Network Time Synchronization: the Network Time Protocol on Earth and in Space, Second Edition [Romanian]

Original at: http://www.eecis.udel.edu/~mills/book.html

Network Time Sincronizare : Network Time Protocol pe Pământ şi în spaţiu, Second Edition

Autor

Dr. David L. Mills este Professor Emeritus de Inginerie Electrică şi Computerizată şi de Ştiinţe Informaţionale la Universitatea din Delaware. Pe parcursul mai multor ani, el a contribuit la dezvoltarea tehnologiilor internetului şi îndeosebi, la sincronizarea timpului reţelei de calculatoare. El este cel care a dezvoltat  Network Time Protocol şi a dat publicării mai mult de 30 de lucrări şi rapoarte tehnice la subiect, inclusiv documentele cu privire la standardele de operare curente. În 1971 la Universitatea din Michigan i-a fost conferit statutul de PhD. El este membru al “National Academy of Engineering” (Academiei Naţionale de Inginerie) şi membru al ambelor “Association for Computing Machinery” şi al Institutului de Inginerie Electrică şi Electronică.

Această lucrare a fost parţial sponsorizată de Jet Propulsion Laboratory, Institutul de Tehnologie din California, în contract cu National Aeronautics Space Administration (Administraţia Naţională Aeronautică).

Prefaţă

Mumpsimus (s): substantive din engleza medie ce denotă un pandantiv dogmatic vechi, care prin 1550, a fost numit în glumă “foolosopher”, care a ajuns să desemneze orice opinie incorectă stereotipizată.
Jeffrey Kacirk Forgotten English (Engleza uitată), 1997

Această carte este despre întreţinerea unuei serii ne calculatoare în reţea astfel ăncât toate să afişeze ora corectă. Aceasta ar putea părea o afacere destul de îngustă, dar problemele sunt mai serioase decât fixarea ceasului pe taskbar. Coordonat cu grijă, încredere I acurateţe, timpul are un rol primordial în controlul traficului în aer şi pe pământ, în operaţiunile de cumpărare şi vindere, şi în programele reţelelor de televiziune. Mai mult ca atât, timpul incorrect poate cauza expirarea DNS caches şi implozia internetului pe root servers, ceea ce prezenta oameninţare serioază în ajunul mileniumului, în 1999. Fişiere cu date critice expiră înainte să fie create şi un mesja electronic poate veni mai înainte decât a fost expediat. Un ceas exact şi de înceredere la calculator este necesar pentru orice aplicaţie computerizată distribuită real-time, în mare parte reprezentând infrastructura publică la moment.

Această carte vorbeşte despre infrastructura tehnologică de diseminare, distribuire şi sincronizare a timpului,  în special arhitectura, protocoalele şi algoritmele “Network Time Protocol” (NTP). NTP a fost activ într-o formă sau alta pe parcurs a mai mult de trei decade în internetul public şi în numeroase reţele private în partea de jos a firewall-urilor. Astăzi, aproape totul  ce poate fi conectat la o reţea are suport pentru NTP – print serverele, punctele de acces wi-fi, router-e şi imprimante de orice fel şi chiar sistemele de backup ale bateriilor. Subreţelele NTP sunt în spaţiu, la fundul mării, pe bordul navelor militare şi pe fiecare continent, inclusiv Antarctica. NTP este compatibil cu majoritatea versiunilor Windows şi cu toate versiunile Unix. Aproape 25 de milioane de clienţi sunt activi pe serverele de timp NTP pe NIST.

Această carte este elaborată, în primul rând, ca o carte de  referinţă, dar ea este bună şi pentru un curs universitar specializat la nivel superior sau pentru absolvenţi pentru departamentele ingineriei calculatoarelor şi ştiinţelor computerizate. Unele capitole pot fi mai uşor de asimilat pentru un inginer electrician, mai ales pentru cel ce are de a face cu concepte matematice ; altele vor şi mai uşoare pentru un specialist în calculatoare, mai ales cei ce cunosc teoria calculatoarelor, dar ambii vor învăţa unul de la altul. Sunt lucruri pentru matematicieni, criptografi şi astronauţi, chiar şi pentru istorici.

Bun venit la cea de-a doua ediţie a acestei cărţi. Cele 16 capitole originale ale primei ediţii au rămas la fel, însă unele au fost rescrise, actualizate şi a fost adăugată informaţie nouă. Au fost adăugate patru capitole noi, două dintre care relatează despre cronometrare în misiunile cosmice. Prezentarea începe în Capitolul 1, cu o descripţie generală a arhitecturii, protocoalelor şi algoritmilor pentru cronometrare în reţeaua de calculatoare. Aceasta include scurgerea timpului de la standardele de tip naţional prin radio, satelit şi modemul telefonic la serverele de timp primar, apoi prin subreeţelele NTP la milioane de servere secundare şi clienţi, amplificând nivelele. Capitolul 2 descrie principalele componente ale clientului NTP şi cum lucrează cu serverele redundante şi diverse căi ale reţelelor. Capitolul 3 conţine o descriţie amplă a algoritmilor critici, atât de importanţi pentru consistenţă, exactitate şi fiabilitate, care ar fi cu plăcere exploatat pentru un specialist în calculatoare.

Actualul algoritm ajusta ceasul calculatorului, procedeului fiindu-i dedicat întreg Capitolul 4. Cuvântul “reţea” e atât de proeminent în denumirea acestei cărţi, încât Capitolul 5 prezintă o descriere generală a principiilor de inginerie ce ghidează configurarea reţelei şi descoperirea resurselor.

Acum, ar trebui să întrebaţi cât de bine lucrează invenţia. Capitolul 6 evaluează permormaţa subreţelelor tipice NTP, luând în consideraţie diverse devianţe ale reţelei şi erorile de frecvenţă ale ceasului. Aceasta arată rezulatele cercetării serverelor şi clienţilor NTP pentru a determina distribuţia tipică a erorilor de timp şi frecvenţă. Aceasta apoi analizează configuraţiile tipice NTP pentru a determina aşa lucruri ca signalele procesorului şi reţelei şi securitatea cu elemente de inginerie contra atacurilor în masă.

Subreţeaua NTP depinde în mare parte de mijloacele naţionale şi internaţionale de diseminare în mod standard a timpului populaţiei, inclusiv calculatoarelor conectate la internet. Capitolul 8 descrie soft-ul kernel spcializat folosit în unele sisteme de calculatoare pentru îmbunătăţirea exactităţii cronometrării în concordanţă cu ordinea de nanosecunde.

În experienţa modernă, am învăţat că securitatea calculatoarelor nu este o afacere serioasă şi reţelele de cronometrare nu sunt o ecepţie. Ceea ce poate fi diferit  pentru reţele NTP este faptul că natura lor este aşa încât informaţia de schimb reprezintă valorile publice ce sunt transmise prin serverele publice şi reţelele publice, astfel serverele şi clienţii reţelelor publice pot fi vazuţi ca ţinte pentru  tempo-terorişti. În plus, survin probleme foarte complicate când materialul datat ca de exemplu certificatele criptografice, trebuie verificate prin protocolul ce le utilizează. Capitolul 9 descrie modelul de securitate al NTP şi protocolul de autentificare, care împarte antetele cu NTP, atât timp cât Capitolul 10 descrie o serie de algoritmi criptografici elaboraţi pentru a demonstra  apartenenţa la grupul de membri industrial-puternici.

Cronometrarea reţelei de calculatoare, ca multe alte sisteme fizice nu este lipsită de erori, atât de tip deterministic, cât şi stocastic. Capitolul 11 conţine o analiză completă a erorilor inerente citirii sistemului orar şi configurării timpului şi frecvenţei relative cu ceasul unui alt calculator. Capitolul 12 conţine informaţie despre modelarea şi analiza ceasului din calculator, cât şi descripţia matematică a caracteristicilor acestuia. Cronometrarea pe scară globală este un subiect al acestui capitol. Capitolul 13 descrie cum putem socoti timpul după stele şi atomi. Acesta explică relaţiile dintre scalajul de timp internaţional TAI, UTC şi JDN cunoscut fizicienilor şi navigatorilor, şi scalajul de timp NTP. Dacă folosim NTP pentru datarea istorică sau pe viitor, survin probleme de  returnare şi precizie. Chiar dacă este implicat şi calendarul, specialiştii în astronomie au procedeele lor, iar istoricii ale lor. La momentul în care apare subiectul istoric, Capitolul 19 relevă evenimentele de interes istoric, de când a fost lansată cronometrarea reţelei calculatorului, de aproape trei decade. În final, Capitolul 20 reprezintă o bibliografie de documente, rapoarte şi alte lucruri relevante în cronmetrarea reţelei de calculatoare.

Atât timp cât descrierea detaliată a implementării referinţei NTP este dincolo de scopul acestei cărţi, aceasta poate fi interesantă pentru explorarea arhitecturii, organizării şi operarii acesteia. Capitolul 14 include un set de tabele, variabile, procese şi rutine ale implementării soft-ului public curent, împreună cu explicarea cum operează acesta.

Următoarele patru capitole, de la 15 la 18 sunt noi în această ediţie. Capitolul 15 include un cocktail complicat de algoritmi hardware şi software pentru implementarea unui sistem precis de timp. Acesta introduce noţiunile de « softstamp », « drivestamp » şi « hardstamp », şi include o viziune generală a IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP) şi cum acesta ar putea interopera cu NTP. Capitolul 16 descrie  modurile noi de supleare pentru NTP şi cum aceste concepte noi pot fi exploatate.

Următoarele două capitole 17 şi 18 au motivat subtitlul acestei cărţi – « pe pământ şi în spaţiu ».

Capitolul 17 explică de ce cronometrarea este atât de diferită  la pămînteni şi marsieni, astfel încât acum noi trebuie să ţinem cont de an-lumină şi efecte relativiste. Acest capitol de asemenea relatează despre probleme de hardware şi protocolul ”Proximity-1 space data link”, ce ar putea stimula NTP într-o orbită a planetei Marte. În final, Capitolul 18 discută despre probleme de transfer de timp ce ţine de misiunile în spaţiul cosmic şi dincolo de Marte.

Cartea în întregime poate fi interesantă unui administrator NTP. Acesta ar fi utilă pentru un studiu de caz ce implică o aplicaţie distribuită pe scară largă, cu tehnologii din diverse câmpuri interdisciplinare. Algoritmii descrişi în capitolele anterioare pot fi utili ca un material adiţional la o carte de ştiinţe computerizate despre algoritmi. Ca un caz de studiu în tehnicile criptografice, materialul din Capitolele 9 şi 10 este în special relevant, astfel încât modelul pentru NTP este complicat de necesitatea de a autentifica serverul şi de răsturnare a timpului, simultan. Astronomii şi fizicienii vor percepe algoritmul disciplinei ceasului din Capitolul 4 ca fiind similar, dar diferit de alţi algoritmi cu care s-au deprins. Inginerilor le vor fi utile Capitolele 4, 11 şi 12 pentru un curs de control al feedback-ului dintre sisteme. Spacialiştilor în studiul planetar şi navigatorilor cosmici  le pot fi utile Capitolele 17 şi 18 despre elaborarea unui hardware şi instrumentarului naval nou.

Dezvoltarea, implementarea şi menţinerea NTP-ului în internet a fost o sarcină descurajatoare ce a devenit posibilitate pentru mai mult de patru duzine de voluntari de câteva profesii şi din câteva ţări. Entuziaştii NTP au mult în comun cu amatorii radio (inclusiv cu mine, W3HCF), chiar dacă şeful vede necesitatea de a seta ceasul la nanosecunde. Am avut noroc că câţiva producători au donat de-a lungul anilor, receptoare radio şi satelit, calculatoare, gadget-uri performate. În special este apreciat suportul mutual al Judah Levine de la NIST şi Richard Schmidt de la USNO, care s-au dovedit a fi cronometrori îndrăzneţi în toată legea. Mulţumim lui Interneteers Danny Mayer şi lui Dave Hart de la NTP Public Services Project, care  a revizuit toată cartea şi lui Simon Wu şi John Veregge de la NASA Jet Propulsion Laboratory, care au revizuit capitolele noi. În final, un cuvânt despre secşiunile « Parting Shots » ce apar la sfârşitul majorităţii capitolelor. În timp ce textul de bază explorează timescape-ul în mod aprofundat, aceste secţiuni sunt nişte idei-glose. Unele sunt speculative, altele oferă propuneri, iar altele oferă un alt punct de vedere. Toate acestea luate împreună au fost lucruri interesante.

David L. Mills

Septembrie 2009

Cuprins

  1. Concepte de bază
  2. Cum lucrează NTP
  3. În stomacul bestiei
  4. Algoritmul disciplinei ceasului
  5. Ingineria şi configurarea sistemului NTP
  6. Performanţa NTP-ului în internet
  7. Serverele primare şi ceasurile de referinţă
  8. Suportul de cronometrare Kernel
  9. Autentificarea criptografică
  10. Schemele de identitate
  11. Analiza erorilor
  12. Modelarea şi analiza ceasurilor de la calculatoare
  13. Metrologia şi cronometrarea scalei de timp NTP
  14. Implementarea referinţei NTP
  15. Arhitectura sistemului orar de precizie
  16. Modurile de supleare NTP
  17. Transferul de timp pentru „space data links”
  18. Transferul de timp pentru misiunile spaţiale
  19. Istoricul tehnic al NTP
  20. Bibliografia sincronizării de timp a reţelei de calculatoare.

 

C artea nouă: Mills, David L. “Sincronizarea timpului reţelei de calculatoare: Network Time Protocol (Protocolul de timp al reţelei) pe pământ şi în spaţiu, Ediţia a doua”, CRC Press 2011, 466 p.

ISBN 978-1-4398-1463-5
Vă rog, contribuiţi la Errata page

ok ok

Author