Сетевой протокол времени NTP

Работа первичных часов (primary-clock procedure)

Когда ЭВМ связана с первичным эталоном времени, таким, как радио-часы, удобно ввести информацию об этих часах в базу данных, как если бы это был обычный партнер. В процедуре первичных часов часы запрашиваются раз в минуту или около того, полученный же временной код используется для корректировки показаний местных часов. Когда обнуляется peer.timer для первичного партнера, процедура передачи не вызывается, а посылается запрос радио-часам с использованием ASCII-последовательности, предусмотренной для этого случая. Когда получен корректный временной код от радио-часов, он преобразуется в формат временной метки NTP и корректируются соответствующие переменные партнера. Величина peer.leap устанавливается в зависимости от состояния бита оповещения временного кода, если таковой имеется, или вручную оператором. Значение для peer.peeraddr, которое становится равно sys.refid, когда вызывается процедура корректировки показаний часов, делается равным ASCII-строке, описывающей часы.

Процедуры инициализации

Процедура инициализации вызывается при перезагрузке системы или при повторном запуске демона NTP. Состояние локальных часов при загрузке предполагается неопределенным; однако, некоторые виды оборудования обеспечивают доступ к локальным часам, как в ходе загрузки, так и сразу после нее. Переменная точности определяется внутренней архитектурой оборудования локальных часов.

Процедура initialization-instantiation

Эта процедура является аппаратно-зависимой и служит, среди прочего, для формирования ассоциации. Адреса и режимы работы партнеров определяются в процессе чтения при перезагрузке или в результате обработки команд оператора. В случае привлечения механизма аутентификации только аутентифицированный партнер может стать источником синхронизации.

Процедура receive-instantiation

Процедура receive-instantiation вызывается процедурой приема, когда обнаруживается новый партнер. Она инициализирует переменные партнера и формирует ассоциацию. Если сообщение получено от партнера, работающего в режиме клиента (3), ЭВМ переводится в режим сервера (4); в противном случае, она устанавливается в симметрично пассивный режим (2).

Процедура primary clock-instantiation

Эта процедура вызывается из процедуры инициализации для того, чтобы установить переменные состояния для первичных часов. Значение peer.precision определяется из спецификации радио-часов и аппаратного интерфейса. Значение peer.rootdispersion номинально равно удесятеренной максимальной ошибке радио-часов, например, 10 мсек для WWVB или радио-часов GOES и 100 мсек для менее точных радио-часов WWV.

В некоторых конфигурациях, включающих в себя атомные часы или приемники LORAN-C, первичный эталон может выдавать только секундные импульсы и не предоставлять полного временного кода (числа секунд и пр.). В этих конфигурациях нумерация секунд может быть получена из других источников, таких, как радио-часы или даже другие NTP -партнеры. Здесь переменные первичных часов должны отражать особенности первичного эталона, а не источника нумерации секунд. Однако если источник нумерации секунд отказал или работает некорректно, актуализация локальных часов от первичного эталона должна быть заблокирована.

Процедура очистки

Процедура очистки вызывается, когда произошло событие, которое значительно изменило достижимость или вызвало поломку локальных часов.

Процедура запроса-коррекции (poll-update)

Процедура запроса-коррекции реализуется, когда происходит событие, которое может вызвать изменение периода запросов (рассылки) или таймера партнера. Она проверяет значения периода запросов ЭВМ ( peer. hostpoll ) и партнера ( peer.peerpoll ), а также устанавливает их в заданных пределах.

Если интервал запросов не изменился, а таймер партнера на нуле, то таймер просто сбрасывается в начальное состояние. Если интервал запросов изменен и новое значение таймера больше текущего значения, никаких дополнительных действий не требуется; в противном случае величина выдержки таймера партнера должна быть уменьшена. Когда время выдержки таймера партнера уменьшается, важно исключить тенденцию синхронизации обмена между партнерами. Благоразумной предосторожностью является рэндомизация первой передачи после уменьшения выдержки таймера.

Процедура расстояния синхронизации (synchronization distance)

Процедура расстояния вычисляет расстояние синхронизации на основе переменных партнеров.

Заметим, что, в то время как может быть в некоторых случаях отрицательной, и всегда положительны.

Замечания о контроле доступа

Конструкция NTP устроена так, что случайная или намеренная модификация данных временного сервера не должна привести к серьезным ошибкам синхронизации. Однако успех этого подхода зависит от дополнительных временных серверов и альтернативных сетевых маршрутов, а также от предположения, что искажения не охватывают большинство временных серверов одновременно. В принципе уязвимость субсети может быть улучшена разумным выбором временных серверов. Механизм аутентификации также позволяет повысить надежность синхронизации. Следует, правда, принимать во внимание, что шифрование/дешифрование данных заметно ухудшает точность синхронизации.

Если требуется более надежная модель, система может базироваться на списке доступа, в который включаются 32-битовый IP-адрес, 32-битовая маска и 3-битовый код режима работы. Если логическое И адреса эталона ( pkt.peeraddr ) и маски на входе ЭВМ соответствуют определенному адресу и режиму ( pkt.mode ), доступ разрешается, в противном случае отправителю запроса присылается ICMP-сообщение об ошибке. Список управления доступом служит фильтром, определяющим, какой из партнеров может сформировать ассоциацию.

Алгоритмы фильтрации и селекции

Наиболее важным фактором, влияющим на точность и надежность синхронизации, является набор алгоритмов, используемых для уменьшения статистических ошибок и искажений при сбоях в различных компонентах субсети. Алгоритмы, описанные в этой статье, не являются частью стандарта NTP, по этой причине допускается применение любых других алгоритмов.

Чтобы NTP алгоритмы фильтрации и отбора работали эффективно, полезно иметь меру вариации для каждого из партнеров. Принятая мера вариации базируется на разностях первого порядка, которые легко вычислить. Существует две меры, одна — называемая дисперсией фильтра , и другая — дисперсия выбора (select dispersion) . Обе меры вычисляются как взвешенные суммы смещений из списка, сформированного на основе расстояний синхронизации. Если — смещение i-ой записи, тогда разность i-ой записи по отношению к j-ой записи определяется как . Дисперсия относительно j-ой записи определяется как:

где w — весовой коэффициент, который служит для учета влияния расстояния синхронизации на дисперсию. В алгоритмах NTP w выбирается меньше 1/2: w = ntp.filter для дисперсии фильтра (filter dispersion) и w = NTP.SELECT для дисперсии выбора (select dispersion). Дисперсия и определены относительно 0-ой записи .

Существует две процедуры, описанные ниже: процедура "часовой-фильтр" (clock-filter), которая применяется для выбора лучших записей смещения для данных часов, и процедура "выбора часов" (clock-selection), которая применяется, чтобы выбрать наилучшие часы среди иерархического набора часов.

Процедура часовой фильтр (clock-filter)

Процедура часовой фильтр исполняется по прибытии сообщения NTP или другого события, в результате которого получены новые данные. Она использует аргументы ( ), где — результат измерения смещения часов, содержащийся в записи, а и соответственно — RTT и дисперсия. Процедура определяет значение отфильтрованного смещения часов ( filtered clock offset — peer.offset ), RTT ( peer.delay ) и дисперсии ( peer.dispersion ). Она также корректирует дисперсию хранящихся записей и текущее показание часов ( peer.update ).

Процедура часового фильтра применяет сдвиговый регистр (peer.filter), который состоит из NTP.SHIFT каскадов, каждый каскад содержит значения , которые пронумерованы, начиная с нуля, слева направо. Фильтр инициализируется процедурой очистки при этом заносятся значения [0, 0, NTP.MAXDISPERSE] во всех каскадах. Новые данные записей вдвигаются в фильтр с левого конца. Пакетная процедура выдает записи в формате ( ), когда приходят новые корректирующие данные, в то время как процедура передачи выдает записи в форме [0, 0, NTP. MAXDISPERSE], когда истекает два периода запроса без поступления свежих данных. Когда одни и те же символы ( ) используются для аргументов, содержимого часового фильтра и переменных партнера, их значение обычно понятно из контекста.

Дисперсия для всех корректных записей в регистре фильтра должна корректироваться, с тем, чтобы отражать накопление смещения со времени последней коррекции. Эти записи заносятся также во временный список, следуя стандартному формату записей [расстояние, индекс]. Записи в регистре сдвигаются вправо, новые записи вводятся слева, а самая правая запись теряется. Временный список сортируется по значению расстояния. Если в списке не остается записей, процедура прерывается без корректировки переменных партнера.

Смещение партнера , задержка и дисперсия выбираются как величины, соответствующие записи с минимальным расстоянием; другими словами, записи, соответствующей первому элементу временного списка (в данной нотации имеет индекс 0).

Переменные peer.offset и peer.delay представляют смещение шкалы часов и RTT для локальных часов, измеренные относительно часов партнера. Обе они усредняются по большому числу измерений в течение длительного периода времени. Переменная peer.dispersion характеризует максимальную ошибку из-за неточности измерений, дрейфа и вариации записей. Все три переменные используются при выборе часов для синхронизации.