Serwer czasu – Wikipedia, wolna encyklopedia

Serwer czasu – specjalizowany serwer komputerowy pobierający aktualny czas ze źródła referencyjnego i dystrybuujący te informacje do urządzeń końcowych używając sieci komputerowej. Serwery czasu mogą być używane jako serwery lokalne lub internetowe.

Serwery czasu udostępniają precyzyjną informację o aktualnym czasie używając różnych mediów transmisyjnych i różnych protokołów komunikacyjnych.

Jednym z najważniejszych protokołów używanych w synchronizacji czasu^[1] w Internecie jest Network Time Protocol (NTP^[2]), który pozwala na synchronizację wielu urządzeń do jednego lub wielu serwerów źródłowych zarówno w sieciach lokalnych jak i przez sieci rozległe (Internet). Innym powszechnie stosowanym w sieciach lokalnych i światłowodowych jest Precision Time Protocol (PTP^[3][4] IEEE1588). Zapewnia on znacznie większą precyzję synchronizacji czasu urządzeń końcowych. Są to protokoły oparte na sieciach Ethernet.

Serwery czasu najczęściej obsługują też inne rodzaje sygnałów synchronizacji takie jak: IRIG(inne języki) (wiele odmian), SyncE(inne języki), 1PPS(inne języki), 10MHz, ToD przez RS232 lub RS485 i wiele innych. Większość serwerów czasu obsługuje te rodzaje sygnałów.

Jako źródło referencyjne wykorzystywane są najczęściej zewnętrzne serwery czasu wyższego poziomu (Stratum 0/1), odbiorniki czasu GNSS, oscylatory rubidowe, oscylatory cezowe, zegary wodorowe. Czasami jako źródło zapasowe używane są odbiorniki DCF77 lub PCSK225.

Opracowanie odpowiednich systemów synchronizacji wraz z serwerami czasu było przedmiotem europejskiego projektu DEMETRA^[5][6] realizowanego w ramach "Horizon 2020".

W Polsce, podstawowym źródłem czasu urzędowego jest Główny Urząd Miar^[7] - Laboratorium Czasu i Częstotliwości - system e-CzasPL.

Ta sekcja od 2024-10 wymaga zweryfikowania podanych informacji.

Należy podać wiarygodne źródła w formie przypisów bibliograficznych.
Część lub nawet wszystkie informacje w sekcji mogą być nieprawdziwe. Jako pozbawione źródeł mogą zostać zakwestionowane i usunięte.
Sprawdź w źródłach: Encyklopedia PWN • Google Books • Google Scholar • Federacja Bibliotek Cyfrowych • BazHum • BazTech • RCIN • Internet Archive (texts / inlibrary)
Dokładniejsze informacje o tym, co należy poprawić, być może znajdują się w dyskusji tej sekcji.
Po wyeliminowaniu niedoskonałości należy usunąć szablon {{Dopracować}} z tej sekcji.

Serwer przekazuje informację o czasie, wykorzystując różne protokoły. Serwer najczęściej wyposażony jest w wyjścia Ethernet z protokołami NTP, SNTP, PTP (IEEE1588) oraz liczne dodatkowe interfejsy komunikacyjne: RS-232, RS422/RS485, 1PPS(inne języki), IRIG-B(inne języki), i inne. Wzorcowy czas pobierany jest bezpośrednio z zegarów atomowych lub za pośrednictwem satelitarnych systemów nawigacyjnych GNSS takich jak GPS, GALILEO, GLONASS, BeiDou . Zaletą serwerów czasu jest możliwość pobierania czasu z wielu źródeł referencyjnych jednocześnie np. GPS, DCF77, PCSK225. Serwer posiada specjalne wewnętrzne systemy synchronizacji i podtrzymywania czasu oparte na wysokiej jakości oscylatorach kwarcowych (np. OCXO, TCXO) lub generatorach rubidowych, opracowanych na wypadek awarii radiowych układów odbiorczych. Serwery dostarczają czas z precyzją lepszą niż 10 ms przez Internet i lepszą niż 100 ns w LAN, a ograniczenie to wynika wyłącznie z możliwości współczesnego, powszechnie dostępnego sprzętu sieciowego. Najnowsze wersje serwerów wyposażane są coraz częściej w Ethernet synchroniczny z obsługą protokołu PTP IEEE1588, oferując w tym standardzie precyzje rzędu części mikrosekund, a w przypadki tzw. znakowania sprzętowego (wymaga specjalnych kart Ethernet) precyzje mogą osiągać nawet poziom nanosekund. Specjalna najnowsza wersja PTP v2.1 udostępnia obecnie profil High Accuracy pozwalający na synchronizację z dokładnością pikosekund.

Serwery czasu mają nadawany specjalny numer Stratum (1-15) oznaczający poziom pracy serwera, który należy rozumieć jako informacje, jak daleko od zegara atomowego znajduje się dany serwer w procesie synchronizacji czasu z użyciem protokołu NTP. Większość dedykowanych serwerów pracuje w poziomie Stratum 1. W Internecie można też spotkać wiele serwerów Stratum 2. Oznaczenia Stratum są zgodne z przyjętą w protokole NTP strukturą poziomów drzewa z wierzchołkiem Stratum 0 wskazującym zegar atomowy. W przypadku synchronizacji z użyciem protokołu PTP serwerom nadaje się atrybut MASTER. Możliwa jest również sytuacja, w której serwer czasu otrzymuje atrybut SLAVE PTP, a co oznacza jego synchronizację pośrednią do innego serwera pracującego w trybie MASTER PTP. Współczesne sieciowe serwery czasu obsługują jednocześnie protokoły NTP i PTP oraz umożliwiają konwersję między nimi.

Serwery czasu jako źródło do synchronizacji czasu wielu urządzeń znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach. Poniżej przedstawiono przykładowe zastosowania, które nie wyczerpują zakresu wszystkich możliwości.

Komputery i serwery w sieciach komputerowych powinny być zsynchronizowane ze skalą UTC^[8]. Pozwala to na przykład na korelację danych w plikach dzienników, prawidłową pracę usług katalogowych, odpowiednie operacje plikowe w sieciowych systemach plików z wieloma użytkownikami. Zakupy w sklepach internetowych, systemy obsługi przetargów czy składanie dokumentów elektronicznych w obrocie prywatnym oraz publicznym, usługi notariuszy i wiele innych wymagają precyzyjnie zsynchronizowanego czasu poszczególnych elementów.

Sieci telekomunikacyjne, w szczególności sieci bezprzewodowe wymagają dokładnej synchronizacji czasu do poprawnego działania. Wymagania dla sieci 5G sięgają już kilku nanosekund dokładności synchronizacji do skali UTC. Dlatego w tych sieciach stosuje się największe i najbardziej dokładne serwery czasu^[9][10].

W wielu instalacjach i liniach produkcyjnych, szczególnie w obszarze Przemysł 4.0, synchronizacja czasu, a co za tym idzie uzycie precyzyjnych serwerów jest kluczowe dla działania.

W drogownictwie serwery czasu służą do synchronizacji poszczególnych elementów infrastruktury - przykładem mogą być odcinkowe pomiary prędkości, fotoradary, tablice informacyjne, mierniki natężenia ruch drogowego.

W kolejnictwie kluczowe jest znaczenie synchronizacji czasu w sterowaniu urządzeń infrastruktury kolejowej. Nawet zegary i tablice informacyjne na dworcach kolejowych muszą być zsynchronizowane ze skalą czasu^[11]. Problemy z synchronizacją czasu mogą spowodować awarie jak np. w marcu 2022 roku w sieci PKP^[12].

W wielu projektach naukowych z zakresu fizyki, geofizyki i pokrewnych niezbędna jest synchronizacja czasu systemów pomiarowych. Tylko przy zachowaniu odpowiedniej precyzji stemplowania wyników pomiarowych można wyciągnąć z danych właściwe korelacje i wnioski. Na potrzeby CERN opracowano system synchronizacji "White Rabbit"^[13] zapewniający sub-nanosekundową dokładność synchronizacji na wielkie odległości (z użyciem światłowodów). W geofizyce polski system FOSREM^[14] wykorzystuje wbudowany serwer czasu PTP, używający danych GNSS do synchronizacji pomiaru wielu światłowodowych czujników rotacyjnych.

Wraz z rozwojem Internetu zwiększa się liczba operacji i transakcji obsługiwanych drogą elektroniczną. Wymusza to konieczność uporządkowania zdarzeń i ich rejestrację zgodną z chronologią czasu. Elektroniczne systemy bilingowe, elektroniczna bankowość, obsługa giełd i sklepów to jedynie wybrane przykłady e-biznesu, w których czas jest krytyczny dla prawidłowego funkcjonowania całych rozwiązań. Niestety współczesne zegary komputerowe nie należą do dobrych mierników czasu i dlatego ich synchronizację coraz częściej powierza się publicznym serwerom czasu dostępnym w Internecie.

Wiele firm i instytucji państwowych korzysta z własnych dedykowanych serwerów czasu. Ma to miejsce najczęściej, gdy stosowana polityka bezpieczeństwa zabrania wewnętrznym sieciom LAN korzystać z dostępu do Internetu. Serwery czasu są również podstawowym źródłem czasu dla procesu elektronicznej autoryzacji i certyfikacji, w tym dla podpisu elektronicznego, elektronicznego lakowania dokumentów oraz ich stemplowania czasem.

Obecnie odnotowuje się największy wzrost znaczenia synchronizacji w informatyce, który postępuje wraz z zaostrzeniem rygoru precyzji. Zjawisko to ściśle wiąże się z trwającą czwartą rewolucją przemysłową, w której cybernetyczna wizja zautomatyzowanej rzeczywistości wymusza pracę wszystkich komunikujących się wzajemnie systemów w tzw. wspólnej domenie czasowej, zapewniającej zgodny czas z bardzo dużą dokładnością. Również inne dziedziny informatyki jak np. Big Data używają obecnie coraz częściej synchronizacji do analizy danych w tzw. domenie częstotliwości. Stabilność częstotliwości zapewniają w takim przypadku również serwery czasu.

W Polsce oficjalnym źródłem urzędowego czasu UTC są publiczne serwery NTP Głównego Urzędu Miar^[15]. Serwery te są bezpośrednio dołączone łączem 1PPS do zegara atomowego (5071A), którego wskazania są kontrolowane i korygowane do innych wzorców skali czasu atomowego tzw. TA.

• tempus1.gum.gov.pl (194.146.251.100)^[16]
• tempus2.gum.gov.pl (194.146.251.101)^[16]

Poniższe nazwy wskazują losowo na serwery z puli udostępnionych publicznie serwerów NTP. Adresy IP serwerów zmieniają się co godzinę^[18].

• 0.pl.pool.ntp.org
• 1.pl.pool.ntp.org
• 2.pl.pool.ntp.org
• 3.pl.pool.ntp.org

• 0.europe.pool.ntp.org
• 1.europe.pool.ntp.org
• 2.europe.pool.ntp.org
• 3.europe.pool.ntp.org

• 0.pool.ntp.org
• 1.pool.ntp.org
• 2.pool.ntp.org
• 3.pool.ntp.org

• Network Time Protocol (NTP)
• Inter-range instrumentation group time codes(inne języki) (IRIG)
• IEEE 1344(inne języki)
• IEEE 1588
• NMEA 0183

• Oficjalna strona projektu NTP
• Strona informacyjna PTP