Dienstag, 23 Oktober 2018 09:01

Pressemitteilung: NIST Untersuchung führt zu wesentlich verbessertem Zeitserver bei Masterclock Inc.

Vergleich der Genauigkeit der NTP-Zeitpakete nach der Fehlerbehebung und nach dem endgültigen Update Vergleich der Genauigkeit der NTP-Zeitpakete nach der Fehlerbehebung und nach dem endgültigen Update

Optimierte Zeitpakete im LAN

Clients in einem WAN oder LAN können sich über das Network Time Protocol NTP auf einen Zeitserver synchronisieren, der seinerseits auf einen 1PPS (1 Puls pro Sekunde) eines Zeitlabors synchronisiert ist. Das amerikanische National Institute of Standards and Technology in Boulder, Colorado (NIST) führte eine Untersuchung der Genauigkeit unterschiedlicher NTP-Server durch, die im LAN eingesetzt werden. Dabei fielen regelmäßige Zeitsprünge bei den Messungen bestimmter Zeitserver auf, die weitere Tests verursachten. Durch eine Zusammenarbeit mit dem Hersteller konnten nicht nur die Fehler beseitigt werden, sondern auch die Genauigkeit der Zeitpakete konnte insgesamt erheblich verbessert werden.

Im WAN (Wide Area Network) hat die Asymmetrie des Weges vom Server zum Client und zurück große Auswirkungen auf die Synchronisationsgenauigkeit. Die Genauigkeit der durch Zeitlabore zur Verfügung gestellten Zeitserver im WAN ist hoch und fällt auch deshalb weniger ins Gewicht, weil die Clientsoftware eine Auswahl an im WAN verfügbaren NTP-Servern treffen, und den errechnet zuverlässigsten heranziehen kann.

Das amerikanische NIST untersuchte nun die Genauigkeit von Zeitservern, die für die Zeit-Synchronisation im LAN (Local Area Network) verwendet werden. Die Verbindungswege zwischen Client und Zeitserver sind hier berechenbar. Neben der Auslastung des Netzwerkes liegt ein besonderes Augenmerk auf der Präzision der vom Zeitserver verschickten Zeitpakete. Eine hohe Synchronisationsgenauigkeit ist bei vielen Anwendungen entscheidend.

Der Messaufbau offenbarte in einer bestimmten Netzwerkkonstellation Zeitsprünge bei Zeitservern des amerikanischen Herstellers Masterclock. Zwar bewegte sich die Genauigkeit innerhalb der Spezifikation von besser als einer Millisekunde, aber der Fehler war dennoch auffällig. Um auf die Ursache zu kommen, entwickelte NIST eine Clientsoftware, die sehr schnelle User Datagram Protocol (UDP)-Anfragen an den NTP-Server richtet. Die Auswertung ergab ein deutliches Sägezahnmuster, mit dem der Hersteller konfrontiert wurde. Auch Masterclock erstellte einen eigenen Versuchsaufbau und konnte einen Rundungsfehler im Server Code ausfindig machen.

Masterclock nahm die Chance zur Überarbeitung der Server Firmware wahr und konnte die Genauigkeit der Zeitpakete signifikant steigern. Die beanstandeten Pakete wiesen einen Offset von bis zu 211.3 μs zu UTC auf, in einem Bereich von ~400 μs, also bereits erheblich präziser als die geforderte Genauigkeit von besser als 1 Millisekunde. Die Korrektur des Rundungsfehlers erhöhte die Synchronisationsgenauigkeit auf 118.0 μs, weitere Verbesserungen der Firmware ergaben schließlich 29.4 μs Synchronisationsgenauigkeit, der Noise-Bereich konnte auf 14 μs verringert werden.

Ein Fachvortrag zum Thema wurde auf dem Precise Time and Time Interval Meeting (PTTI) 2018 von NIST und Masterclock gemeinsam vorgestellt:
https://www.researchgate.net/publication/323600571_Improving_packet_synchronization_in_an_NTP_server

Time differences from an NTP server compared to UTCNIST obtained from rapid packet

Die Genauigkeit der Zeitpakete vor dem Update.

 

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