le Protocole de temps réseau (NTP)

Illustration conceptuelle du Network Time Protocol (NTP)

NTP fournit une synchronisation temporelle sur un réseau basé sur des paquets. Il est très important de comprendre que le protocole à sélectionner dépend de l'application. En plus de ce protocole, il existe également le Precision Time Protocol (PTP).

Cet article explique le principe fonctionnel du protocole NTP, des exemples et des faits saillants. La description donnée ici vous permet d'en comprendre les avantages et vous aide à choisir la solution adaptée à vos besoins.

LIENS RAPIDES

Tour d'Horizon

NTP (Network Time Protocol) est un progiciel du domaine public qui implémente le protocole réseau TCP/IP du même nom. Initié dans les années 1980 par Dave L. Mills, NTP visait à obtenir une synchronisation temporelle très précise pour les ordinateurs sur les réseaux. Ce protocole, ainsi que ses algorithmes, ont été détaillés dans plusieurs RFC et ont fait l'objet d'une optimisation continue. Aujourd'hui, il est utilisé dans le monde entier, offrant une précision temporelle allant jusqu'au nanomètre.ecosd. Cependant, la précision maximale obtenue dépend également des performances du système d’exploitation et du réseau.

Il existe actuellement deux versions utilisées, qui peuvent être mélangées : la v3, la dernière version stable compatible avec de nombreux systèmes d'exploitation, et la v4, qui offre des améliorations et un meilleur support pour certains systèmes. De plus, une version de protocole simplifiée, SNTP (Simple Network Time Protocol), existe. SNTP utilise la même structure de paquets TCP/IP mais offre beaucoup moins de précision en raison d'algorithmes plus simples. Le logiciel comprend un service d'arrière-plan qui synchronise l'heure système d'un ordinateur avec des sources de référence externes, telles que d'autres périphériques réseau ou une horloge radio connectée.

La suite NTP propose également des outils pour contrôler et surveiller l'état de synchronisation de l'heure, ainsi qu'une documentation HTML complète.

2. Norme mondiale Network Time Protocol (RFC 1305, 5905)

NTP est un ancien protocole Internet encore largement utilisé pour distribuer le temps. Il fournit un moyen simple de synchroniser tous les appareils sur un réseau régulier et même sur Internet public. Pour garantir une heure fiable sur un réseau local, la meilleure solution consiste à placer un serveur NTP connecté à une antenne GNSS dans le réseau. Alors que du temps est nécessaire pour les horloges, les systèmes de contrôle d'accès et autres systèmes similaires, la précision est suffisante. L’avantage est sa robustesse et sa capacité à fonctionner sur du matériel informatique standard.

Il utilise le protocole de datagramme utilisateur UDP pour transmettre les demandes et les réponses. NTP prend en charge trois modes différents.

2.1 Principe de synchronisation – NTP Unicast

Pour synchroniser son horloge avec un serveur distant, le client doit calculer le temps de retard aller-retour et le décalage. Le délai aller-retour est calculé comme

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l'heure
t0 est l'horodatage du client de la transmission du paquet de requête,
t1 est l'horodatage du serveur de la réception du paquet de requête,
t2 est l'horodatage du serveur pour la transmission du paquet de réponse et t3 est l'horodatage du client de la réception du paquet de réponse.

Donc
t3 −t0 est le temps écoulé côté client entre l'émission du paquet de requête et la réception du paquet de réponse et t2 −t1 est le temps que le serveur a attendu avant d'envoyer la réponse. Le décalage θ est donné par

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La synchronisation est correcte lorsque les signaux entrants et sortants routes entre le client et le serveur ont un délai nominal symétrique.

2.1.1 DHCP ou attribuer manuellement des adresses IP

Le protocole DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) permet d'attribuer la configuration réseau aux clients par un serveur.

Réseau avec serveur DHCP :
Si un serveur DHCP est disponible dans un réseau avec Unicast, les appareils finaux tels que les horloges peuvent simplement être connectés à un commutateur/routeur et les paramètres réseau et la ou les adresses du serveur sont attribués automatiquement.

Réseau sans serveur DHCP :
Si aucun serveur DHCP n'est disponible, un logiciel de gestion tel que MOBA-NMS (Network Management System) est requis. Ce logiciel peut être utilisé pour configurer manuellement les appareils finaux.

2.2 Principe de synchronisation – NTP Multicast

La multidiffusion est un type de diffusion, mais uniquement pour un groupe défini d'appareils finaux. Les appareils finaux enregistrent leur appartenance à un groupe avec une adresse IP factice via IGMP (Internet Group Management Protocol) sur le commutateur ou le routeur. Le commutateur/routeur enregistre sur quel port il doit envoyer quels paquets multicast. Ce type de synchronisation temporelle n'impose qu'une charge minime sur le réseau, car la communication s'effectue uniquement dans un sens et uniquement vers les participants du même groupe multicast.

Définitions de multidiffusion:
– Les clients rejoignent un groupe et « écoutent » l’adresse du groupe
– Les clients n'ont pas besoin d'adresse IP
– Les clients n'ont pas besoin d'adresse IP.
– Le serveur envoie des données à l'adresse du groupe
– Communication unidirectionnelle
– L'adresse de groupe est une adresse IP comprise entre 224.0.0.0 et 239.255.255.255.

2.3 Synchronisation de diffusion

La synchronisation via la diffusion n'est pas importante en pratique, car la plupart des réseaux ne permettent pas la communication par diffusion. Les communications de diffusion peuvent imposer une charge assez lourde aux réseaux, car les paquets sont envoyés à tous les clients. Dans de nombreux cas, cela n’est pas souhaitable.

Définitions pour la diffusion :
– Les messages sont envoyés à tous les clients du même réseau
– Adresse IP réservée : 255.255.255.255
– Les clients sont inconnus du serveur
– Communication unidirectionnelle

2.4 Comparaison entre Unicast et Multicast

Multicast

  1. L'horloge mère envoie périodiquement des informations d'heure et éventuellement de fuseau horaire sur une adresse de groupe configurée. Toutes les horloges esclaves configurées sur la même adresse de groupe reçoivent les informations et affichent l'heure correspondante.
  2. Aucune administration/attribution d’adresses IP nécessaire.
  3. Aucune autre configuration nécessaire. Les horloges esclaves peuvent être identifiées grâce à leur adresse MAC unique (empreinte sur l'étiquette MAC).
  4. Pratiquement aucune charge réseau (1 paquet atteint tout le groupe). Communication unidirectionnelle.
  5. Les délais réseau influencent la précision des horloges esclaves (changeover WLAN/LAN : 100 ms possible)
  6. Les paquets adressés en multidiffusion peuvent être envoyés via les limites du réseau (routeur) à l'aide d'IGMP. Il est possible qu'une horloge maître par sous-réseau soit nécessaire si le routeur ne prend pas en charge la multidiffusion.

Unicast

  1. Chaque horloge esclave demande périodiquement des informations sur l'heure et éventuellement sur le fuseau horaire à l'horloge maître.
  2. Chaque horloge esclave possède sa propre adresse IP qui doit être attribuée soit via un serveur DHCP, soit par l'administrateur réseau.
  3. Les horloges esclaves peuvent être identifiées grâce à leur adresse IP unique ou à leur adresse MAC unique (empreinte sur l'étiquette MAC). Ping ICMP vers l'adresse IP possible.
  4. Charge réseau nettement plus élevée en raison du « polling » des informations par les clients. Communication bidirectionnelle.
  5. Compensation du temps d'exécution possible. Ainsi les délais du réseau n'ont plus aucune influence sur la précision, tant que les délais sont symétriques.
  6. Les paquets adressés en monodiffusion sont envoyés via les limites du réseau (routeur).

3. Définition de la strate dans la synchronisation de l'heure NTP

NTP utilise un système hiérarchique de niveaux de sources d'horloge. Chaque niveau de cette hiérarchie est appelé une strate et se voit attribuer un numéro de couche commençant par zéro en haut. Le niveau strate définit sa distance par rapport à l'horloge de référence. Il est important de noter que la strate n'est pas une indication de qualité ou de fiabilité. Cette définition de strate est également différente de la notion de strates d'horloge utilisé en télecosystèmes de communication.

Les flèches jaunes indiquent une connexion directe ; les flèches rouges indiquent une connexion réseau.

Les horloges GNSS sont généralement considérées comme des horloges de strate 0. Cela signifie qu'un serveur NTP, synchronisé par un récepteur de signal horaire GNSS, représente une horloge de strate 1.

➡️ Vous pouvez en savoir plus sur le GNSS dans cet article

4. Applications de synchronisation de l'heure via le réseau

4.1 Chemins de fer, réseaux informatiques, hôpitaux

Serveur de temps principal en version redondante (en option), synchronisé par GPS. Des serveurs d'heure locaux sont utilisés dans les différentes stations (emplacements). Le LAN les horloges sont normalement synchronisées par les serveurs de temps locaux. En cas de panne, ils peuvent également être synchronisés directement par le serveur horaire principal.

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4.2 Industries et universités

Le serveur horaire principal, synchronisé par GPS, synchronise l'ensemble du réseau. Des serveurs d'heure locaux sont utilisés dans les différentes stations (emplacements). Les horloges locales à réglage automatique sont généralement synchronisées avec Ligne MOBA via une ligne à 2 fils.

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5. Comment MOBATIME peut-il vous aider ?

MOBATIME fournit NTP et de PTP produits, qui offrent des interfaces très précises telles que PRC, PTP IEEE1588 V2, NTP, etc. avec un avantage de précision en termes d'exactitude ainsi que de traçabilité. Grandmasters et Time Server sont équipés d'oscillateurs à quartz ou atomiques pour fournir des solutions de temps, d'impulsion, de phase et de fréquence prenant en charge la synchronisation à l'aide du système mondial de navigation par satellite pour un réseau d'infrastructure de moyenne ou grande taille.

Serveurs de temps NTP synchronisez vos réseaux avec une haute précision et fiabilité. Tous les systèmes du réseau informatique disposent de l'heure exacte grâce à la synchronisation via le Network Time Protocol. Les événements peuvent ainsi être classés chronologiquement grâce à des horodatages précis.

-  Temps de haute précision pour tous les environnements réseau
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6. FAQ sur NTP

In mode multidiffusion, le nombre de clients est pratiquement illimité, car les paquets horaires NTP sont envoyés simultanément à tous les clients. Les serveurs NTP modernes peuvent traiter plusieurs centaines de requêtes par secondeecoet sans perte de précision, ce qui est dans la plupart des cas suffisant pour servir des centaines de clients. Si les intervalles de temps sont définis différemment pour les clients, un millier de clients ou plus peuvent facilement être connectés.