text: Definition Was ist NTP (Network Time Protocol)?
  18.03.2020 Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Stefan Luber / Dipl.-Ing. (FH) Andreas Donner
  Das Network Time Protocol (NTP) ist ein in mehreren RFCs spezifizierter Standard, mit dem sich die Zeit von Computern und anderen IT-Komponenten über ein IP-Netz wie das Internet synchronisieren lässt. Es basiert auf einer hierarchischen Struktur von Zeitservern und kann zur Bereitstellung möglichst exakter Zeiten die Laufzeiten der Pakete kompensieren.
  Die Abkürzung für Network Time Protocol lautet NTP. Es handelt sich um einen Standard, mit dessen Hilfe sich die Uhrzeit von Computern oder anderen IT-Komponenten (zum Beispiel Router oder Firewalls) über ein IP-Netz wie das Internet synchronisieren lässt. Entwickelt wurde das Network Time Protocol bereits im Jahr 1985 an der Universität von Delaware.
  Die aktuellste Version ist NTPv4 und im RFC 5905 beschrieben. Es existieren weitere RFCs wie RFC 5906 (NTPv4 Autokey-Spezifikation), RFC 5907 (NTPv4 MIB) oder RFC 5908 (NTP Server Option für DHCPv6), in denen weitere Details des Protokolls spezifiziert sind. NTPv4 ist abwärtskompatibel mit NTP Version 3 (RFC 1305) und im TCP/IP-Referenzmodell auf der Anwendungsebene angesiedelt. Es nutzt das verbindungslose UDP (User Datagram Protocol) auf der Transportebene und den UDP-Port 123.
  Mittlerweile hat sich NTP als weltweiter Standard zur Synchronisierung der Zeit etabliert. Im Internet existieren tausende öffentlich zugängliche NTP-Server, die sich zur Zeitsynchronisation nutzen lassen. Prinzipiell sind Genauigkeiten bis in den Nanosekundenbereich erzielbar. Die Synchronisation über ein Weitverkehrsnetz wie das Internet bietet eine Genauigkeit im Millisekundenbereich.
  Das Network Time Protocol ist in zahlreichen Betriebssystemen wie Linux, Windows oder macOS implementiert und benötigt in der Regel keine Zusatzsoftware. Neben dem Network Time Protocol existiert noch eine vereinfachte Version des Protokolls. Es handelt sich um das Simple Network Time Protocol (SNTP; RFC 4330), das in weiten Teilen mit NTP identisch ist. Allerdings bezieht SNTP die Referenzzeit nur von einem Server und nutzt vereinfachte Algorithmen zur Zeitsynchronisation. Die erzielbare Genauigkeit ist eingeschränkt. Ältere Betriebssystemversionen wie Windows 2000 verwendeten noch das Simple Network Time Protocol. In neueren Windows-Versionen ist das Network Time Protocol zur Zeitsynchronisation implementiert.
  Architektur und Funktionsweise des Network Time Protocols
  Das Network Time Protocol nutzt als Synchronisationsgrundlage die seit 1972 gültige Coordinated Universal Time (UTC). Die Zeitserver sind hierarchisch strukturiert. Einzelne Ebenen sind mit einem bestimmten Stratum-Level benannt. Der höchste Level ist Stratum 0 und stellt die Normalzeit zur Verfügung. Es handelt sich bei Stratum 0 beispielsweise um eine Atomuhr oder eine DCF77-Funkuhr. Die NTP-Server des Stratum-Levels 1 sind direkt mit dieser Zeitquelle verbunden.
  Die weiteren Stratum-Level wie Stratum 2 oder Stratum 3 kennzeichnen die zunehmende Entfernung von der Zeitquelle. Je höher die Zahl, desto größer die Entfernung. Ein NTP-Server eines Levels verhält sich in Richtung höherem Level als Client und in Richtung niedrigerem Level als Server. Die Server der höheren Ebene fungieren jeweils als Referenz und synchronisieren die Server niedrigerer Ebenen. Auch Server auf gleicher Ebene können sich untereinander synchronisieren.
  Sollte eine Referenzzeitquelle nicht mehr erreichbar sein, wählen sich die untergeordneten NTP-Clients automatisch andere Referenzquellen. Die eigentliche Zeit ist in einem NTP-Paket als 64 Bit langer Wert kodiert. Die ersten 32 Bits benennen die Anzahl der Sekunden, die seit dem 1. Januar 1900 00:00:00 Uhr vergangen sind. Die anderen 32 Bits stehen für den Sekundenbruchteil. Mit dieser Auflösung lässt sich eine Genauigkeit bis in den Nanosekundenbereich erzielen.
  Da in IP-Netzen die übertragenen Pakete sehr unterschiedliche Laufzeiten haben können und diese Laufzeiten die Zeitangaben möglichst wenig verfälschen sollen, sind Messverfahren und Algorithmen zur Kompensation dieser Zeiten vorgesehen. Die erzielbare Genauigkeit mit NTPv4 beträgt über das öffentliche Internet circa zehn Millisekunden. In lokalen Netzen und unter optimalen Bedingungen lassen sich aber Genauigkeiten bis in den Mikro- und Nanosekundenbereich erzielen.
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