16 - Netzwerkprotokoll NTP

1. Wofür steht NTP?

NTP steht für Network Time Protocol - also Netzwerk-Zeitprotokoll.

Es ist ein Protokoll zur Synchronisation der Systemzeit zwischen Rechnern über ein Netzwerk oder das Internet.

NTP sorgt dafür, dass alle beteiligten Systeme möglichst exakt die gleiche Uhrzeit verwenden - idealerweise bis in den Millisekundenbereich.

2. Welche Besonderheiten muss ein Zeitprotokoll berücksichtigen?

Zeit ist im Netzwerk kein einfacher Wert. Es gibt mehrere technische Herausforderungen:

1. Latenz (Verzögerung)

Ein Paket braucht Zeit vom Client zum Server.
Wenn ein Zeitserver sagt: "Es ist 12:00:00", kommt diese Information nicht exakt zu diesem Zeitpunkt an.

Das Protokoll muss daher:

• Hin- und Rücklaufzeiten messen
• Verzögerungen berechnen
• asymmetrische Laufzeiten berücksichtigen

2. Jitter

Die Netzwerkverzögerung ist nicht konstant.
Sie schwankt. Diese Schwankung nennt man Jitter.

NTP muss daher:

• mehrere Zeitabfragen durchführen
• Mittelwerte bilden
• Ausreißer verwerfen

3. Drift (Uhrenabweichung)

Jede Hardware-Uhr driftet.
Selbst hochwertige Quarze weichen über Zeit leicht ab.

NTP musst:

• nicht nur einmalig korrigieren
• sondern kontinuierlich nachregeln
• die lokale Uhr langsam "ziehen" (slew), statt abrupt zu springen

4. Hierarisches System (Stratum)

NTP arbeitet mit sogenannten Stratum-Leveln:

• Stratum 0 ⟶ Atomuhren / GPS
• Stratum 1 ⟶ direkt mit Stratum 0 verbunden
• Stratum 2 ⟶ synchronisiert mit Stratum 1
• usw.

Je niedriger das Stratum, desto näher an der Referenzzeit.

Das verhindert Zeit-Chaos im Internet.

3. Warum ist Zeitsynchronisation technisch notwendig?

1. Active Directory & Kerberos

Kerberos-Authentifizierung toleriert nur geringe Zeitabweichungen (standardmäßig ±5 Minuten).

Wenn Client und Domaincontroller zu stark abweichen:

⟶ Anmeldung schlägt fehl.

2. Log-Dateien

Ohne synchronisierte Zeit:

• Der Serverlog sagt: 10:00
• Die Firewall sagt 09:57
• Der Client sagt: 10:03

Fehleranalyse wird unmöglich.

3. Zertifikate

TLS-Zertifikate haben:

• gültig ab
• gültig bis

Falsche Systemzeit ⟶ Zertifikat ungültig.

4. Replikation & Datenbanken

Cluster-Systeme benötigen konsistente Zeitstempel.

Kurz gesagt:
Zeit ist eine sicherheitskritische Infrastrukturkomponente im Netzwerk.

4. Welchen Port nutzt NTP?

NTP verwendet:

• UDP Port 123

Wichtig:

NTP nutzt UDP, nicht TCP.

Warum UDP?

• geringe Latenz
• geringer Overhead
• Zeitabgleich benötigt keine verbindungsorientierte Kommunikation

5. Grundlegende Funktionsweise von NTP

Der Client sendet eine Anfrage an einem Zeitserver.

Der Server antwortet mit:

• Zeitstempel beim Empfang
• Zeitstempel beim Senden

Der Client berechnet daraus:

• Laufzeit
• Zeitdifferenz
• Offset

Anschließend wird die lokale Uhr angepasst.

Das geschieht nicht abrupt, sondern meist durch leichtes Beschleunigen oder Verlangsamen der Systemzeit.

-- Praktischer Teil - Windows --

6. Aktuelle Zeitquelle und Abweichung anzeigen

Öffne eine Eingabeaufforderung als Administrator.

Aktuelle Zeitquelle anzeigen:

Das zeigt, von welchen Server dein Rechner aktuell die Zeit bezieht.

Status anzeigen (inkl. Abweichung):

Wichtige Felder:

• Source
• Stratum
• Last Successful Sync Time
• Offset

Der Offset zeigt, wie stark dein System aktuell abweicht.

7. Zeitsynchronisation unter Windows Konfigurieren

Windows verwendet den Dienst:

Windows-Zeitgeber (w32time)

Methode 1 - Grafisch

Systemsteuerung ⟶ Datum und Uhrzeit ⟶ Internet ⟶ Einstellungen ändern

Dort kann man:

• NTP-Server festlegen (z. B. time.windows.com)
• Synchronisierung aktivieren

Methode 2 - Per Kommandozeile

Zeitserver setzen:

Dienst neu starten:

Sofort synchronisieren:

8. Zeit vom Domänencontroller beziehen

In einer Active Directory Umgebung gilt:

• Clients synchronisieren mit dem Domaincontroller
• Der PDC-Emulator synchronisiert mit einer externen Zeitquelle

Das ist ein hierarchisches Modell.

Auf einem Domainclient:

sollte als Quelle erscheinen:

Domänencontroller

9. Zeitsync-Service prüfen

Dienststatus anzeigen:

Dienst: Windows-Zeitgeber
Startup-Typ sollte auf: "Automatisch" stehen.