что такое sntp в модеме
Сервер точного времени на маршрутизаторе.
В вашей локальной сети появилась потребность в использовании внутреннего сервера точного времени (NTP-сервера)? В данной короткой заметке я расскажу, как организовать NTP-сервер на базе современного маршрутизатора D-Link.
Функционал современного маршрутизатора изобилует разными полезными возможностями, используя которые можно легко и быстро решать некоторые IT-задачи.
Так в актуальных моделях маршрутизаторов D-Link с русифицированными прошивками начиная с версий 3.0.0 можно найти переключатель активации функции «Запустить в качестве сервера для локальной сети», который обычно располагается на странице «Системное время» раздела «Система» левого меню.
После активации этой функции в качестве сервера времени в локальной сети будет работать ваш маршрутизатор. При этом его локальный IP-адрес (обычно 192.168.0.1) можно указывать в качестве NTP-сервера в настройках сетевых устройств, таких как компьютеры, IP-камеры, видеорегистраторы, принтеры и др.
Для того, чтобы у самого маршрутизатора была информация о точном текущем времени, необходимо корректно настроить и другие его параметры на той же странице. В частности должна быть активна сама функция NTP («Включить NTP»), должен быть указан желаемый работающий сервер времени для синхронизации, и должен быть правильно выбран свой часовой пояс.
О точном времени
К сервису синхронизации времени по протоколу NTP все уже привыкли — оно включено по умолчанию или легко включается для большинства популярных операционных систем. Однако какая точность при этом достигается? Какие бывают сервера точного времени, и с какими можно работать простым смертным? Какие есть подводные камни, и как выбрать «правильные» сервера времени?
Типы серверов
Сервера бывают Stratum 1 и 2, 3(выше редко).
«Простым» смертным обращаться к Stratum-1 серверам строго запрещено, т.к. нагрузка на них и так очень большая (а на многие Stratum-1 сервера вообще нет публичного доступа). Считается что вы можете подключаться к Stratum-1 серверам или просить доступ к ним, если вы держите NTP сервер, обслуживающий не менее 100 клиентов. Полный список серверов можно увидеть тут: support.ntp.org/bin/view/Servers/StratumOneTimeServers. Естественно, желательно подключатся к серверам в своей стране.
Stratum 2 — получают точное время от Stratum-1 серверов. При правильной настройке и выборе серверов-источников точного времени имеют погрешность менее 1мс. Подключатся обычно можно всем, но многие сервера регулярно умирают от нагрузки (например time.windows.com). www.pool.ntp.org поддерживает round-robin списки публичных Stratum-2 NTP серверов. Таким образом обеспечивается балансировка нагрузки, и они практически всегда доступны. Подключиться к этим серверам можно по адресам 0.ru.pool.ntp.org 1.ru.pool.ntp.org 2.ru.pool.ntp.org и 3.ru.pool.ntp.org (это для России, выбираются случайно из списка
Stratum 3 — получают время от Stratum-2 серверов, и т.д.
Практическая точность
Stratum-1
Это график разницы системного времени с временем полученным со Stratum-1 серверов (canonical.com — Stratum-2 сервер, для сравнения).
*.nist.gov — расположены в США, из-за «большого» пинга иногда случаются жуткие «выбросы». Ошибка с Российских Stratum-1 серверов обычно укладыватся в +- 1 мс.
Stratum-2
Это — разница с Stratum-2 серверами: 4 из Российского пулла, 1 из европейского, дефолтный сервер времени убунты (europium.canonical.com), и те же *.nist.gov:
Сразу бросаются в глаза сервера, имеющие постоянную ошибку до 20 мс.
Резюме
PS. Кстати, по умолчанию в Ubuntu синхронизация времени происходит один раз при загрузке системы. Если аптайм под полгода — время может сильно уехать. Устанавливаете ntpd — он корректирует время постоянно и «плавно» (без резких рывков, «размазывая» замедление/ускорение времени). В Windows синхронизация происходит раз в сутки неделю одним «скачком», что может вызвать сложности при обработке логов, если набежала большая разница.
Товарищи!
Даешь большое публичных NTP серверов в России! Особенно Stratum-1 (с ними вообще у нас напряженка, 2-3 штуки на весь exUSSR). Кстати, точное время можно брать и с Глонасс, кто возьмётся запустить первый Глонасс-powered сервер?
PPS. Не могу понять, в какой блог перенести, подскажите 🙂
Настройка параметров протокола, Sntp, Настройка параметров протокола sntp – Инструкция по эксплуатации Dell PowerConnect 6224
Страница 9: Глобальные параметры sntp
Individual Unit (Отдельный блок) или Entire Stack (Весь стек).
Apply Changes (Применить изменения).
После появления сообщение для подтверждения нажмите
Произойдет сброс параметров выбранного устройства
. После этого введите имя пользователя и пароль.
Настройка параметров протокола
Устройство поддерживает Простой протокол сетевого управления
(SNTP). Протокол SNTP гарантирует синхронизацию времени на таймере сетевого
устройства с точностью до миллисекунд
. Синхронизация выполняется сетевым сервером SNTP. Устройство работает только как клиент SNTP и не
предоставляет услуги установки времени для других систем
Уровень декомпозиции устанавливает файлы источника времени
. Стратумы устанавливают точность отправного значения времени. Чем выше уровень
(0 является максимальным значением), тем точнее время. Устройство получает значение времени со стратой 1 и выше, поскольку
, использующим время стратум 1.
Ниже приводится пример стратов
Stratum 0 — В качестве источника времени используется реальное время, например, глобальная система позиционирования (GPS).
Stratum 1 — В качестве источника времени используется время на сервере, связанного с источником времени Stratum 0. Серверы, использующие
Stratum 1, задают исходное стандартное время в сети.
Stratum 2 — Источник времени удален от сервера Stratum 1 в сети. Например, на сервер Stratum 2 поступает значение времени через протокол NTP
, полученная с серверов SNTP, оценивается по критерию уровня времени и типу сервера.
SNTP оцениваются и определяются по следующим уровням:
T1 — Время отправки клиентом первоначального запроса.
T2 — Время получения первоначального запроса на сервере.
T3 — Время отправки ответа с сервера на клиент.
T4 — Время получения ответа с сервера клиентом.
Устройство может выполнить запрос времени на серверах
Unicast и Broadcast.
Опрос с однонаправленной передачей используется для опроса севера
, IP-адрес которого известен. Запрос информации о синхронизации выполняется
SNTP, настроенных на устройстве. Параметры T1-T4 используются для определения серверного времени. Рекомендуется
использовать этот метод для синхронизации системного времени
, так как он является наиболее безопасным. Если выбран этот метод, информация
SNTP принимается только с серверов SNTP, заданных для устройства на странице SNTP Servers (Серверы SNTP).
Опрос с трансляцией используется для опроса севера
, IP-адрес которого неизвестен. Когда сообщение трансляции отправляется с сервера SNTP,
SNTP получает это сообщение. Если функция опроса с трансляцией включена, то принимаются все данные синхронизации, даже если запрос
на них не поступал с устройства
. Этот метод наименее безопасен.
Устройство получает данные синхронизации либо с помощью активного запроса информации
, либо через определенный интервал времени опроса.
Если включен запрос с однонаправленной и трансляционной передачами
, получение данных происходит в следующей последовательности:
Предпочтение отдается информации с серверов
, которые определены в устройстве. Если функция опроса с однонаправленной передачей
выключена или в устройстве не задан ни один сервер
, то устройство принимает ответ с любого реагирующего сервера SNTP.
Если реагируют несколько устройств с однонаправленной передачей
, предпочтение отдается информации, полученной с устройства с
Если серверы имеют одинаковое значение стратума
, информация принимается с первого ответившего сервера SNTP.
SNTP содержит ссылки на страницы, позволяющие настраивать параметры SNTP.
Чтобы отобразить страницу
SNTP нажмите System ® SNTP в панели дерева.
Используйте эту страницу для получения доступа к следующим функциям
Как сделать недорогую, но надежную систему единого времени на предприятии
Для чего нужно точное время?
Из функций, которые позволяет выполнять сервер времени, можно назвать корректное формирование хронологии событий в системах управления для ведения соответствующих логов, журналов, архивирования информации, построения трендов, графиков и пр.
В системах видеонаблюдения таймсервер обеспечивает привязку отснятых видеозаписей к астрономическому времени. Также устройство позволяет безошибочно сопоставлять информацию от разных информационных систем на предприятии. Например, это могут быть системы видеонаблюдения и системы безопасности, такие как СКУД, системы РЗА и независимые системы телемеханики и пр.
Ряд протоколов информационного обмена используют метки времени напрямую в составе пакетов передаваемых данных. К таким протоколам можно отнести МЭК-101/104, применяемые в современных системах телемеханики.
Одним из важных требований, предъявляемых в ряде промышленных приложений, являются требования информационной безопасности, исключающие выход в Интернет для выполнения функции синхронизации времени.
В силу своей простоты и ряда исторических причин для решения задачи синхронизации времени наибольшее распространение получил протокол NTP. В качестве NTP-клиентов на предприятии, помимо серверов, архивных и операторских станций систем управления, могут выступать контроллеры и HMI-панели, сетевое оборудование систем связи (управляемые коммутаторы, маршрутизаторы и пр).
Протокол NTP
Network time protocol (NTP) — это сетевой протокол для синхронизации часов в компьютерных системах по сетям передачи данных с коммутацией пакетов и переменной задержкой (латентностью). Высокая популярность протокола объясняется активным развитием систем на основе Ethernet. Одним из ключевых преимуществ протокола является возможность передачи меток времени непосредственно по сети передачи данных, что позволяет отказаться от отдельной шины точного времени, как например в системах 1PPS или IRIG–B. Протокол был разработан в 1985 году и является одним из старейших Интернет-протоколов, используемых в настоящее время.
NTP обеспечивает приемлемую точность синхронизации для большинства приложений. Протокол может поддерживать время с точностью до десятков миллисекунд в сети Интернет и до 0,2 мс в локальных сетях при идеальных условиях. Асимметричные маршруты передачи данных и перегрузка сети могут привести к ошибкам в 100 мс и более.
NTP синхронизирует устройства относительно всемирного координированного времени (UTC). При этом протокол учитывает появление високосной секунды в результате неравномерности вращения Земли, но никакой информации о местных часовых поясах или переходе на летнее время не передает.
Структура системы
NTP использует иерархическую систему источников точного времени. Каждый уровень иерархии называется Stratum (стратой, слоем) и ему присваивается номер, начинающийся с 0 для эталонных часов на вершине иерархии. Сервер времени на слое N синхронизируется от серверов на уровне N-1. Число N представляет собой расстояние от эталонных часов и используется для предотвращения цикличности в процессе синхронизации. Stratum не всегда является показателем качества или надежности. Например, можно найти источники времени на слое 3, которые имеют более высокое качество, чем источники времени на слое 2.
В качестве эталонных часов на Stratum 0 выступают системы спутниковой навигации (ГЛОНАСС, GPS и пр.), атомные часы или радиопередатчики. Раз в секунду они генерируют импульсный сигнал (1PPS), который вызывает прерывание и генерирует метку времени на подключенных устройствах. Устройства слоя 0 также известны как опорные часы. Серверы NTP не могут позиционировать себя в системе как Stratum 0. Если в пакете передачи данных в поле Stratum установлен 0, это указывает на неопределенный слой.
Логическая структура системы синхронизации на основе NTP
На этом слое находятся устройства, системное время которых синхронизировано с точностью до нескольких микросекунд от эталонных часов. Серверы времени на этом уровне могут работать в одноранговом режиме с другими серверами Stratum 1 для резервирования и проверки точности. Их также называют первичными серверами времени.
Это устройства, которые синхронизируются по сети от серверов уровня 1. Часто устройства уровня 2 опрашивают несколько серверов уровня 1. Компьютеры Stratum 2 также могут быть одноранговыми с другими компьютерами Stratum 2, чтобы обеспечить более стабильное и надежное время для всех устройств в группе одноранговых узлов.
Максимальное теоретическое число слоев равно 15; Stratum 16 используется для указания того, что устройство не синхронизировано. Механизмы протокола NTP на каждом устройстве системы взаимодействуют таким образом, чтобы построить кратчайший путь к серверам Stratum 1 для всех клиентов. Это позволяет минимизировать накопленную задержку в передаче данных и повысить точность синхронизации. В основе алгоритма построения связующего дерева с минимальной длиной пути лежит алгоритм Беллмана-Форда.
Метки времени
Последняя версия протокола NTPv4 вводит 128-битный формат представления времени: 64 бита для секунд и 64 бита для долей секунды, что дает временную шкалу более 584 млрд лет и разрешение в 0,05 аттосекунд. Дополнительно было введено 32-битное поле номера эры, которое устранило даже ставшей теоретической проблему окончания каждой эпохи.
Алгоритм синхронизации часов
Клиент NTP регулярно опрашивает один или несколько серверов. При этом он вычисляет смещение времени и круговую задержку. Смещение времени θ представляет собой разницу в абсолютном времени между часами сервера и клиента и определяется по формуле:
Круговая задержка δ определяется как время передачи сигнала по линиям связи от клиента к серверу и обратно. Это время, затраченное на отправку сигнала, плюс время, которое требуется для подтверждения, что сигнал был получен:
где t0 — метка времени клиента для передачи пакета запроса,
t1 — метка времени сервера приема пакета запроса,
t2 — метка времени сервера для передачи ответного пакета,
t3 — метка времени клиента приема ответного пакета.
Алгоритм расчета смещения времени и круговой задержки
Вычисляемые значения θ и δ пропускаются через фильтры и подвергаются статистическому анализу. Выбросы из общей выборки отбрасываются и оценка временного смещения производится на основе оставшихся значений. Зная величины смещения времени и круговую задержку клиент подстраивает собственное время, чтоб добиться θ равного нулю.
Точная синхронизация достигается, когда входящие и исходящие маршруты между клиентом и сервером симметричны, то есть имеют одинаковую задержку. Если маршруты несимметричны, то существует систематическое смещение в половину разницы между временем передачи пакета от клиента к серверу и обратно.
Механизмы передачи
В большинстве случаев протокол NTP использует классическую клиент-серверную модель работы, в которой клиент отправляет запрос и через некоторое время получает ответ от сервера. Однако протокол допускает работу и в одноранговых системах, где два одноранговых узла (peer) рассматривают друг друга как потенциальный источник времени. Этот режим работы также называют симметричным. Для сетевого взаимодействия NTP использует протокол UDP, по умолчанию работая на порту 123. Для передачи данных могут быть использованы различные механизмы – unicast, broadcast, multicast и manycast.
Протокол NTP для передачи данных чаще всего использует режим Unicast. В этом режиме данные передаются от одного устройства сети к другому индивидуально. В Unicast пакетах в качестве IP-адреса назначения используется конкретный адрес устройства, для которого этот пакет предназначен.
Этот режим удобен в тех случаях, когда малое количество NTP-серверов обслуживает большое количество клиентов. В этом режиме сервер периодически рассылает пакеты, используя широковещательный адрес подсети. Клиент, настроенный на синхронизацию таким способом, получает широковещательный пакет сервера и производит синхронизацию с ним.
Этот режим имеет ряд особенностей. Во-первых, режим Broadcast обеспечивает меньшую точность синхронизации по сравнению с Unicast. Во-вторых, широковещательные пакеты могут передаваться только в рамках одной подсети. Кроме того, для защиты от злоумышленников желательно использовать методы аутентификации.
Режим Multicast работает аналогично Broadcast. Разница заключается в том, что для доставки пакетов используется не широковещательный адрес подсети, а адрес Multicast-группы. Для клиентов и серверов задается групповой IP-адрес, который они используют для синхронизации времени. Это делает возможным синхронизацию групп машин, расположенных в различных подсетях, при условии, что соединяющие их маршрутизаторы поддерживают протокол IGMP и настроены на передачу группового трафика.
Этот режим является нововведением последней версии (v4) протокола NTP. Режим Manycast функционирует как режим Multicast только с неизвестными IP-адресами серверов NTP. Путем рассылки Multicast-сообщений клиент ищет в сети Manycast-сервера, получает от каждого из них образцы времени и производит выбор трех «лучших», с которыми будет производить синхронизацию. В случае выхода из строя одного из серверов клиент автоматически обновляет свой список.
Для передачи образцов времени клиенты и серверы, работающие в Manycast-режиме, также используют адреса Multicast-групп. Клиенты и серверы, использующие один и тот же адрес, формируют одну ассоциацию. Количество ассоциаций определяется количеством используемых Multicast-адресов.
Версии протокола
С момента своего появления в 1985 года протокол начал активно развиваться и уже к 1992 году сменил четыре версии (от NTPv0 до NTPv3). Каждая новая версия добавляла функционал и оптимизировала его работу, но оставляла неизменным формат данных и сохраняла совместимость различных версий между собой. Последняя четвертая версия протокола датирована 2010 годом. NTP продолжает развитие и в наши дни, ведутся работы по созданию решения, технически схожего с более точным протоколом PTP (Precision Time Protocol).
Одновременно с NTPv3 в 1992 году была представлена более простая версия протокола – SNTP (Simple NTP). В протоколе SNTP используется одинаковый с протоколом NTP формат передачи и представления данных. При этом SNTP не касается алгоритмов работы сервера, а упрощает алгоритмы работы клиентов. Именно поэтому протокол чаще всего используется во встраиваемых системах и устройствах, не требующих высокой точности.
Разница между NTP и SNTP заключается в методах определения оптимальных серверов для синхронизации и методе коррекции времени. Так NTP позволяет клиенту использовать математический алгоритм пересечений (переработанную версию алгоритма Марзулло) для выбора нескольких лучших серверов в сети и плавно корректировать свое время. В SNTP для синхронизации используется один предопределенный NTP сервер, в то время как другие могут являться лишь резервными на случай потери связи с основным устройством. При этом клиент, использующий SNTP, способен корректировать время только скачком по факту получения ответа от сервера.
Типовая схема системы синхронизации и ее недостатки
Традиционно система точного времени на промышленных объектах строится на основе NTP-сервера, состоящего из головного устройства, монтируемого в одном шкафу с сетевым оборудованием, и выносной антенны, которая устанавливается на улице и подключается к серверу при помощи коаксиального кабеля. При этом на головном устройстве имеется несколько сетевых интерфейсов (Ethernet или RS-232/485) для подключения клиентов в одной или нескольких сетях.
Типовая схема системы точного времени
Если посмотреть на это решение более внимательно, то в нем можно выделить несколько недостатков. Во-первых, в такой системе отсутствует полноценное резервирование. Несмотря на то, что головное устройство обладает несколькими сетевыми интерфейсами и способно обеспечивать точное время в нескольких сетях, его сбой или выход из строя приведет к потере источника точного времени на всем объекте. Полное же резервирование головного устройства в подобном решении сделает без того дорогую систему синхронизации еще дороже.
Вторым недостатком можно назвать необходимость установки сервера времени в шкафу. Для больших проектов это не является минусом, но для небольших локальных систем управления это может стать серьезной проблемой.
Также к недостаткам можно отнести необходимость применения выносной антенны и коаксиального кабеля. Почему? Прежде всего, стоимость качественной GPS/ГЛОНАСС антенны с длинным кабелем и защитой от грызунов легко может перевалить за 10 000 руб. в ценах 2020 года. При этом коаксиальные кабели имеют ограниченную длину для передачи сигналов спутниковых систем. При длине более 50 м сигнал будет значительно затухать, что является серьезным ограничивающим фактором в больших зданиях.
Главным же недостатком традиционного подхода в создании систем синхронизации является его высокая стоимость (часто более 150 000 рублей), что существенно сказывается на смете не только небольших проектов, но и вполне крупных.
Как сделать систему дешевле и надежнее
Безусловным трендом современных технологий является создание более компактных и простых для пользователя электронных устройств. В этом плане сервера точного времени не являются исключением.
Всё решение, связанное с системой синхронизации, включая GPS/ГЛОНАСС антенну, может уместиться в небольшую коробочку, как это сделано в
FL TIMESERVER от Phoenix Contact. Устройство выполнено по принципу smart-антенны, то есть совмещает в себе непосредственно функционал сервера времени и антенну GPS/ГЛОНАСС приемника. Конструктивное исполнение – это единственное, что отличает его от привычных решений.
Сервер времени FL TIMESERVER NTP
В плане функционала никаких отличий нет: устройство способно принимать метки времени и данные геолокации от спутниковых систем навигации (ГЛОНАСС, GPS) и транслировать эту информацию для клиентов в сети Ethernet.
Система точного времени на основе решения Phoenix Contact
При использовании подобного решения система синхронизации значительно упрощается и позволяет избавиться от недостатков традиционного подхода. FL TIMESERVER имеет только один порт Ethernet, но при необходимости использовать несколько интерфейсов достаточно подключить его в коммутатор или же использовать несколько smart-антенн. В этом случае мы получим полноценное резервирование серверов времени, а не только его сетевого интерфейса. При этом конечное решение все равно окажется дешевле многих существующих аналогов. FL TIMESERVER можно вынести за пределы сетевого шкафа или шкафа автоматизации, сэкономив место внутри. В этом решении не требуется отдельная антенна, здесь она уже встроена и к сети предприятия мы можем подключаться обычным Ethernet кабелем. В свою очередь это позволяет вынести сервер времени на расстояние до 100 м от основного оборудования без опасения, что сигнал затухнет. Самым главным преимуществом подобного решения является совсем другой порядок цен. Стоимость одного сервера времени менее 300 евро, что делает его удобным в применении как в небольших, так и в крупных проектах.