ماهو NTP فى عالم التقنية Network Time Protocol وكيف يعمل

ماهو Network Time Protocol

Mahmoud Ezz

ماهو NTP فى عالم التقنية Network Time Protocol وكيف يعمل

ستجد فى هذا المقال

Toggle

ماهو NTP فى عالم التقنية Network Time Protocol

ما هو بروتوكول توقيت الشبكة (NTP)؟

بروتوكول توقيت الشبكة (NTP) هو بروتوكول إنترنت يُستخدم لمزامنة توقيت ساعة الكمبيوتر مع مصادر التوقيت في الشبكة. يُعتبر NTP جزءًا من مجموعة بروتوكولات TCP/IP، ويُعد من أقدم البروتوكولات في هذه المجموعة. يشير مصطلح NTP إلى كل من البروتوكول والبرامج التي تعمل بنمط العميل-الخادم على أجهزة الكمبيوتر.

تم تطوير NTP بواسطة ديفيد ميلز، أستاذ في جامعة ديلاوير، في عام 1981. تم تصميمه ليكون موثوقًا وذا قدرة عالية على التحمل وقابلًا للتوسع، مع دعم المزامنة الزمنية.

كيف يعمل بروتوكول توقيت الشبكة (NTP)؟

تمر عملية مزامنة الوقت باستخدام NTP عبر ثلاث خطوات رئيسية:

بدء التبادل الزمني: يقوم عميل NTP ببدء تبادل طلب الوقت مع خادم NTP.
حساب التأخيرات والتعديل: بعد ذلك، يتمكن العميل من حساب تأخير الرابط (link delay) والانحراف المحلي (local offset)، ويقوم بضبط ساعته المحلية لتتوافق مع الساعة الموجودة على جهاز الخادم.
تكرار الت exchanges: عادةً ما تتطلب العملية إجراء ستة تبادلات على مدى خمس إلى عشر دقائق لضبط الساعة بشكل أولي.

بمجرد أن يتم التزامن، يقوم العميل بتحديث ساعته تقريبًا كل عشر دقائق، وعادةً ما يتطلب ذلك تبادل رسالة واحدة فقط، بالإضافة إلى عملية التزامن بين العميل والخادم. يحدث هذا التبادل عبر بروتوكول UDP على المنفذ 123. كما يدعم NTP أيضًا مزامنة البث (broadcast synchronization) لساعات أجهزة الكمبيوتر المتصلة بالشبكة.

لماذا يُعتبر بروتوكول توقيت الشبكة (NTP) مهمًا وكيف يُستخدم؟

تعتبر دقة الوقت لجميع الأجهزة على شبكة الكمبيوتر أمرًا حيويًا للعديد من الأسباب، حيث يمكن أن تتسبب الفروق حتى في جزء من الثانية في حدوث مشاكل.

بعض الأمثلة على كيفية استخدام NTP تشمل:

الإجراءات الموزعة: تعتمد العمليات الموزعة على توقيت منسق لضمان اتباع التسلسلات الصحيحة.
آليات الأمان: تعتمد آليات الأمان على الحفاظ على وقت متسق عبر الشبكة لضمان سلامة البيانات.
تحديثات نظام الملفات: تعتمد تحديثات نظام الملفات التي تُنفذ عبر عدة أجهزة على توافق توقيت الساعات لضمان عدم فقدان البيانات.
أنظمة تسريع الشبكة وإدارة الشبكات: تعتمد هذه الأنظمة على دقة الطوابع الزمنية (timestamps) لقياس الأداء وحل المشكلات.

بفضل NTP، يمكن للشبكات الحفاظ على تنسيق زمني دقيق، مما يسهم في تحسين الكفاءة والأمان.

ما هي ميزات بروتوكول توقيت الشبكة (NTP)؟

يوجد الآلاف من خوادم NTP حول العالم، والتي تتمتع بإمكانية الوصول إلى ساعات ذرية دقيقة للغاية وساعات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). تتطلب هذه الخدمات الزمنية أجهزة استقبال متخصصة للتواصل مباشرة مع خوادم NTP. ومن غير العملي أو الفعال من الناحية الاقتصادية تجهيز كل جهاز كمبيوتر بأحد هذه الأجزة. بدلاً من ذلك، يتم تجهيز أجهزة كمبيوتر معينة تُعتبر خوادم زمنية رئيسية بأجهزة الاستقبال هذه، وتستخدم بروتوكولات مثل NTP لمزامنة توقيت الساعات لأجهزة الكمبيوتر المتصلة بالشبكة.

الميزات الرئيسية لـ NTP تشمل:

دقة عالية: يستخدم NTP توقيت عالمي منسق (UTC) لمزامنة توقيت ساعات الكمبيوتر بدقة عالية.
دقة في الشبكات الصغيرة: يمكن أن تصل دقة المزامنة في الشبكات المحلية (LAN) إلى 1 مللي ثانية، بينما تكون في حدود عشرات المللي ثانية عبر الإنترنت.
عدم احتساب المناطق الزمنية: لا يأخذ NTP في الاعتبار المناطق الزمنية؛ بل يعتمد على الجهاز المضيف لإجراء تلك العمليات الحسابية.

بفضل هذه الميزات، يُعتبر NTP أداة أساسية لتحقيق توقيت دقيق ومتسق في الشبكات المختلفة.

ما هي مستويات الستراتوم (Stratum Levels)؟

تُعرّف مستويات الستراتوم (strata) على أنها درجات الفصل عن مصدر توقيت عالمي منسق (UTC). تشمل مستويات الستراتوم المختلفة ما يلي:

Stratum 0: هو ساعة مرجعية تتلقى الوقت الحقيقي من جهاز إرسال مخصص أو نظام ملاحة عبر الأقمار الصناعية. يتم تصنيفها كستراتوم 0.
Stratum 1: هو جهاز مرتبط مباشرة بالساعة المرجعية.
Stratum 2: هو جهاز يتلقى توقيته من جهاز مُصنف كستراتوم 1.
Stratum 3: هو جهاز يتلقى توقيته من جهاز مُصنف كستراتوم 2.

تستمر تصنيفات الستراتوم بعد ذلك، حيث تقل الدقة مع كل درجة إضافية من الفصل.

الجوانب الأمنية لـ NTP

على صعيد الأمان، يعاني NTP من ثغرات معروفة. يمكن استغلال البروتوكول واستخدامه في هجمات حجب الخدمة (denial-of-service) لسببين:

يقوم البروتوكول بالرد على حزمة بيانات ذات عنوان IP مزور.
على الأقل واحدة من أوامره المدمجة ترسل ردًا طويلاً على طلب قصير.

تتطلب هذه الثغرات أخذ الاحتياطات اللازمة لضمان أمان الشبكة.

ما هي مزايا NTPv4؟

NTPv4 هو الإصدار الحالي من بروتوكول توقيت الشبكة، وقد تم تقديمه بواسطة مجموعة هندسة الإنترنت في طلب التعليقات (RFC) 5905 في عام 2010. يتمتع NTPv4 بالقدرة على التوافق مع الإصدار السابق NTPv3، الذي يعتمد على RFC 1305 ويعود تاريخه إلى عام 1992. كما أنه متوافق مع إصدارات NTP الأخرى.

مزايا NTPv4 تشمل:

رأس بروتوكول مُعدل: يدعم NTPv4 عائلة العناوين الخاصة بـ IP النسخة 6، مما يضمن تكامله مع الشبكات الحديثة.
تحسين الخوارزميات: تم تحسين خوارزميات التخفيف والانضباط، مما يعزز الدقة لتصل إلى عشرات الميكروثواني، مما يجعله مثاليًا لمحطات العمل، الكمبيوترات المحمولة، والأجهزة المحمولة والشبكات المحلية (LAN).
وظيفة اكتشاف الخادم: تتضمن NTPv4 وظيفة تسهل تحديد تكوين الخادم، مما يسهل عملية الإعداد والإدارة.

كيف يتم الحصول على معلومات الوقت؟

يمكن لأجهزة الشبكات استقصاء خوادم المضيفين والاستماع لبث NTP للحصول على معلومات الوقت.

ارتباطات NTP المعتمدة على الاستقصاء

أكثر أوضاع الارتباط المعتمدة على الاستقصاء شيوعًا هي وضع العميل ووضع النشط المتناظر. توفر هذه الأوضاع درجة عالية من الدقة والموثوقية لتوقيت.

وضع العميل: يتم تعيين أجهزة الشبكة إلى مضيفي تقديم الوقت الذين تقوم باستقصائهم للحصول على الوقت الصحيح. تختار الجهاز المضيف للتزامن معه ولا تقدم أي معلومات مرة أخرى إلى المضيف. يُعتبر هذا النهج الأفضل للعملاء مثل خوادم الملفات ومحطات العمل التي لا تتزامن مع عملاء آخرين.
وضع النشط المتناظر: يقوم الجهاز باستقصاء مضيفه للحصول على الوقت الصحيح، ويستجيب أيضًا للاستقصاءات من مضيفيه، مما يجمع معلومات تتعلق بالوقت من أجهزة الشبكة. يعمل هذا الوضع بشكل أفضل عندما تكون عدة خوادم مرتبطة باستخدام مسارات شبكة متنوعة.

الارتباطات المعتمدة على البث في NTP

تعتبر الارتباطات المعتمدة على البث في NTP أقل دقة وموثوقية مقارنةً بتلك المعتمدة على الاستقصاء، لكنها فعّالة في الشبكات المحلية ذات النطاق الترددي المحدود أو موارد الذاكرة ووحدة المعالجة المركزية (CPU).

وضع البث في NTP

في وضع البث، تستمع أجهزة الشبكة إلى حزم البث الخاصة بـ NTP التي ترسلها خوادم الوقت. تتدفق معلومات الوقت في اتجاه واحد فقط، مما يجعل هذا الأسلوب مناسبًا للشبكات المحلية التي تتطلب تزامنًا أساسيًا دون الحاجة إلى التعقيدات.

ما هو بروتوكول توقيت الشبكة البسيط (SNTP)؟

قد يكون NTP معقدًا جدًا لبعض الأنظمة، لذا يتوفر بروتوكول توقيت الشبكة البسيط (SNTP). يُعتبر SNTP نسخة مبسطة من NTP، حيث يفتقر إلى بعض المكونات الداخلية.

ميزات SNTP

التزامن مع خوادم NTP: يقوم SNTP بمزامنة الوقت مع خوادم NTP.
تطويره لأجهزة الكمبيوتر الصغيرة: تم تطويره لأجهزة الكمبيوتر الأقل قوة، مما يجعله يحتاج إلى ذاكرة وموارد CPU أقل مقارنةً بـ NTP.
جزء من TCP/IP: يستخدم SNTP بروتوكول UDP على المنفذ 123.
استخدامه في التطبيقات البسيطة: يُستخدم SNTP في التطبيقات التي لا تتطلب تزامنًا دقيقًا في الوقت.

بفضل هذه الميزات، يُعتبر SNTP خيارًا مثاليًا للأنظمة التي تحتاج إلى توقيت بسيط وفعال دون التعقيدات المرتبطة بـ NTP.