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NTP-Protokoll

Mit dem Network-Time-Protocol (NTP Port 123 UDP) können Rechner in Netzwerken zeitlich synchronisiert werden. Hierbei kann eine Genauigkeit bis in den Bereich von einigen Millisekunden erreicht werden. Da die Paketlaufzeiten über das Internet viel zu lange sein können und in keinem Falle konstant sind, würde die Synchronisierung viel zu große Fehler ergeben. Das NTP-Protokoll bietet daher nicht nur die Möglichkeit an, einfach die Zeit zu holen, sondern auch die Zeitspanne (Delay) zu messen, die ein NTP-Paket im Internet unterwegs ist.

Die Zeitsynchronisierung zwischen NTP-Client und NTP-Server läuft folgendermaßen ab:

1. Der NTP-Client schickt eine NTP-Message an den NTP-Server und misst gleichzeitig die aktuelle Systemzeit (T1)
2. Der NTP-Server schickt die Message mit zwei Zeitstempeln zurück (T2 = NTP-Message erhalten und T4 = NTP-Message abgeschickt)
3. Der NTP-Client erhält die NTP-Message und misst nochmals die aktuelle Systemzeit (T3)

Aus diesen vier Zeitstempeln bestimmt nun der NTP-Client die Differenz die auch als Offset bezeichnet wird und das Delay das die Laufzeit zwischen NTP-Client und dem NTP-Server angibt.

 

NTP-Server - Stratum

Ein NTP-Server ist mit einer speziellen Hardwareuhr ausgerüstet. Diese Hardwareuhr wird über Zeitzeichensignal von einer externen Atomuhr gesteuert. In Deutschland übernimmt diese Funktion die Physikalisch-technische Bundesanstalt Braunschweig mit dem DCF77-Zeitsignal. Weitere exelende Zeitquellen sind GPS-Satelliten-Signale. NTP-Server, die direkt mit einer solchen Zeitquellen versehen sind, bezeichnet man auch als Stratum-1-Server. Hierbei seht 1 für den Abstand zu einer präzisen Zeitquelle. Aus Performance-Gründen kann sich nicht jeder Rechner mit einem Stratum-1-Server synchronisieren. Daher wird die präzise Zeit auf weitere NTP-Server verteilt. Diese NTP-Server bezeichnet man als Stratum-2-Server. Das heißt, je höher das Stratum, desto weiter liegt der NTP-Server von präzisen Zeitquelle entfernt und desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass es sich um einen ungenauen NTP-Server handelt.

Atomuhr

Der Zeittakt wird heute anhand eines Cäsium-Atoms definiert. Dieser Zeittakt besitzt nur eine Ungenauigkeit von weniger als 5 x 10-¹² Sekunden. Das Cäsiumatom kommt wie alle Atome in zwei Energiezuständen (+bzw.-) vor. Der ständige Wechsel des Energiezustandes kann durch elektronische Strahlung mit einer charakteristischen Frequenz erzwungen werden. Dieser Wechsel des Energiezustandes liegt bei einem Wert von 9.192.631.770 Hz. Das bedeutet, innerhalb einer Sekunde wechselt das Cäsiumatom seinen Energiezustand 9.192.631.770 mal. Diese Schwingdauer ist zeitlich konstanter als alle anderen Methoden zur Messung der Zeit.