Wann verwendet man einen NTP Server, wann braucht man einen PTP Server?

Die Netzwerkprotokolle NTP (Network Time Protocol) und PTP (Precision Time Protocol) werden verwendet, um Geräte und Systeme in einem Netzwerk präzise miteinander zu synchronisieren. Welches Protokoll ist für welche Anwendung geeignet?

NTP verwendet eine Hierarchie von Zeitservern, um in Netzwerk Paketen die genaue Zeit einer primären Referenzquelle an die angeschlosenen Systeme zu übermitteln.

1. Primäre Zeitreferenz - in der Regel eine Atomuhr

2. Stratum 1 Server - direkt mit der primären Zeitreferenz verbunden

3. Stratum 2 Server - synchronisieren ihre Zeit mit Stratum 1 Servern. Sie können entweder direkt mit Stratum 1 Servern verbunden sein oder über das Internet darauf zugreifen. Stratum 2 Server können dann ihre Zeit mit Stratum 3 Servern teilen.

4. Weitere Stratum Server - Dieser Prozess setzt sich fort, wobei sich die Anzahl der Schichten (Strata) erhöht, je weiter die Server von der primären Zeitreferenz entfernt sind. Die Genauigkeit nimmt normalerweise ab, je höher das Stratum ist.

Ein Client, der Zeit benötigt, sendet eine Anfrage an einen NTP-Server. Der Server antwortet mit der aktuellen Zeit und Informationen über seine Genauigkeit und Zuverlässigkeit. Der Client passt dann seine interne Uhrzeit entsprechend an, wobei er die Informationen des Servers berücksichtigt.

Auch bei Anwendung von PTP werden Zeit-Pakete in einem Netzwerk verschickt. PTP ist jedoch für ein lokales Netzwerk konzipiert. Das ermöglicht die Berechnung der Laufzeiten der Datenpakete.

• Master-Slave-Beziehung: Im PTP-Netzwerk gibt es normalerweise einen Master und mehrere Slaves. Der Master ist eine hochpräzise Zeitquelle, während die Slaves ihre Zeit mit dem Master synchronisieren.

• Sync- und Follow-up-Nachrichten: Der Master sendet periodisch Sync-Nachrichten aus, die den Zeitstempel des Masters und Informationen über die Netzwerklatenz enthalten. Die Slaves empfangen diese Nachrichten und verwenden sie, um ihre Zeit anzupassen. Anschließend sendet der Master Follow-up-Nachrichten, um sicherzustellen, dass die Slaves die Anpassungen korrekt durchgeführt haben.

• Bestimmung der Latenzzeit: Um die Zeit richtig zu synchronisieren, messen die Slaves die Zeit, die benötigt wird, um die Sync-Nachrichten vom Master zu empfangen. Diese Latenzzeit wird dann bei der Anpassung der Slave-Zeit berücksichtigt, um die Genauigkeit zu verbessern.

• Two-Step-Synchronisation: Bei PTP wird eine Two-Step-Synchronisation verwendet, bei der der Slave zunächst die Sync-Nachricht empfängt und dann die Follow-up-Nachricht verwendet, um die Zeit anzupassen. Dadurch können Genauigkeiten im Sub-Mikrosekundenbereich erreicht werden.

• Redundanz und Hierarchie: PTP unterstützt auch Redundanz und Hierarchie, ähnlich wie NTP. Dies ermöglicht es, mehrere Master und Slave-Geräte in einem Netzwerk zu haben und eine Hierarchie von Zeitquellen zu erstellen, um die Zuverlässigkeit und Genauigkeit zu verbessern.

• Continuous Synchronization: PTP-Geräte überwachen kontinuierlich ihre Zeit und passen sie bei Bedarf an, um Driftfehler zu korrigieren und sicherzustellen, dass ihre interne Uhrzeit genau ist.

Genauigkeit im Bereich von wenigen Millisekunden bis Sekunden, abhängig von der Netzwerkkonnektivität und der Auslastung des Servers.

Bietet in der Regel eine höhere Genauigkeit im Bereich von Millisekunden bis zu Mikrosekunden, da er in einem lokalen Netzwerk mit weniger Latenz betrieben wird.

Bietet die höchste Genauigkeit im Bereich von Sub-Mikrosekunden bis Mikrosekunden, ideal für Anwendungen, die eine extrem präzise Zeitsynchronisation erfordern.

Die Genauigkeit eines über das Internet zugänglichen öffentlichen NTP Servers reicht aus um privaten Computern und Netzwerken zu genauen Zeitstempeln zu verhelfen.

Für alle Anwendungen, die eine zuverlässige Zeitsynchronisation besser als im Sekundenbereich benötigen, sind öffentliche Zeitserver nicht ausreichend.

Unternehmensnetzwerke, die eine ausfallssichere Zeitsynchronisation im Bereich von Millisekunden für ihre Datenserver benötigen, sind mit einem eigenen NTP Server gut beraten.

Ein interner NTP Server kann über GNSS synchronisiert werden und sollte über eine eigene Zeitquelle mit guter Langzeitstabilität verfügen.

Industrielle Steuerungssysteme, Telekommunikationsnetzwerke, Finanzdienstleister oder Anwendungen in der Medizin oder der Luft- und Raumfahrt benötigen die Genauigkeit eines PTP Servers.

Bei diesen Anwendungen ist eine Genauigkeit mindestens im Mikrosekundenbereich nötig, um die Zusammenarbeit und die schnelle Abfolge von Vorgängen zu gewährleisten.