. Ein synchronisiertes Netzwerk stellt einen Zeitstempel entsprechend der UTC-Zeit bereit, um sicherzustellen, dass Unterschiede zwischen Host und Peer keine Probleme verursachen.
Fact
Für Systeme, die mit zeitkritischen Transaktionen umgehen, ist die Network Time Protocol Zeitsynchronisation ebenfalls von Bedeutung.
CCTV-Kameras, Radarfallen und Geldautomaten könnten ohne einen NTP-Server nicht funktionieren. Wenn beispielsweise zwei Geldautomaten unterschiedliche Zeiten hätten, könnte von Kunden das gleiche Geld zweimal abgehoben werden. Das Gleiche gilt für alle finanziellen Transaktionen. Die Börse und andere Finanzinstitute sind aufgrund der Häufigkeit, mit der sich die Kurse von Aktien und Wertpapieren in jeder Sekunde ändern, sehr von NTP-Zeitservern abhängig.
Eine genaue und synchronisierte Zeit spielt darüber hinaus eine Rolle bei der Netzwerk- und Computersicherheit. Hacker und Schadsoftware, wie zum Beispiel Computerviren, können bei einem System ohne genaue Zeit die Zeitunterschiede nutzen, um Sicherheitsmaßnahmen wie Firewalls oder Antivirensoftware zu überwinden. Wenn jedoch alle Geräte auf UTC-Zeit synchronisiert sein, ist es für böswillige Benutzer viel schwieriger, Zugang zu einem System zu erhalten.
Network Time Protocol (NTP): Definition und Funktionsweise – Zeitmanagement
Ein zeitgesteuertes NTP-Netzwerk kann alle möglichen Probleme verhindern. Da Zeitstempel die einzige Methode sind, mit der Computer feststellen können, ob eine Transaktion stattgefunden hat oder nicht, können Fehler auftreten, wenn mehrere Geräte in einem Netzwerk unterschiedliche Zeiten nutzen. Der Grund dafür ist, dass das Netzwerk nicht weiß, welcher Zeitstempel vertrauenswürdig 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 können Daten verloren gehen. Dies liegt daran, dass zum Speichern von Daten ein System einen Zeitstempel benötigt, um die Informationen zu speichern. Wenn jedoch dieser Zeitstempel zwischen den Maschinen unterschiedlich ist, könnte das System annehmen, dass die Daten bereits gespeichert wurden, was dazu führt, dass die Information verworfen wird.
Das Network Time Protocol ist auch für die Überwachung und Verwaltung eines Systems von Bedeutung. Wenn ein System von einem bösartigen Code oder einem nicht autorisierten Benutzer infiltriert wird, kann das Aufspüren 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 prüfbaren Pfad bereitstellen.
Das Network Time Protocol ist wichtig, um die Funktionsfähigkeit von Netzwerken sicherzustellen. Netzwerkvorgänge erfordern zeitsynchronisierte Informationen, um eine optimale Netzwerkleistung gewährleisten zu können. Unternehmen werden sich oft erst der Wichtigkeit der Zeitsynchronisation bewusst, wenn Probleme auftreten – entweder als ein Faktor, der zum Problem selbst beiträgt, oder als ein notwendiges Werkzeug, um das Problem zu diagnostizieren und zu beheben.
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