Protocolo de tiempo de red (NTP)
NTP proporciona sincronización horaria a través de una red basada en paquetes. Es muy importante comprender que depende de la aplicación de que se trate el protocolo que debe seleccionarse. Además de este protocolo, también existe el Protocolo de Tiempo de Precisión (PTP).
Este artículo explica el principio funcional del protocolo NTP, ejemplos y aspectos destacados. La descripción que aquí se ofrece le permitirá comprender sus ventajas y le ayudará a elegir la solución adecuada a sus necesidades.
Enlaces rápidos
1. Visión general
2. NTP - Protocolo de Tiempo de Red Estándar global (RFC 1305, 5905)
2.1 Principio de sincronización - NTP Unicast
2.1.1
2.3 Sincronización Broadcast
2.4 Comparación entre Unicast y Multicast
3. Sincronización NTP Unicast y Multicast 3. Definición de estrato en la sincronización horaria NTP
4. Aplicaciones de la sincronización horaria a través de la red Aplicaciones para la sincronización horaria a través de la red
4.1 Ejemplo en ferrocarriles, redes informáticas, hospitales
4.2 Ejemplo en industrias, universidades, hospitales
5. Sincronización horaria a través de la red ¿Cómo puede apoyar MOBATIME?
6. Preguntas frecuentes sobre NTP
Visión general
NTP (Network Time Protocol) es un paquete de software de dominio público que implementa el protocolo de red TCP/IP del mismo nombre. Iniciado en la década de 1980 por Dave L. Millsel objetivo de NTP era lograr una sincronización horaria de gran precisión para los ordenadores a través de las redes. Este protocolo, junto con sus algoritmos, se ha detallado en múltiples RFC y ha sido objeto de continuas optimizaciones. En la actualidad, se utiliza en todo el mundo y ofrece una precisión horaria de hasta nanosegundos. Sin embargo, la precisión máxima alcanzada también depende del sistema operativo y del rendimiento de la red.
Actualmente se utilizan dos versiones, que pueden mezclarse: la v3, la última versión estable compatible con muchos sistemas operativos, y la v4, que ofrece mejoras y una mayor compatibilidad con algunos sistemas. Además, existe una versión simplificada del protocolo SNTP (Protocolo simple de tiempo de red), existe. SNTP utiliza la misma estructura de paquetes TCP/IP pero ofrece una precisión significativamente menor gracias a algoritmos más sencillos. El software incluye un servicio en segundo plano que sincroniza la hora del sistema de un ordenador con fuentes de referencia externas, como otros dispositivos de red o un radio reloj conectado.
El paquete NTP también incluye herramientas para controlar y supervisar el estado de la sincronización horaria, junto con una completa documentación HTML.
2. Protocolo de tiempo de red Estándar global (RFC 1305, 5905)
NTP es un antiguo protocolo de Internet, que todavía se utiliza ampliamente para distribuir la hora. Proporciona una forma sencilla de sincronizar todos los dispositivos a través de una red normal e incluso a través de la Internet pública. Para garantizar una hora fiable en una red local, la mejor solución es colocar en la red un servidor NTP conectado a una antena GNSS. Considerando que la hora es necesaria para relojes, sistemas de control de acceso y otros sistemas similares, la precisión es suficiente. La ventaja es su robustez y su capacidad para funcionar con equipos informáticos estándar.
Utiliza el protocolo de datagramas de usuario UDP para transmitir las solicitudes y las respuestas. NTP admite tres modos diferentes.
2.1 Principio de sincronización - NTP Unicast
Para sincronizar su reloj con un servidor remoto, el cliente debe calcular el tiempo de retardo de ida y vuelta y el desfase. El retardo de ida y vuelta se calcula como
donde
t0 es la marca de tiempo del cliente de la transmisión del paquete de solicitud,
t1 es la marca de tiempo del servidor de la recepción del paquete de solicitud,
t2 es la marca de tiempo del servidor de la transmisión del paquete de respuesta y t3 es la marca de tiempo del cliente de la recepción del paquete de respuesta.
Por lo tanto
t3 - t0 es el tiempo transcurrido en el lado del cliente entre la emisión del paquete de solicitud y la recepción del paquete de respuesta y t2 - t1 es el tiempo que el servidor esperó antes de enviar la respuesta. El desfase θ viene dado por
La sincronización es correcta cuando tanto la ruta de entrada como la de salida entre el cliente y el servidor tienen un retardo nominal simétrico.
2.1.1 DHCP o asignación manual de direcciones IP
El protocolo de configuración dinámica de host (DHCP) permite que un servidor asigne la configuración de red a los clientes.
Red con servidor DHCP:
Si se dispone de un servidor DHCP en una red con unidifusión, los dispositivos finales, como los relojes, pueden conectarse simplemente a un conmutador/enrutador y los parámetros de red y la(s) dirección(es) del servidor se asignan automáticamente.
Red sin servidor DHCP:
Si no se dispone de servidor DHCP, se requiere un software de gestión como MOBA-NMS (Sistema de gestión de red). Este software puede utilizarse para configurar manualmente los dispositivos finales.
2.2 Principio de sincronización - Multidifusión NTP
La multidifusión es un tipo de difusión, pero sólo para un grupo definido de dispositivos finales. Los dispositivos finales registran su pertenencia al grupo con una dirección IP ficticia a través de IGMP (Protocolo de gestión de grupos de Internet) en el conmutador o enrutador. El conmutador / enrutador registra a qué puerto debe enviar qué paquetes multidifusión. Este tipo de sincronización sólo supone una carga mínima para la red, ya que la comunicación sólo tiene lugar en una dirección y únicamente a los participantes del mismo grupo multidifusión.
Definiciones de multidifusión:
- Los clientes se unen a un grupo y "escuchan" en la dirección del grupo
- Los clientes no necesitan una dirección IP
- Los clientes no necesitan una dirección IP.
- El servidor envía datos a la dirección del grupo
- Comunicación unidireccional
- La dirección del grupo es una dirección IP en el rango de 224.0.0.0 a 239.255.255.255
2.3 Sincronización de difusión
La sincronización mediante difusión no es importante en la práctica, ya que la mayoría de las redes no permiten la comunicación mediante difusión. La comunicación por difusión puede suponer una carga bastante pesada para las redes, ya que los paquetes se envían a todos los clientes. Esto no es deseable en muchos casos.
Definiciones de difusión:
- Los mensajes se envían a todos los clientes de la misma red
- Dirección IP reservada: 255.255.255.255
- Los clientes son desconocidos para el servidor
- Comunicación unidireccional
2.4 Comparación entre unidifusión y multidifusión
Multidifusión
- El reloj maestro envía periódicamente información sobre la hora y, opcionalmente, sobre la zona horaria a una dirección de grupo configurada. Todos los relojes esclavos configurados en la misma dirección de grupo reciben las informaciones y muestran la hora correspondiente.
- No es necesario administrar ni asignar direcciones IP.
- No es necesaria ninguna otra configuración. Los relojes esclavos pueden identificarse a través de su dirección MAC única (impresa en la etiqueta MAC).
- Carga de red prácticamente nula (1 paquete llega a todo el grupo). Comunicación unidireccional.
- Los retrasos de la red influyen en la precisión de los relojes esclavos (cambio WLAN / LAN: 100 ms posible)
- Los paquetes con dirección Multicast pueden enviarse a través de los límites de la red (router) utilizando IGMP. Posiblemente, se necesite un reloj maestro por subred si no hay soporte Multicast por parte del router.
Unicast
- Cada reloj esclavo solicita periódicamente al reloj maestro información sobre la hora y, opcionalmente, sobre la zona horaria.
- Cada reloj esclavo tiene una dirección IP propia que debe asignarse a través de un servidor DHCP o del administrador de la red.
- Los relojes esclavos pueden identificarse mediante su dirección IP única o la dirección MAC única (impresión en la etiqueta MAC). Posibilidad de ping ICMP a la dirección IP.
- Carga de red significativamente mayor debido al "sondeo" de la información por parte de los clientes. Comunicación bidireccional.
- Posibilidad de compensación en tiempo de ejecución. Así, los retardos de la red ya no influyen en la precisión, siempre que los retardos sean simétricos.
- Los paquetes con dirección unidifusión se envían a través de los límites de la red (enrutador).
3. Definición de estrato en la sincronización horaria NTP
NTP utiliza un sistema jerárquico de niveles de fuentes de reloj. Cada nivel de esta jerarquía se denomina estrato y se le asigna un número de estrato que empieza por cero en la parte superior. El nivel del estrato define su distancia con respecto al reloj de referencia. Es importante señalar que el estrato no es una indicación de calidad o fiabilidad. Esta definición de estrato también difiere de la noción de estrato de reloj utilizada en los sistemas de telecomunicaciones.
Las flechas amarillas indican una conexión directa; las rojas, una conexión de red.
Los relojes GNSS suelen considerarse como relojes de estrato 0. Eso significa que un servidor NTP, sincronizado por un receptor de señales horarias GNSS, representa un reloj de estrato 1.
➡️ Puede obtener más información sobre el GNSS en este artículo
4. Aplicaciones para la sincronización horaria a través de la red
4.1 Ferrocarriles, redes informáticas, hospitales
Servidor horario principal en diseño redundante (opcional), sincronizado por GPS. Se utilizan servidores horarios locales en las distintas estaciones (ubicaciones). La dirección LAN son sincronizados normalmente por los servidores horarios locales. En caso de fallo, también pueden ser sincronizados directamente por el servidor horario principal.
4.2 Industrias y universidades
El servidor horario principal, sincronizado por GPS, sincroniza toda la red. En las distintas estaciones (ubicaciones) se utilizan servidores horarios locales. Los relojes locales autoajustables suelen estar sincronizados con MOBALine a través de una línea de 2 hilos.
5. ¿Cómo puede apoyar MOBATIME?
MOBATIME proporcionar NTP y PTP que ofrece interfaces de alta precisión como PRC, PTP IEEE1588 V2, NTP, etc. con una ventaja de precisión en exactitud así como trazabilidad. Los Grandes Maestros y el Servidor de Tiempo están equipados con osciladores de cristal o atómicos para proporcionar soluciones de tiempo, pulso, fase y frecuencia que soportan la sincronización mediante el Sistema Global de Navegación por Satélite para una red de infraestructura mediana o grande.
Servidores de tiempo NTP Sincronice sus redes con gran precisión y fiabilidad. Todos los sistemas de la red informática disponen de la hora exacta gracias a la sincronización mediante el protocolo de tiempo de red. De este modo, los eventos pueden organizarse cronológicamente gracias a marcas de tiempo precisas.
- Hora de alta precisión para todos los entornos de red
- Servidor horario Network Time Protocol para diversas aplicaciones
- Servidor horariocombinado reloj maestro para su uso en sistemas de reloj complejos
6. Preguntas frecuentes sobre NTP
En modo multidifusiónel número de clientes es prácticamente ilimitado, ya que los paquetes de hora NTP se envían a todos los clientes simultáneamente. Los servidores NTP modernos pueden procesar varios cientos de solicitudes por segundo sin pérdida de precisión, lo que en la mayoría de los casos es suficiente para atender a cientos de clientes. Si los intervalos de tiempo se fijan de forma diferente para los clientes, pueden conectarse fácilmente mil o más clientes.
