การซิงโครไนซ์นาฬิกาในเครือข่ายที่มีความล่าช้าไม่สมมาตร

สมมติว่าคอมพิวเตอร์มีนาฬิกาที่แม่นยำซึ่งไม่ได้กำหนดค่าเริ่มต้น นั่นคือเวลาบนนาฬิกาของคอมพิวเตอร์คือเวลาจริงบวกบางส่วนคงที่ คอมพิวเตอร์มีการเชื่อมต่อเครือข่ายและเราต้องการที่จะใช้การเชื่อมต่อที่เพื่อตรวจสอบอย่างต่อเนื่องชดเชยB$B$

วิธีการง่ายๆคือคอมพิวเตอร์ส่งแบบสอบถามไปยังเซิร์ฟเวอร์เวลาสังเกตเวลาท้องถิ่นC_1 เซิร์ฟเวอร์เวลาที่ได้รับแบบสอบถามในเวลาและส่งข้อความตอบกลับที่มีกลับไปยังลูกค้าซึ่งได้รับมันในเวลาที่C_2 แล้วเช่นC_1$B + C_1$T B + C 2 B + C 1 ≤ T ≤ B + C 2 T - C 2 ≤ B ≤ T - C $T$$T$$B + C_2$$B + C_1 \le T \le B + C_2$$T - C_2 \le B \le T - C_1$

หากเวลาที่ส่งผ่านเครือข่ายและเวลาการประมวลผลเซิร์ฟเวอร์สมมาตรแล้ว{2} เท่าที่ฉันรู้แล้วNTPซึ่งเป็นโปรโตคอลการซิงโครไนซ์เวลาที่ใช้ใน wild จะทำงานกับสมมติฐานนี้$B = T - \dfrac{C_1 + C_2}{2}$

จะปรับปรุงความแม่นยำได้อย่างไรถ้าความล่าช้าไม่สมมาตร มีวิธีวัดความไม่สมดุลนี้ในโครงสร้างพื้นฐานอินเทอร์เน็ตทั่วไปหรือไม่?

ไม่สามารถวัดความไม่สมดุล

ไม่คุณไม่สามารถวัดความไม่สมดุลได้ พิจารณาไดอะแกรมการสื่อสารสองรายการนี้อันแรกที่มีออฟเซ็ตนาฬิกาเชิงลบและความล่าช้าเท่ากันและครั้งที่สองที่ไม่มีออฟเซ็ตนาฬิกาและความล่าช้าแบบอสมมาตรทั้งหมด (แต่เวลาเดินทางรอบเดียวกัน)

สิ่งสำคัญที่ควรสังเกตคือจากมุมมองของทั้งพีซีและเซิร์ฟเวอร์การโต้ตอบทั้งสองนั้นเหมือนกันทุกประการ พวกเขาได้รับข้อความในเวลาเดียวกัน พวกเขาส่งข้อความในเวลาเดียวกัน

คุณสามารถสร้างกรณีเพิ่มเติมได้โดย 'คว้า' ไทม์ไลน์ของพีซีและ 'เลื่อน' มันโดยจับจุดรับ / ส่งข้อความที่คงที่เทียบกับไทม์ไลน์ของตน ความไม่สมดุลของสาเหตุที่คุณทำนั้นตรงข้ามกับเวลาของนาฬิกา ในความเป็นจริงคุณสามารถทำให้ข้อความย้อนกลับไปได้ในคราวเดียว (ตราบใดที่เวลาไปกลับยังคงเหมือนเดิม) และเซิร์ฟเวอร์ / ไคลเอ็นต์ยังไม่สามารถบอกได้!

ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะวัดความไม่สมดุลของความล่าช้า ในกรณีที่เลวร้ายที่สุดที่คุณไม่มีข้อมูลอื่นนอกจากเวลาแฝงทางเดียวนั้นเป็นบวกและรวมกับเวลาไปกลับความแม่นยำของการซิงโครไนซ์นาฬิกาจะถูก จำกัด ไว้ที่เวลาไปกลับ

โครงสร้างพื้นฐานระดับกลางสามารถช่วยได้หรือไม่

ไม่ว่าโครงสร้างพื้นฐานระดับกลางจะช่วยได้หรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับแบบจำลองเชิงทฤษฎีของสถานการณ์

หากความไม่สมมาตรคงที่และโครงสร้างพื้นฐานระดับกลางเป็นเราเตอร์บนเส้นทางการสื่อสารระหว่างคุณและเซิร์ฟเวอร์ดังนั้นไม่ แม้ว่าเราเตอร์แต่ละตัวจะซิงโครไนซ์นาฬิกาของพวกเขากับเราเตอร์ที่อยู่ติดกันข้อผิดพลาดจะรวมกันในลักษณะเดียวกับที่คุณซิงโครไนซ์กับเซิร์ฟเวอร์ผ่านการสื่อสารข้ามเราเตอร์

ในโลกแห่งความเป็นจริงคุณสามารถพึ่งพาความล่าช้าได้ค่อนข้างสมมาตรด้วยเหตุผลทางสถาปัตยกรรมการซิงโครไนซ์ซ้ำเพื่อลดความไม่สมดุลเนื่องจากการรอคิว (ฯลฯ ) และเส้นทางการสื่อสารหลายเส้นทางเพื่อลดความไม่สมดุลอื่น ๆ

หากคุณตั้งสมมติฐานของแบบจำลองไว้ที่ใดที่หนึ่ง (เพราะน่าสนใจในการสำรวจพื้นที่จำลอง) ฉันคาดว่าผลลัพธ์ควรอยู่ในตำแหน่งเดียวกัน

พิจารณาเครือข่ายเซิร์ฟเวอร์เวลาที่รู้จักกันเป็นซิงโครที่และเครื่องไคลเอนต์P$\theta = \{A, B, C\}$$P$

ให้เป็นครั้งวิธีหนึ่งของเที่ยวบินจากเครื่องไปยังเครื่องมีความเป็นไปได้ที่{} X Y T X Y ≠ T Y $T_{XY}$$X$$Y$$T_{XY}\neq T_{YX}$

ให้จะเป็นตัวชี้วัดของความไม่สมดุลระหว่างเครื่องและYX $\Delta_{XY} = |T_{XY} - T_{YX}|$$X$$Y$

ตอนนี้ให้พิจารณาว่าความไม่สมดุลระหว่างเครื่องซิงโครนัสสองเครื่องสามารถวัดได้โดยให้เครื่องซิงโครนัสตกลงที่จะส่งข้อความทางเดียวให้กันในเวลาเดียวกัน ความแตกต่างในเวลาที่มาถึงคือระหว่างเครื่องเหล่านั้นคือ:$\Delta$

$\Delta_{AB} = |T_{AB} - T_{BA}|$

$\Delta_{BC} = |T_{BC} - T_{CB}|$

$\Delta_{CA} = |T_{CA} - T_{AC}|$

สามารถวัดได้

พิจารณาเวลาของการบินของวงจร:

, แสดงโดย C B ,$P \rightarrow A \rightarrow B \rightarrow P$$C_{AB}$

, แสดงโดย C $P \rightarrow B \rightarrow A \rightarrow P$$C_{BA}$

$C_{AB} = T_{PA} + T_{AB} + T_{BP}$

$C_{BA} = T_{PB} + T_{BA} + T_{AP}$

พิจารณาเครื่องไคลเอนต์เพื่อเริ่มต้นวงจรทั้งสองพร้อมกันและวัดความแตกต่างในเวลาที่มาถึงx :$P$$x$

$x = C_{AB} - C_{BA} = \Delta_{PA} + \Delta_{AB} + \Delta_{BP}$

ทั้งและΔ A Bเป็นที่รู้จักจากการวัดที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ดังนั้นการย้ายสิ่งแปลกปลอมไปทางด้านซ้ายมือ$x$$\Delta_{AB}$

$x - \Delta_{AB} = \Delta_{PA} + \Delta_{BP}$

ในทำนองเดียวกันสำหรับและ{ C B C , C C B }ก็สามารถที่จะแสดงให้เห็นว่า:$\{C_{AC}, C_{CA}\}$$\{C_{BC}, C_{CB}\}$

$y - \Delta_{BC} = \Delta_{PB} + \Delta_{CP}$

$z - \Delta_{CA} = \Delta_{PC} + \Delta_{AP}$

การตรวจสอบอย่างรอบคอบเราทราบว่า X ด้านซ้ายมีค่าที่ทราบจากการวัดทางด้านขวาประกอบด้วย 3 unknowns ใน 3 สมการ$\Delta_{XY} \equiv \Delta_{YX}$

การแก้ปัญหาพร้อมกัน

$\Delta_{AP} = \frac{r + s - t}{2}$

$\Delta_{BP} = \frac{r - s + t}{2}$

$\Delta_{CP} = \frac{t - r + s}{2}$

ที่ไหน

$r = x - \Delta_{AB}$

$s = y - \Delta_{BC}$

$t = z - \Delta_{CA}$

หากคุณควบคุมเฉพาะจุดสิ้นสุด คุณทำไม่ได้ ดูคำตอบของ Craig

แม้ว่าคุณจะเพิ่มเครื่องจักรมากขึ้นและชุดคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อนมากขึ้นเช่นเดียวกับคำตอบของ Bingo คุณสามารถลดการใช้เครื่องจักรที่ทำให้เครื่องซิงโครไนซ์เข้าถึงผู้อื่นได้ทันที (ล่าช้า = 0)$T_{XY}$

ขอให้สังเกตว่าถ้าคุณทำคุณจะได้รับΔ P = Δ B P = Δ C P = 0$T_{AB} = T_{BC} = T_{CA} = 0$$\Delta_{AP} = \Delta_{BP} = \Delta_{CP} = 0$

แล้วมีอะไรผิดปกติ? $x = C_{AB}-C_{BA} = \Delta_{PA}+\Delta_{AB}+\Delta_{BP}$

ไม่ใช่ Δ P A = T P A - T A $\Delta_{PA} = |T_{PA} - T_{AP}|$$\Delta_{PA} = T_{PA} - T_{AP}$

และถ้าคุณใช้สองแล้วคุณไม่สามารถใช้สมมติฐาน (และถ้าคุณไม่ได้ใช้นี้สมการสุดท้ายของคุณยกเลิกแต่ละอื่น ๆ )$\Delta_{XY} \equiv \Delta_{YX}$

ดังนั้นคุณจะทำอย่างไร ส่งนาฬิกาที่ดีจริงๆผ่านทางไปรษณีย์ ;)

หรือถ้าคุณสามารถควบคุมโหนดทั้งหมดระหว่างพวกเขาคุณสามารถตรวจสอบเวลาในการประมวลผลแต่ละแพ็คเก็ตและคำนวณการหน่วงเวลาระหว่างคู่ที่ต่อเนื่องกันซึ่งควรจะสมมาตรหากพวกเขาใช้สื่อทางกายภาพเดียวกันทั้งสองวิธี

คุณอาจต้องคำนึงถึงทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปและจำไว้ว่าไม่มีความพร้อมกัน

NTPใช้การวัดแบบ 4 ครั้งเพื่อคำนวณ "offset" พวกเขาเป็น "จุดเวลา" ในการเดินทางไปกลับของแพ็กเก็ตจากไคลเอนต์ไปยังเซิร์ฟเวอร์กลับไปยังไคลเอนต์ แต่ถือได้ว่าเป็นการชดเชยเวลา มันสันนิษฐานว่าการชดเชยเวลาสามารถปิดระหว่างไคลเอนต์และเซิร์ฟเวอร์ แต่ทั้งคู่สามารถนับเวลาที่ผ่านไปในประเทศชดเชยอย่างถูกต้อง$t_0, t_1, t_2, t_3$

ไคลเอ็นต์หลังจากได้รับแพ็กเก็ตคืนมีค่าทั้งหมด 4 ค่าและคำนวณออฟเซ็ตจริง เมื่อคำนวณออฟเซ็ตสัมพัทธ์ระหว่างไคลเอนต์และเซิร์ฟเวอร์ออฟเซ็ต "เวลาสัมบูรณ์" สามารถซิงโครไนซ์นั่นคือลูกค้าสามารถประเมินเซิร์ฟเวอร์ออฟเซ็ตที่วัดได้อย่างแม่นยำ wrt ออฟเซ็ตเวลาท้องถิ่นของมันคือ "เดลต้า"

= เวลา [ชดเชย] ส่งไปที่ลูกค้า t 1 = เวลา [ชดเชย] recd ที่เซิร์ฟเวอร์ t 2 = เวลา [ชดเชย] ส่งที่เซิร์ฟเวอร์ t 3 = เวลา [ชดเชย] recd ที่ลูกค้า$t_0$
$t_1$
$t_2$
$t_3$

สูตรจริงคือ$\theta = {(t_1 - t_0) + (t_2 - t_3) \over 2}$

หมายเหตุสูตรนี้สามารถจัดการกับกรณีที่เวลาจากไคลเอนต์ไปยังเซิร์ฟเวอร์ไม่เหมือนกับจากเซิร์ฟเวอร์ไปยังไคลเอ็นต์t 3 - t 2 (สั้นหรือยาวกว่า)$t_1 - t_0$$t_3 - t_2$

บนเครือข่ายเวลาหน่วงเวลาเกิดจากปัจจัยหลักสองประการคือความหน่วงแฝงและแบนด์วิดท์เป็นหลัก

• latency คือความล่าช้าเล็กน้อยในเราเตอร์เมื่อส่งแพ็กเก็ต [เล็ก] ใหม่และมีค่าคงที่แตกต่างกันอย่างคร่าวๆ สามารถวัดได้ด้วยยูทิลิตีtraceroute
• แบนด์วิดท์คืออัตราที่ข้อมูลจำนวนมากสามารถส่งได้เช่น "อัพโหลดเทียบกับเวลาดาวน์โหลด" และยังสามารถวัดได้จากเว็บไซต์ "วัดแบนด์วิดท์" ระยะไกล

$t_1 - t_0$$t_3 - t_2$

อัลกอริทึมพื้นฐานในการปรับปรุงความแม่นยำของการคำนวณออฟเซ็ตที่ใช้ใน NTP (และสามารถแก้ไขได้ในระดับความหน่วงแฝงของเครือข่ายแบบสุ่ม) คือการทำซ้ำกระบวนการหลายครั้งและใช้ "ยอดของลิ่มกระจาย" สิ่งนี้สามารถเห็นได้จาก "อัลกอริธึมตัวกรองสัญญาณนาฬิกา" บนสไลด์ 10 ของPPTนี้บน NTPโดย David Mills ดูอัลกอริธึมตัวกรองสัญญาณนาฬิกาโดย Mills (หมายเหตุก็ยังสามารถได้รับการว่าจ้างระหว่างเซิร์ฟเวอร์เดียวและลูกค้าแม้ว่ารหัสทั่วไปจะถูกเขียนมาเพื่อช่วยให้เซิร์ฟเวอร์หลาย.) นี้เป็นส่วนหนึ่งของ "ขั้นตอนวิธีการบรรเทาผลกระทบ" ที่อธิบายไว้ในNTP สถาปัตยกรรมและขั้นตอนวิธี

ถ้าเพียง แต่เราสามารถส่งแพ็กเก็ตย้อนเวลากลับไป

สมมติฐาน:

$(B+C_2) - T_b = T_f - (B+C_1)$

$T_f - (B + C_2) = (B + C_1) - T_b$

นี่คือความคิดที่ฟังดูน่าเชื่อถือสำหรับฉันและอาจผิดไปอย่างสิ้นเชิง

$N_1$$N_2$$C_1$$C_2$$\delta = C_1 - C_2$$d_{1 \to 2}$$d_{2 \to 1}$

$N_1$$T_1^m$$N_2$$T_2^r$$C_2$$D$

$\qquad\begin{align*} T_2^r - T_1^m &= d_{1 \to 2} + \delta \\ T_1^r - T_2^m &= d_{2 \to 1} - \delta \\ D &= d_{1 \to 2} + d_{2 \to 1} \end{align*}$

$\delta$

1] ฉันคิดว่าสมมติฐานเป็นไปตามธรรมชาติและจำเป็น พวกเขาสามารถได้รับการพิสูจน์ด้วยความหวังว่าปริมาณที่เกี่ยวข้องไม่เปลี่ยนแปลงมากเกินไปในช่วงระยะเวลาของการพยายามซิงโครไนซ์ของเรา