投稿日: 2023年7月4日
最終更新日: 2024年5月1日
時刻同期
時刻同期(Time Synchronization)は、あるネットワーク上のホストの時刻を、ある基準に従って同期させることです。
基準の例としては、JSTやUTCなどのタイムゾーンがあります。
NTP
NTP(Network Time Protocol)は、RFC5095などで標準化されている、機器の時刻を同期するためのプロトコルです。日本ではNICT(情報通信研究機構)などがNTPサーバを提供しています。NTPは、サーバクライアントモデルで用いられ、NTPクライアントが複数のNTPサーバに時刻を問い合わせることでより正確な時刻同期を行います。
- NTPクライアントが複数のNTPサーバに時刻を問い合わせる
- NTPサーバから受け取った時刻データを参照し、明らかに時刻がずれているNTPサーバ(falseticker)があればそれを参照先リストから除外する
- 残ったNTPサーバのリストから時刻同期の精度が高い方から順に最大で3つまでNTPサーバを選択する
truechimer
truechimerは、NTPのアルゴリズムによって、正しい時刻を配信していると判定されたNTPサーバです。
falseticker
falsetickerは、NTPのアルゴリズムによって、誤った時刻を配信していると判定されたNTPサーバです。
NTPサーバの精度
NTPサーバは、DNS(Domain Name System)サーバと同様に、負荷を軽減させるために階層構造になっています。信頼できる階層は全部で16層あり、それぞれの階層の総称をStratumと呼び、最上位の階層から順にStratum0、Stratum1、…Stratum15と呼びます。
Stratum0
Stratum0はGPS(Global Positioning System)あるいは原子時計と直接同期しているNTPサーバの階層です。NTPサーバにおいて、時刻同期の精度が最も高いことが多いです。
Stratum1〜15
Stratum1はStratum0のNTPサーバを参照して時刻を同期しているNTPサーバの階層です。
StratumNのNTPサーバは、StratumN-1のNTPサーバを参照しています。
時刻データの補正
一般的に、NTPサーバとNTPクライアントは地理的に離れています。例えば、NICTのNTPサーバ(ntp.nict.jp)は、兵庫県と東京都で動作しています。これでは、ネットワークの遅延などが起きていた場合に、NTPクライアントが受信した時刻データの正確性が下がってしまいます。できるだけこれらの影響を小さくするために、NTPクライアントは以下の値を計算してNTPサーバから受信した時刻データを補正します。
- NTPサーバにおける処理による遅延時間
- NTPサーバとNTPクライアントの間のネットワークによる遅延時間
- 用いられる指標: RTT、(オフセット)
- NTPサーバとNTPクライアントの間のネットワークの遅延の安定性
- 用いられる指標: ジッター
オフセット
サーバとクライアントの間の時刻の差が０であるとき
実際のシステムではありえませんが、サーバとクライアントの時刻が完全に同期されている場合は、オフセットはRTTを2で割った値になります。
サーバとクライアントの間の時刻の差が０ではないとき
実際のシステムでは、サーバとクライアントの間の時刻はずれています。この場合で、かつネットワークの遅延が行きと帰りで等しいとみなせる場合に、オフセットはサーバとクライアントの間の時刻の差とみなせます。
この際のオフセットがどれくらい信頼できるかはジッターの大きさによります。
RTT
RTT(Round Trip Time)は、サーバとクライアントの間でデータを伝送する際の往復にかかる時間です。
ジッター
ジッター(Jitter)はネットワークの遅延の安定性を表す指標です。ジッターが小さいほどネットワークの遅延が安定しており、行きと帰りのネットワークの遅延時間が近いため、サーバとクライアントの間の時刻の差が０ではないときのオフセットを算出する際の精度が高くなります。
SNTP
SNTP(Simple Network Time Protocol)は、RFC4330で標準化されている、NTPよりもシンプルに時刻同期を行うためのプロトコルです。NTPでは階層構造を持つ複数のNTPサーバに時刻を問い合わせて、より精度が高い時刻同期を行いますが、SNTPでは階層構造を持たない1つのNTPサーバにのみ時刻を問い合わせます。ミリ秒単位の時刻同期が不要なコンピュータではSNTPを使用することもできます。
参照先のNTPサーバはいくつ用意すべきか
NTPを正しく機能させるためには、最低3つのNTPサーバが必要です。NTPの開発チームは4つのNTPサーバから時刻を取得することを推奨しています。
なぜなら、NTPのアルゴリズムでは、多数決によってfalsetickerを選んでおり、3つ以上のNTPサーバが無いとfalsetickerを選ぶことができないからです。
また、4つのNTPサーバを設定することで、NTPサーバの冗長構成が保証されます。
NTPサーバ、NTPクライアント
systemd-timesyncd
systemdが動作しているコンピュータにおいて、SNTPクライアントとして動作するデーモンです。
ntpd(Network Time Protocol daemon)
NTPサーバ、NTPクライアントとして動作するデーモンです。
chronyd
NTPサーバ、NTPクライアントとして動作するChronyのデーモンです。RedHat系ディストリビューションでは、デフォルトでインストールされています。