La sincronizzazione del tempo svolge un ruolo fondamentale in qualsiasi rete, ma spesso viene considerata come un'aggiunta secondaria.
Tuttavia, può fare la differenza tra risolvere correttamente un conflitto in pochi minuti e non avere idea del motivo per cui il server è metaforicamente in fiamme.
Per istituzioni finanziarie e scientifiche, la sincronizzazione del tempo deve essere accurata fino al miliardesimo di secondo, o in alcuni casi specifici, addirittura al trilionesimo di secondo.
Ma anche le organizzazioni commerciali e industriali stanno iniziando a spingere per un'accuratezza di sincronizzazione nell'ordine del sub-millisecondo.
Perché non possiamo semplicemente aggiornare i nostri computer ai server NTP pubblici presso il NIST, che gestisce uno degli orologi più precisi al mondo, e considerarlo fatto?
Purtroppo, la latenza esiste ovunque e rende impossibile una sincronizzazione perfetta.
La velocità della luce è elevata: in un vuoto, un fotone potrebbe circondare il nostro mondo più di sette volte al secondo.
Anche se essa viaggia approssimativamente al 31 percento più lentamente attraverso una tipica rete a fibra ottica, è possibile trasmettere facilmente un singolo bit di dati a metà strada intorno al mondo in meno di un decimo di secondo.
Tuttavia, sappiamo tutti che quel mondo ideale non esiste.
Aggiungiamo interruttori, router e altre infrastrutture di rete, e quel decimo di secondo si moltiplica diverse volte.
Senza attrezzature specializzate, la vostra rete improvvisamente si discosta dalla precisione di NIST negli Stati Uniti o dal NPL nel Regno Unito di quasi un secondo intero.
Ancora più preoccupante è la sincronizzazione di diversi client nella stessa rete.
Immaginate un'istituzione finanziaria che possiede esattamente 100 azioni dell'azienda X.
Arriva una grande notizia su questa azienda e l'istituzione finanziaria vende quelle 100 azioni non a un solo investitore, ma a diversi nell'arco di un secondo.
Ma poiché i server dell'istituzione non sono sincronizzati tra loro, non c'è modo di stabilire quale ordine di acquisto sia arrivato prima.
Cos'è il Network Time Protocol (NTP)?
L'NTP, o Network Time Protocol, è stato ampiamente adottato come mezzo per la sincronizzazione del tempo di rete ed è attualmente nella sua quarta versione principale.
Questo sistema gerarchico ha diverse fasi chiamate strati.
Dispositivi Strato 0 nella parte superiore includono orologi atomici, come quelli nei satelliti GNSS.
Gli strati 1, noti come server di tempo primario, hanno ciascuno una connessione diretta uno-a-uno con un orologio Strato 0, raggiungono una sincronizzazione a livello di microsecondi con gli orologi Strato 0 e si collegano ad altri server Strato 1 per veloci test di validità e backup dei dati.
Gli strati 2 possono collegarsi a diversi server di tempo primario per una sincronizzazione più stretta e una maggiore precisione, e così via.
L'NTP supporta fino a un massimo di 15 strati, ma ogni strato diminuisce leggermente la sincronizzazione del client rispetto a Strato 0.
Un timestamp a 64 bit, come attualmente implementato, è diviso in due parti uguali da 32 bit ciascuna:
- La prima metà conta il numero di secondi fino a poco più di 136 anni
- La seconda metà esprime frazioni di secondo fino alla scala del picosecondo
- Una proposta di aggiornamento a timestamp a 128 bit per NTPv4 aumenterebbe la scala temporale a poco meno di 600 miliardi di anni e la risoluzione temporale a meno di un femtosecondo.
Cos'è il Precision Time Protocol (PTP)?
Il PTP, o Precision Time Protocol, è un altro standard di sincronizzazione del tempo basato su rete, ma invece di una sincronizzazione a livello di millisecondi, le reti PTP mirano a ottenere una sincronizzazione a livello di nanosecondi o addirittura di picosecondi.
Per la maggior parte delle applicazioni commerciali e industriali, l'NTP è più che sufficientemente accurato, ma se hai bisogno di una sincronizzazione e di un timestamping ancora più precisi, dovrai migrare verso un server PTP.
Perché il timestamping PTP è così accurato?
Utilizza il timestamping hardware anziché quello software, e, come qualsiasi altro strumento scientifico sofisticato, l'attrezzatura PTP è dedicata a uno scopo specializzato: mantenere sincronizzati i dispositivi.
Per questo motivo, le reti PTP hanno risoluzioni temporali molto più precise e, a differenza dell'NTP, i dispositivi PTP registrano effettivamente la quantità di tempo che i messaggi di sincronizzazione impiegano in ciascun dispositivo, il che tiene conto della latenza del dispositivo.
Ogni sequenza PTP coinvolge una serie di quattro messaggi tra master e slave:
1. Il messaggio di sincronizzazione iniziale dal master allo slave.
2. Un messaggio di sincronizzazione di follow-up dal master allo slave.
3. Un messaggio di richiesta di ritardo dallo slave al master.
4. Un messaggio di risposta al ritardo finale dal master allo slave.
Questa sequenza produce quattro timestamp diversi:
- T1 quando il master invia il messaggio di sincronizzazione iniziale.
- T2 quando lo slave riceve il messaggio di sincronizzazione iniziale.
- T3 quando lo slave invia la richiesta di ritardo.
- T4 quando il master riceve la richiesta di ritardo.
Il master invia tutti e quattro i timestamp allo slave durante la fase di risposta al ritardo, e lo slave è in grado di calcolare la latenza di rete tra il master e lo slave in entrambe le direzioni.
Avendo l'hardware specializzato che rileva i timestamp dall'orologio locale, i dispositivi slave possono evitare la latenza aggiuntiva introdotta dal sistema operativo locale.
Le reti NTP hanno una latenza aggiuntiva e una minore precisione semplicemente perché sono basate su software e tutte le richieste di timestamp devono attendere il sistema operativo locale.
Per la maggior parte delle aziende, l'NTP fornisce una risoluzione temporale sufficientemente precisa per risolvere i conflitti in modo tempestivo, ma alcune organizzazioni, tra cui i laboratori di fisica menzionati in precedenza, richiedono un livello di sincronizzazione molto maggiore.
Regolati dallo standard IEEE 1588, sia il nostro GMR1000 che il GMR5000 PTP Grandmaster Time Servers:
- Supportano diverse uscite, tra cui PTP, NTP, PPS, PPO, 10MHz, SMPTE, IRIG-B, IRIG-A, IRIG-E, NMEA 0183, NENA.
- Forniscono un'accuratezza entro i 15 nanosecondi dall'UTC.
- Offrono una configurazione SSH con crittografia AES256.
- Compatibilità di rete IPv4/IPv6.
- Possono funzionare come client e/o server NTP.
Perché preoccuparsi di un server di tempo?
Il timestamping e la sincronizzazione dei client sono fondamentali per la tua rete, ma alcuni ingegneri di rete ritengono ancora di poter semplicemente sincronizzare i loro server con un orologio pubblico su Internet.
Sebbene sia perfettamente accettabile per dispositivi consumer come gli smartphone, gli orologi Internet sono scarsamente adatti alle reti aziendali per una semplice ragione: la sicurezza.
Per connettere il tuo server a un orologio su Internet, è necessario aprire inizialmente la porta 123 sul firewall.
Cosa potrebbe accadere di terribile come risultato?
Non lo sappiamo, ma non lo sappiamo nello stesso modo in cui non sappiamo se un ladro entrerà perché hai lasciato la porta d'ingresso di casa tua sbloccata.
Perché correre il rischio?
Un server NTP dedicato mantiene la tua rete sicura e fornisce un timestamping più preciso.
Cosa succede se il mio server di tempo viene disconnesso?
Nessuna rete è perfetta, e tutto ciò che puoi sperare è di ridurre al minimo il tempo di inattività invece di eliminarlo.
Se il tuo server di tempo NTP o PTP non riesce a connettersi a un satellite GPS o a un altro input per qualsiasi motivo, puoi stare tranquillo che continuerà a sincronizzare i tuoi dispositivi e a mantenere un timestamp preciso.
Ad esempio, il nostro server NTP GMR1000 ha una stabilità in holdover di 3 secondi all'anno, il che significa che il tuo server rimarrà sincronizzato entro 3 secondi dall'UTC anche dopo un intero anno al buio.
Il modello ad alta stabilità con oscillatore a cristallo controllato dal forno (Questa tecnica riduce le variazioni di temperatura che possono influenzare le prestazioni dell'oscillatore, consentendo di ottenere una maggiore precisione nel mantenere il tempo e la frequenza) vanta una stabilità in holdover ancora maggiore di 250 millisecondi all'anno, ossia meno di 1 millisecondo al giorno.
La nostra opzione oscillatore HSO-3, disponibile solo sul nostro server NTP GMR5000 e sul PTP Grandmaster, riduce ulteriormente la deriva a un massimo di 1 millisecondo all'anno.
INFO: https://www.masterclock.com
Sintesi in 200 oarole:
La sincronizzazione temporale è cruciale in qualsiasi rete, ma spesso trascurata. Per enti finanziari e scientifici, la precisione del tempo deve essere estrema, misurata in miliardesimi o trilionesimi di secondo, ma le aziende stanno richiedendo precisione nel sub-millisecondo.
Sincronizzare i computer ai server NTP pubblici come il NIST non funziona a causa della latenza. La velocità della luce è elevata ma, con apparecchiature di rete, il ritardo aumenta. In reti non sincronizzate, risolvere l'ordine di esecuzione delle transazioni diventa problematico.
L'NTP (Network Time Protocol) è un protocollo diffuso per la sincronizzazione temporale. Ha una gerarchia di strati e ogni strato aggiunto riduce la precisione. Utilizza timestamp a 64 bit ma si prevede l'aggiornamento a 128 bit.
Il PTP (Precision Time Protocol) punta a una precisione di nanosecondi o picosecondi, utilizzando timestamp hardware. Questo protocollo è più preciso dell'NTP, che usa timestamp software. La scelta tra NTP e PTP dipende dalle esigenze di sincronizzazione specifiche.
È importante considerare un server di tempo dedicato per la sicurezza e la precisione. Anche in caso di disconnessione dal server di riferimento, un server NTP o PTP può mantenere una sincronizzazione accurata. Questo è essenziale per reti affidabili.
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