NTP

NTP
Название	Network Time Protocol
Уровень (помодели OSI)	Прикладной
Семейство	TCP/IP
Создан в	1985
Порт/ID	123/UDP
Назначение протокола	Синхронизация часов
Спецификация	RFC 5905

NTP(англ.Network Time Protocol— протокол сетевого времени) —сетевой протоколдля синхронизации внутреннихчасовкомпьютерас использованием сетей с переменнойлатентностью.Протокол был разработанДэвидом Л. Миллсом,профессоромДелавэрского университета,в 1985 году. Версия на2015 год— NTPv4.

NTP, основанный наалгоритме Марзулло,использует для своей работы протоколUDPи учитывает время передачи. Система NTP чрезвычайно устойчива к изменениям латентностисреды передачи.В версии 4 способен достигать точности 10 мс (1/100 с) при работе черезИнтернет,и до 0,2 мс (1/5000 с) и лучше внутри локальных сетей.

Наиболее широкое применение протокол NTP находит для синхронизации серверов точного времени. Для достижения максимальной точности предпочтительна постоянная работа программного обеспечения NTP в режимесистемной службы.В семействе операционных системMicrosoft Windows— это служба W32Time,вUNIX-подобных системах— демонNtpdили chronyd.

Более простая реализация этого алгоритма известна какSNTP— простой протокол сетевого времени. Используется во встраиваемых системах и устройствах, не требующих высокой точности, а также в пользовательских программах точного времени.

Структура пакета

Структура пакета описана в RFC 5905.Пакет состоит из целого числа 32-битных слов.

Данные в заголовке будут отличаться для различных режимов работы. Например, клиент в полячасовой слой,идентификатор источника,начальное времяивремя приёмадолжен записать нули.

Заголовок

Заголовок NTP

Отступ	Октет	0								1								2								3
Октет	Бит	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31
0	0	ИК		Версия			Режим			Часовой слой								Интервал опроса								Точность
4	32	Задержка
8	64	Дисперсия
12	96	Идентификатор источника
16	128	Время обновления
20	160
24	192	Начальное время
28	224
32	256	Время приёма
36	288
40	320	Время отправки
44	352

Индикатор коррекции

Пример синхронизации времени, используя NTP

Длина — 2 бита, отангл.Leap Indicator.

Целое число, показывающее предупреждение осекунде координации.

Значение	Описание
0	Нет предупреждения
1	Последняя минута дня содержит 61 секунду
2	Последняя минута дня содержит 59 секунд
3	Неизвестно (время не синхронизировано)

Номер версии

Длина — 3 бита, отангл.Version Number.

Целое число, представляющее версию протокола.

Режим

Длина — 3 бита, отангл.Mode.

Целое число, представляющее режим. Значения представлены в таблице ниже.

Значение	Описание
0	Зарезервировано
1	Симметричный активный режим
2	Симметричный пассивный режим
3	Клиент
4	Сервер
5	Широковещательный режим
6	Контрольное сообщение NTP
7	Зарезервировано для частного использования

Часовой слой

Длина — 8 бит, отангл.Stratum.

Целое число, представляющеечасовой слой.

Значение	Описание
0	Не определено или недопустим
1	Первичный сервер
2-15	Вторичный сервер, использующий NTP
16	Не синхронизировано
17-255	Зарезервировано

Интервал опроса

Длина — 8 бит, отангл.Poll.

Целое число со знаком, представляющее максимальный интервал между последовательными сообщениями. Значение равно двоичному логарифму секунд. Предлагаемые по умолчанию пределы на минимальные и максимальные опросы — 6 и 10, соответственно.

Точность

Длина — 8 бит, отангл.Precision.

Целое число со знаком, представляющее точность системных часов. Значение равно двоичному логарифму секунд. Например, значению −18 будет соответствовать точность около 1 мкс.

Задержка

Длина — 32 бита, отангл.Root Delay.

Общее время распространения сигнала в обе стороны вкоротком формате NTP.

Дисперсия

Длина — 32 бита, отангл.Root Dispersion.

Общая дисперсия для источника времени вкоротком формате NTP.

Идентификатор источника

Длина — 32 бита, отангл.Reference ID.

Код источника синхронизации. Зависит от значения в полеЧасовой слой.

Дляслоя 0— это четыреASCIIсимвола, называемые «kiss code», используются для отладки и мониторинга.Смотри ниже

Дляслоя 1— это четыре октета ASCII символов, дополненные слева нулями, назначенные для опорного времени. В таблице ниже представлен список, поддерживаемыйIANA.

ID	Источник
GOES	Геостационарный спутник системы экологического мониторинга и наблюдения
GPS	Система глобального позиционирования
GAL	Система местоопределения «Галилео»
PPS	Общий радиосигнал с длительностью импульса, равной 1 секунде
IRIG	Группа стандартизации в телеметрии,США
WWVB	Низкочастотный радиопередатчик, 60 кГц, Форт Коллинз,Колорадо, США
DCF	Низкочастотный радиопередатчик, 77.5 кГц,DCF77,Майнфлинген, ФРГ
HBG	Низкочастотный радиопередатчик, 75 кГц, Прангинс,Швейцария
MSF	Низкочастотный радиопередатчик, 60 кГц, Антхорн,Великобритания
JJY	Низкочастотный радиопередатчик, 40 кГц, Фукусима, 60 кГц,Сага, Япония
LORC	Среднечастотный радиопередатчик, 100 кГц, радионавигация,LORAN-C
TDF	Среднечастотный радиопередатчик, 162 кГц, Аллоуис,Франция
CHU	Высокочастотный радиопередатчик, Оттава, Онтарио,Канада
WWV	Высокочастотный радиопередатчик, Форт Коллинз, Колорадо,США
WWVH	Высокочастотный радиопередатчик, Кауаи, Гавайи,США
NIST	Телефонный модемНационального института стандартов и технологийСША
ACTS	Телефонный модемНационального института стандартов и технологийСША
USNO	Телефонный модемНациональной обсерватории США
PTB	Телефонный модемНационального метрологического института Германии

Дляслоя 2и выше — это идентификатор сервера и может быть использован для фиксирования временных петель. Если используетсяIPv4,то идентификатор представляет собой четыре октета IP адреса. Если используетсяIPv6,то это первые четыре октетаMD5хэша адреса. При использовании IPv6 адресов для сервера с NTPv4 и клиента с NTPv3 идентификатор может принимать случайное значение, из-за чего временные петли могут быть не зафиксированы.

Время обновления

Длина — 64 бита, отангл.Reference Timestamp.

Время, когда система последний раз устанавливала или корректировала время.Формат NTP.

Начальное время

Длина — 64 бита, отангл.Origin Timestamp.

Время клиента, когда запрос отправляется серверу.Формат NTP.

Время приёма

Длина — 64 бита, отангл.Receive Timestamp.

Время сервера, когда запрос приходит от клиента.Формат NTP.

Время отправки

Длина — 64 бита, отангл.Transmit Timestamp.

Время сервера, когда запрос отправляется клиенту.Формат NTP.

NTP-сообщение «Kiss-o'-Death»

Дляслоя 0,который считается неопределённым или недопустимым, полеИдентификатор источникаможет использоваться для доставки сообщений, которые выполняют роль данных о состоянии системы и управления доступом. Такие сообщения называются «Kiss-o'-Death»(KoD), а доставляемые ими ASCII-данные называются «kiss codes» (коды «помощи»). Перечень принятых в настоящее время кодов «помощи» представлен в таблице ниже.

Получатели KoD-сообщений обязаны их проверить и выполнить следующие действия:

• При получении кодовых комбинацийDENYиRSTRклиент обязан разорвать виртуальные соединения с данным сервером времени и прекратить передачу сообщений этому серверу.
• При получении кодовой комбинацииRATEклиент обязан незамедлительно снизить свой интервал опроса этого сервера и продолжать его уменьшать каждый раз при получении этой кодовой комбинации.
• При получении кодовой комбинации начинающейся с ASCII-символаХ,предназначенной для проведения экспериментальных исследований и последующих усовершенствований, она должна быть проигнорирована, если она не распознаётся.
• Все другие кодовые комбинации и KoD-сообщения, не определённые данным протоколом, уничтожаются после их поверки.

Коды «помощи»

Код	Описание
ACST	Виртуальное соединение установлено одноадресным сервером
AUTH	Аутентификация сервером завершилась отказом
AUTO	Autokey-последовательность некорректна
BCST	Виртуальное соединение установлено широковещательным сервером
CRYP	Криптографическая аутентификация или идентификация завершились отказом
DENY	Удалённый сервер отказал в доступе
DROP	Потеря удаленного сервера времени в симметричном режиме
RSTR	Отказ в доступе вследствие локальной стратегии безопасности
INIT	Виртуальное соединение с первого раза не установлено
MCST	Виртуальное синхросоединение установлено динамически обнаруженным сервером
NKEY	Ключ не найден (либо он никогда ранее не загружался, либо он является ненадёжным)
RATE	Скорость превышена. Сервер временно запретил доступ, так как клиент превысил порог скорости
RMOT	Изменение виртуального соединения со стороны удалённого IP-узла, использующего NTP-протокол напрямую
STEP	Произошла итерация по изменению системного времени, виртуальное синхросоединение не установлено

Часовые слои

Жёлтые стрелки обозначают аппаратное соединение; красные стрелки обозначают сетевое соединение.

NTP использует иерархическую сеть, где каждый уровень имеет свой номер, называемый слой (англ.stratum).Слой 1— первичные серверы, непосредственно синхронизирующиеся с национальными службами времени через спутник, радио или телефонный модем.Слой 2— вторичные серверы, синхронизируются с первичными серверами, и т. д. Как правило, клиенты и серверы NTP с относительно небольшим числом клиентов не синхронизируется с первичными серверами. Существует несколько сотен общественных вторичных серверов, работающих на более высоких слоях. Они являются предпочтительным выбором.

Формат времени

Время представляется в системе NTP 64-битным числом (8байт), состоящим из 32-битного счётчика секунд и 32-битного счётчика долей секунды, позволяя передавать время в диапазоне 2³²секунд, с теоретической точностью 2⁻³²секунды. Поскольку шкала времени в NTP повторяется каждые 2³²секунды (136 лет), получатель должен хотя бы примерно знать текущее время (с точностью 68 лет). Также следует учитывать, что время отсчитывается с полуночи 1 января 1900 года, а не с 1970, поэтому из времени NTP нужно вычитать 70 лет (с учётом високосных лет), чтобы корректно совместить время с Windows или Unix-системами.

Короткий формат времени

Бит	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31
0	Секунды																Доли секунд

Обычный формат времени

Бит	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31
0	Секунды
4	Доли секунд

Формат даты

Бит	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31
0	Номер эры
4	Отступ эры
8	Доли
12

См. также

• Служба точного времени
• Дисперсия Аллана
• OpenNTPD
• Синхронизация часов
• Протокол точного времени

Литература

• Семенов Ю.А.Сетевой протокол времени NTP// Telecommunication technologies - Телекоммуникационные технологии. — 2014.
• Миллс, Дэвид Л.Сличение времени в компьютерных сетях. Протокол сетевого времени на Земле и в космосе. — Киев: Wircom, 2011. — С. 464. —ISBN 978-966-97191-0-2.
• Другие версии RFC:RFC 778,RFC 891,RFC 956,RFC 958,RFC 1305,RFC 2030,RFC 4330

Ссылки

• NTP: The Network Time Protocol(англ.).Network Time Foundation. — Общественный проект по развитию протокола и служб NTP. Дата обращения: 29 сентября 2008.Архивировано5 сентября 2017 года.
• Welcome to the NTP.Servers Web(англ.).Network Time Foundation (18 апреля 2013). — Проект публичных серверов NTP и рабочей группыIETFпо протоколу NTP. Дата обращения: 6 декабря 2010.Архивировано8 декабря 2010 года.
• NTP Pool Project(неопр.).— Общественный ресурс — кластер публичных NTP-серверов, поддерживаемых волонтёрами. Дата обращения: 7 марта 2019.Архивировано22 апреля 2009 года.
• NTP Server Online Tester(неопр.).Server Test.— Онлайн-инструмент для проверки доступности сервера в Интернете. Дата обращения: 7 марта 2019.Архивировано7 марта 2019 года.
• Услуги NTP серверов(неопр.).ВНИИФТРИ.— Серверы точного времени Главного метрологического центра государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли Всероссийского научно-исследовательского института Физико-технических и радиотехнических измерений. Дата обращения: 1 марта 2021.Архивировано24 января 2021 года.