無論你是要讓人們出席會議，或是管理可擴充的雲端商業應用，同步性（Synchronicity）真的非常重要。無數的利害關係人和機器在你的流程中扮演重要角色。讓他們都在同一時間表上，才能讓你的組織成為一個有凝聚力的團體向前邁進。
就網路硬體而言，你無法承受時間上的差異。以下是網路時間同步的運作方式，及如何讓你的作法更有效率。
關於網路時間同步：計時通訊協定簡介
有許多方法可以確保你的伺服器、保全系統、媒體錄影機及其他裝置都同步運作。幸運的是，你無需手動設定時鐘或拼湊自己的計時工具和shell指令碼（Shell Script）。
由於存在廣為接受的協定，因此可採用符合規範的系統，並確保系統能如預期的溯源時間。首先，讓我們先快速的瞭解兩種最常見的計時系統：網路時間通訊協定（Network Time Protocol – NTP）及精確時間通訊協定（Precision Time Protocol – PTP）。
網路時間通訊協定（NTP）
NTP標準採用伺服器來提供用戶端（例如：你網路上的電腦）當前的世界協調時間（Coordinated Universal Time – UTC）資訊，以回應個別請求。雖然你的硬體可向網路上許多不同的伺服器請求目前的時間，但由於系統滯後（System Lag）和延遲（Latency）等因素，有些裝置所提供的資料，會比其他裝置更精確。
這些網路中的計時伺服器（Timekeeping Server）被安排在不同的階層（Strata）中，也稱為層（Layer）。最精確的裝置存在於第0層，它們包括原子鐘、無線電鐘及其他高精度時鐘，例如：在NIST實驗室（National Institute of Standards and Technology - 美國國家標準暨技術研究院））和GPS衛星中找到的那些。Stratum 1伺服器也稱為主要時間伺服器（Primary Time Server），直接連接至Stratum 0裝置及其同層對等的裝置。
本協議也：
讓用戶端連接至多個NTP伺服器，以進行資料備份、提高準確性和測試目的
修正通訊延遲和個別時鐘漂移（Clock Drift）
使用標準化的64-bit UDP封包（Packet），理論上可達到皮秒（Picosecond - 萬億分之一秒）的計時（Timing），並確定136年內的日期
允許點對點通訊（Peer-to-Peer Communication）、廣播、多播（Multicasting）、校正及安全MD5雜湊演算法（Hash Algorithm）
此協定的另一個變體稱為SNTP（Simple Network Time Protocol - 簡易網路時間協定），採用相同的封包和訊息格式，主要差別在於SNTP的精確度較低。由於用戶端無法從多個來源取得時間資料或使用MD5檢查碼（Checksum），因此很容易受到一般網路不準確性，及惡意代理程式（Malicious Agent）故意提供錯誤時間戳記（Timestamp）的影響。
精確時間通訊協定（PTP）
精確時間通訊協定（Precision Time Protocol - PTP）定義於IEEE 1588，有助於NTP精度不足的應用。利用基於硬體的時間戳記，它可提供更精確的同步。
與其由用戶端要求計時資訊，不如由主時鐘透過傳送資料與用戶端建立聯繫，以維持同步。當PTP主時鐘與其同步的時鐘進行通訊時，從一台機器傳送到另一台機器的資訊，在每次停止時都會獲得時間戳記。
為什麼時間戳記很重要？這些連續記錄可作為參考，有助於量化主時鐘與特定從屬時鐘之間存在多少網路延遲。這些功能讓符合IEEE 1588的裝置能夠：
彌補本地網路條件（Local Network Condition）所造成的延遲，並修正時間戳記，以便計入這些延遲
使用稱為最佳主時鐘（Best Master Clock - BMC）的演算法，從一系列候選時鐘中，選擇最適合的時鐘來源
可靠溯源時間至納秒（Nanosecond - 或十億分之一秒）及皮秒等級
支援多樣化的網路地形圖（Network Topography），例如：所有從屬時鐘都連接至單一的主時鐘，或主時鐘傳送時間資料至邊界時鐘（Boundary Clock），再由邊界時鐘同步其他從屬時鐘（Slave）
為什麼全球定位系統與時間同步相輔相成
透過使用專用的硬體裝置，PTP網路可將不可預見因素所造成的延遲降至最低。舉例來說，計時軟體通常必須面對本機作業系統資源不足、網路通訊延遲無法量化等挑戰。
有許多方法可以克服這些障礙。其中一種廣為接受的技術是使用包括高精度GPS衛星的同步參考（Synchronization Reference）。
全球定位系統（GPS）
全球定位系統（Global Positioning System），也就是一般所說的GPS，不只是讓消費者在度假旅途中找到路。此系統由固定的特殊軌道衛星星群所組成，每顆衛星都載有：
穩定的Stratum 0原子時鐘（Atomic Clock）硬體
先進的位置追蹤電路（Location Tracking Circuitry）
不斷廣播其位置及時鐘時間的發射器
這些衛星都同步於同一時間，並因其地球同步軌道而有已知的位置。因此，接收器可以收聽多個廣播來源，並使用有些類似三角定位（Triangulation）的三角測量（Trilateration）來確定自己的位置和時間偏差。
彌補失去的時間
雖然全球定位系統非常精確，但也不是沒有問題。衛星網路採用自己的時間標準，這與我們在地球上使用的時間標準並不完全一致。
我們的星球自轉的速度並不相同，這種現象是由以下因素造成的：
大規模的海流造成潮汐加速度，使我們世界的自轉速度減慢，日數逐漸延長
地球內部流體金屬核心的移動
不斷變化的大氣流動
為了處理這些因素，世界協調時間（Coordinated Universal Time）引入了閏秒（Leap Second），將其附加至時間上，使其與原子時間保持精確鎖定。然而，與極其可預測的閏年不同，這些額外的秒會在需要時加入，以確保 與平均太陽時間或UT1（世界時鐘）的差異不會超過0.9 秒。
GPS並不適用這些額外的秒數，因此它仍與1980年的UTC方式相連。因此，衛星必須播送額外的偏移（Offset）資訊，讓接收器知道他們需要調整多少估計值。
實際應用
使用者應該如何選擇GPS NTP伺服器硬體？
不同的網路計時選項各有利弊。雖然精確度絕對是正面的因素，但若要為每一台連網的機器都配備直接連結至Stratum 1來源的裝置，其成本可能會過於昂貴。或者，你可能會發現你的系統控制應用程式更重視本地同步，而非匹配外部UTC來源。
如何找出符合你目的的時間解決方案？專用GPS NTP伺服器具有許多優點。
可合法溯源的時間
可溯源性（Traceability）描述了你的時間估算結果與特定參考之間的關係。舉例來說，在網路計時的世界裡，你可以建立一個可溯源性鏈，將你的計時測量與其來源連結起來。然後，你就可以使用此鏈來滿足合法（Legal）的要求。
例如，你可將計算測量結果時所使用的各個來源的不確定性相加，進而為利害關係人及使用者，提供測量結果總模糊性（Ambiguity）的精確估算。這樣的精確度，在關鍵應用需要計時的時候非常重要，例如：
財務交易（Financial Transaction）
製造控制（Manufacturing Control）
網路運作（Network Operation）
商業投資（Commercial Venture）
視訊監控（Video Surveillance）
提供可溯源時間的網路時間伺服器，可讓你在合法上更有地位。可溯源時間估算可讓你以不確定性測量的形式，提供額外的精確度，有助於你避免因不可避免的誤差造成損失，而被視為應負責任。
廣泛的標準符合性
最有效的伺服器不僅使用NTP。它們也熟悉PTP和其他標準。這表示你可將它們無縫整合至各種網路規劃中。
這種靈活性也延伸至計時架構（Timekeeping Architecture）的時鐘來源端。伺服器除了美國的全球定位系統（U.S. Global Positioning System）之外，也可以使用其他地球同步衛星星群，例如：俄羅斯的GLONASS系統，以取得合法可溯源的時間。這種做法很有優勢，因為採用更多資料點的系統可以產生更快、更精確的時間和定位估算。它們也可透過乙太網路接受各種同步訊號，因此可建立符合你的目的和預算限制的客製化執行方案。
你應該尋找哪些功能？請留意以下的有利條件：
NTP及IEEE 1588 PTP用戶端和伺服器功能
GPS或GNSS參考
MD5雜湊認證（Hash Authentication）
用於安全通訊的SSH
IPv6相容性
功能特性與外型
隨著越來越多的企業、非營利機構及消費者，將運算作業轉移至雲端及其他獨特的網路架構，他們所使用的硬體也必須隨之進化。即使你將時間設備設置在室內，堅固耐用的重要性亦是不言而喻。
舉例來說，如果空調處理器在盛夏發生故障，你有信心你的伺服器能承受酷熱的自動化倉庫中的濕度嗎？如果你資料中心的基礎架構管理系統發生故障呢？你的設備應該針對相當廣泛的環境及電源供應條件進行評估，以確保意外發生時，不會造成營運連續性的缺口。
除此之外，請記住穩健性不只是物理實體上的，可靠的時間伺服器，即使在沒有衛星連線的情況下，也能正常運作。在訊號遺失的情況下，它們會使用高準確度的內部振盪器，來持續計算極小秒數的流逝。由於製造商會在伺服器失去訊號源的鎖定時，以極高的精確度校準這些裝置，因此振盪器可以補償任何漂移，直到GPS衛星或其他訊號源的訊號恢復為止。
其他功能讓你更容易建立獨特的網路，而不只是記錄時間。例如，有些伺服器具有可程式化的繼電器（Programmable Relay），你可根據自訂的每日排程來切換電路開關。
實施優異的網路計時 - 刻不容緩
你有許多選擇來建立有效的網路時間同步，但有一件事是你無法負擔的，那就是：一概不理。雖然硬體成本等因素的考量是再自然不過的事，但從長遠來看，投資於計時伺服器（Timekeeping Server）可為你節省金錢，因為：
最小化你的組織責任
更容易維持同步性
運作更精確
為你的客戶提供更高階的服務準確性
在建立網路時，選擇網路計時伺服器可能不是你唯一的考量，但絕對是最重要的考量之一。無論你是依賴IEEE 1588、或決定堅持使用合法可溯源時間的NTP運作，你的伺服器都需要提供經驗證過的可靠性、穩定性和彈性，以推動你的營運向前邁進。
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