Aja sünkroonimine on arvutivõrkudes kriitilise tähtsusega, sest võrgu planeerimine, haldamine, silumine ja kaitsmine eeldavad sündmuse toimumise aja kindlaksmääramist ja täpset aega. Täpse aja säilitamine on aga keeruline, kuna arvuti kell triivib iga päev mõne minuti või sekundi võrra.
Selle tulemusena kasutavad ruuterid, serverid, seadmed ja kommutaatorid võrgu aja sünkroonimise probleemi lahendamiseks NTP (Network Time Protocol). Kuid miks on NTP oluline ja kuidas see toimib?
Mis on võrgu ajaprotokoll?
Network Time Protocol on võrguprotokoll, mis sünkroonib arvuti kellaajad võrgus mõne millisekundi täpsusega UTC-st, võimaldades seadmetel, mis on ühendatud TCP/IP võrk töötada samal kohandatud ajal. See hõlmab arvutite protokolli ja klient-serveri programme. See on väga tõhus serveri edastusvigade parandamisel ja on võrkudevahelise aja sünkroonimise aluseks.
NTP töötas esmakordselt välja Dave Mills 1985. aastal Delaware'i ülikoolis, kuid tänapäeval on see protokoll avatud lähtekoodiga ja seda kasutatakse kogu maailmas.
Kuidas võrguajaprotokoll töötab?
NTP järgib aja sünkroonimiseks kolmeetapilist protsessi:
- Protokolli klient taotleb vahetust ajaserveriga.
- Klient arvutab oma viivituse/nihke ja reguleerib end uuesti, et see vastaks serveri kellale.
- Kella aja täpsuse säilitamiseks tuleb kella iga 10 minuti järel (või mõnikord tunnis) uuendada kuus korda 10 minuti jooksul. Sõnumid edastavad värskendused kasutaja datagrammi protokolli (UDP) – pordi 123 kaudu.
Mis on kihtide tasemed?
Koordineeritud universaalaja (UTC) allikal on kihtidena tuntud eraldusastmed, mis järgivad ranget hierarhiat.
- Stratum 0: See on nullpunkti kell, mis võtab vastu tõelist UTC-d spetsiaalselt selleks loodud satelliitsüsteemilt edastada see "tõeline aeg". Sel põhjusel on kihi 0 kellad kõigi jaoks originaal- ja võrdluskellad kellad. Näiteks aatomkell ja GPS-kell.
- 1. kiht: Need on arvutiseadmed/süsteemid, mis on otse Stratum 0-ga seotud tõelise aja vastuvõtmiseks.
- Stratum 2: Need ajaserverid saavad oma tõelise aja Stratum 1-st.
- 3. kiht: Need arvutiseadmed on lingitud Stratum 2 serveritega ja saavad neist oma tegelikku aega.
NTP hierarhia jätkab järjest allapoole ja aja täpsus väheneb, kui see edeneb järjest allapoole. NTP hierarhias on kokku 16 kihti; kiht 16 näitab sünkroniseerimata seadet.
Võrgu ajaserveri installimisel on oluline arvestada Segali seadustega:
Kellaga mees teab, mis kell on. Kahe käekellaga mees pole kunagi kindel.
Selle seaduse alusel muudab kahe NTP-serveri haldamine häkkeritel raskeks otsustada, milline neist on autentne. Kuigi kahe kihi 0 serveri valimine nende suure täpsuse tõttu on parim, toimivad tõhusalt ka kihi 0 ja kihi 1 server koos.
Võrguajaprotokolli omadused
NTP-l on mitu funktsiooni, kuid need on kaks kõige olulisemat funktsiooni:
- UTC: NTP kasutab aja sünkroonimiseks UTC-d ja see sünkroonitud aeg tehakse seejärel võrgus kättesaadavaks. UTC saab ajaserverite abil levitada võrkude vahel.
- Ajaserverid: Teatud arvutid on spetsialiseerunud aja sünkroonimisele ja neid nimetatakse ajaserveriteks. Ajaserverid on spetsialiseerunud, kuna see on nii pole otstarbekas varustada kõiki arvuteid vastuvõtjatega, millel on juurdepääs Atomic- ja GPS-kelladele, et vastu võtta ja võrgu kaudu aega edastada.
Muud funktsioonid, mida tasub tähele panna, hõlmavad NTP võimet lahendada või kohandada serveri teabevahetuse vigu, olenemata sellest, kui väike viga või haavatavus on. Teiseks on see ajaarvestuses väga järjepidev ja usaldusväärne, mistõttu on see väärtuslik vara organisatsioonidele, mis vajavad edukaks toimimiseks aja sünkroonimise elementi. Sellised organisatsioonid hõlmavad transpordi-/liiklusjuhtimissüsteeme, näiteks rongide ja lennukite, haiglate, finantsasutuste ja turvaorganisatsioonide süsteeme.
Miks on NTP ja aja sünkroonimine olulised?
Minutitevahelised erinevused seadmete vahel võivad põhjustada kaose. Täpsus ei ole luksus, vaid väga oluline ja väärtuslik vajadus. Kuigi on mitmeid stsenaariume, kus see toimib, on siin mõned, mis näitavad NTP tähtsust.
1. Turvalisus
Turvasüsteemid tuginevad sünkroniseeritud ajale, et ennetada kuritegevust ja võidelda sellega, kui see juhtub. Näiteks sellised seadmed nagu turvakaamerad töötavad ajatemplitega, et salvestada sündmusi reaalajas, muutes tõendite jälgimise ja kuriteo lahendamise palju lihtsamaks. Aja sünkroonimine on optimaalse turvalisuse jaoks väärtuslik vara.
2. Logi ajatemplid
Failid, nagu tarkvararakendused, on garantiide ja garantiide jaoks ajatempliga ning neil on aegumiskuupäevad või ajakohastatud kalendrid olenevalt sellest, millal need arvutisse on installitud.
Sünkroonitud aeg tagab, et neid rakendustes olevaid kodeeritud juhiseid järgitakse. See reegel kehtib ka automaatika puhul failisüsteemi värskendused ja veaparandused, mis on mõeldud hoolduseks, mis võib arvutivõrgus kindlal ajal esineda.
3. Korralikkus ajast sõltuvates toimingutes
Protseduuridega projektide olemus seisneb selles, et nende teostamiseks on vaja järjestikuseid samme. Mõned või kõik sammud võivad olla ajatundlikud ja sünkroniseeritud aeg on edu saavutamiseks väga oluline, kui protseduurid jaotatakse erinevatele sama projektiga töötavatele meeskonnaliikmetele.
4. Sõnumid ja telekommunikatsioon
Ajatemplid on olenevalt asjaoludest väga olulised sellistes elementides nagu meilid, SMS-id ja kohaletoimetamise aruanded. NTP on väga kasulik ka telekommunikatsiooni- ja ringhäälinguraamistikes.
5. Veaotsing
NTP ja aja sünkroonimine on väga kasulikud võrguprobleemide tõrkeotsing.
6. Annab täpsust ja täpsust
Mõned meditsiinilised protseduurid on ajastatud ja täpsuse ja täpsuse tagamiseks kasutatakse ajastatud meditsiiniseadmeid. Sünkroniseeritud aja olemasolu või puudumine võib olla erinevus elu ja surma vahel.
7. Ajaväärtus reaalses maailmas
Kuigi NTP ei vastuta otseselt piirkondlike ajavööndite eest, on sünkroniseeritud aeg põhjus, miks piirkondlikud kellad võivad Koordineeritud universaalaeg (UTC). Näiteks Lagose kohalik aeg erineb Tokyo kohalikust ajast. Siiski saame säilitada täpsed ajaerinevused piirkondades, kuna sünkroniseeritud aeg on funktsionaalne.
8. Liikluskontroll
Õrn infrastruktuur, nagu rongid või lennujuhtimine, sõltub kokkupõrkeõnnetuste vältimiseks suurel määral sünkroniseeritud ajast läbi ajastatud rööbaste ümberlülitamise (rongide puhul) ja andes lennujuhtimistornidest juhiseid lennukite ohutuks maandumiseks.
9. Analüüs ja auditeerimine
Usaldusväärset auditit või mistahes kohtuekspertiisi analüüsi on võimalik teha ainult sünkroniseeritud aja sekkumisega.
10. Täpne aeg
Automaatne aja sünkroonimine muudab paljude seadmekasutajate asjaajamise lihtsamaks, kuna vaid mõned on piisavalt tehnikatundlikud, et oma ajaseadeid käsitsi konfigureerida, et kajastada tegelikku aega täpselt ja täpselt.
Võrguajaprotokoll on Interneti jaoks ülioluline
Network Time Protocol on võrguprotokoll, mis aitab arvutitel andmevõrkude kaudu suhelda ja aega sünkroonida. Alates selle loomisest 1985. aastal on see läbinud mitmeid arenguid, sealhulgas hõlmanud kihtide taset. Tehnoloogia hiljutiste edusammude tõttu näeme NTP-d kohe kasutama metaversumis ja Web3-ruumis, kuna NTP-l pole piire.