비대칭 지연으로 네트워크에서 클록 동기화

컴퓨터에 초기화되지 않은 정확한 시계가 있다고 가정하십시오. 즉, 컴퓨터 시계의 시간은 실시간 + 일정한 오프셋입니다. 컴퓨터가 네트워크에 연결되어 있으며이 오프셋을 사용하여 상수 오프셋 B 를 결정하려고합니다.$B$ .

간단한 방법은 컴퓨터가 현지 시간 을 기록하여 시간 서버에 쿼리를 보내는 것 $B + C_1$입니다. 시간 서버 한번에 쿼리를 수신 $T$ 및 포함 된 응답 송신 $T$ 시간에 그것을 수신 한 클라이언트, 다시 $B + C_2$ . 그런 다음 $B + C_1 \le T \le B + C_2$ , 즉 $T - C_2 \le B \le T - C_1$ 입니다.

네트워크 전송 시간과 서버 처리 시간이 대칭이면 $B = T - \dfrac{C_1 + C_2}{2}$ . 내가 아는 한,야생에서 사용되는 시간 동기화 프로토콜인NTP는이 가정에 따라 작동합니다.

지연이 대칭이 아닌 경우 정밀도를 어떻게 향상시킬 수 있습니까? 일반적인 인터넷 인프라에서이 비대칭 성을 측정하는 방법이 있습니까?

비대칭을 측정 할 수 없음

아니요, 비대칭 성을 측정 할 수 없습니다. 이 두 가지 통신 다이어그램을 고려하십시오. 첫 번째는 음의 클럭 오프셋과 동일한 지연이며 두 번째는 클럭 오프셋이없고 두 번째는 완전히 비대칭 지연입니다 (동일한 왕복 시간).

주목해야 할 것은 PC와 서버의 관점에서 볼 때 두 상호 작용이 정확히 동일하다는 것입니다. 그들은 동시에 메시지를받습니다. 그들은 동시에 메시지를 보냅니다.

PC 타임 라인을 '잡아서'슬라이드하여 각 케이스에 대해 메시지 전송 / 수신 포인트를 고정하여 더 많은 사례를 만들 수 있습니다. 발생하는 비대칭은 클럭 오프셋에 의해 정확히 무시됩니다. 실제로, 왕복 시간이 여전히 같은 한 메시지를 한 방향으로 BACKWARDS IN TIME으로 보낼 수 있으며 서버 / 클라이언트는 여전히 말할 수 없습니다!

따라서 지연 시간 비대칭 성을 측정하는 것은 불가능합니다. 지연 시간이 양수이고 왕복 시간을 합한 것 이외의 정보가없는 최악의 경우 클럭 동기화의 정확도는 왕복 시간으로 제한됩니다.

중간 인프라가 도움이 될 수 있습니까?

중간 인프라가 도움이 될 수 있는지 여부는 이론적 상황 모델에 크게 의존합니다.

비대칭이 일정하고 중간 인프라가 사용자와 서버 사이의 통신 경로에있는 라우터 인 경우 아니요. 각 라우터가 시계를 인접한 라우터와 동기화하더라도 라우터를 통한 통신을 통해 서버와 동기화 한 것과 같은 방식으로 오류가 발생합니다.

실제 환경에서는 아키텍처상의 이유로 지연이 다소 대칭적인 지연, 큐잉 지연 등으로 인한 비대칭을 줄이기 위해 반복되는 동기화 및 다른 종류의 비대칭을 줄이기위한 여러 통신 경로에 의존 할 수 있습니다.

모델의 가정을 중간에 어딘가에 놓으면 (물론 모델 공간을 탐색하는 것이 흥미 롭기 때문에) 결과는 중간에 있어야합니다.

동기식으로 알려진 시간 서버 네트워크, 및 클라이언트 시스템 $\theta = \{A, B, C\}$$P$ .

하자 기계에서 비행의 편도 시간이 X 머신에 Y 가능성과 함께, 그 T X Y ≠ T Y $T_{XY}$$X$$Y$$T_{XY}\neq T_{YX}$ .

하자 기계 X 와 Y 사이의 비대칭의 척도$\Delta_{XY} = |T_{XY} - T_{YX}|$$X$$Y$ .

이제 두 동기 기계 간의 비대칭 성을 동기 기계가 일방 메시지를 동시에 보내도록 동의함으로써 측정 할 수 있다고 생각하십시오. 도착 시간의 차이는 기계 사이의 .$\Delta$

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

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

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

측정 할 수 있습니다.

이제 회로 비행 시간을 고려하십시오.

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

, C B A 로 표시.$P \rightarrow B \rightarrow A \rightarrow P$$C_{BA}$

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

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

클라이언트 시스템 가 두 회로를 동시에 시작하고 도착 시간의 차이 x를 측정하는 것을 고려하십시오 .$P$$x$

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

와 Δ A B 는 모두 앞에서 언급 한 측정으로 알려져 있으므로 미지수를 왼쪽으로 이동합니다.$x$$\Delta_{AB}$

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

마찬가지로 및 { C B C , C C B }의 경우 다음과 같이 표시 될 수 있습니다.$\{C_{AC}, C_{CA}\}$$\{C_{BC}, C_{CB}\}$

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

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

주의 깊게 살펴보면 입니다. 왼쪽은 측정에서 알려진 값을 포함하고 오른쪽은 3 개의 방정식에서 3 개의 미지수를 포함합니다.$\Delta_{XY} \equiv \Delta_{YX}$

동시에 해결

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

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

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

어디,

$r = x - \Delta_{AB}$

$s = y - \Delta_{BC}$

$t = z - \Delta_{CA}$

엔드 포인트 만 제어하는 ​​경우 당신은 할 수 없습니다. Craig의 답변을 참조하십시오.

Bingo의 답변과 같이 더 많은 컴퓨터와 더 복잡한 컴퓨터 세트를 추가하더라도 동기화 된 컴퓨터는 다른 컴퓨터에 즉시 액세스 할 수있는 컴퓨터로 줄일 수 있습니다 (지연 = 0).$T_{XY}$

공지 사항 당신이 경우에 것을 , 당신이 얻을 Δ P = Δ B P = Δ C P = 0 .$T_{AB} = T_{BC} = T_{CA} = 0$$\Delta_{AP} = \Delta_{BP} = \Delta_{CP} = 0$

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

, Δ P A = T P A − T A P 아님$\Delta_{PA} = |T_{PA} - T_{AP}|$$\Delta_{PA} = T_{PA} - T_{AP}$

그리고 두 번째를 사용하면 가정을 사용할 수 없습니다 (이를 사용 하지 않으면 최종 방정식이 서로 상쇄됩니다).$\Delta_{XY} \equiv \Delta_{YX}$

그래서 어떻게 할 수 있습니까? 우편으로 정말 좋은 시계를 보내십시오. ;)

또는 이들 사이의 모든 노드를 제어 할 수있는 경우 각 패킷을 처리하는 시간을 확인하고 각 연속 쌍 사이의 지연을 계산할 수 있습니다. 동일한 물리적 매체를 양방향으로 사용하는 경우에는 대칭이어야합니다.

일반적인 상대성을 설명하고 동시성이 존재하지 않음을 기억해야합니다.

NTP는 실제로 "오프셋"을 계산하기 위해 4 개의 시간 측정 을 사용합니다. 그것들은 클라이언트에서 서버로, 클라이언트로 패킷의 왕복에서 "시간 포인트"이지만 시간 오프셋으로 간주 될 수있다. 클라이언트와 서버간에 시간 오프셋을 해제 할 수 있지만 로컬 경과 시간 오프셋을 정확하게 계산할 수 있다고 가정합니다.$t_0, t_1, t_2, t_3$

리턴 패킷을 수신 한 클라이언트는 4 개의 값을 모두 가지며 실제 오프셋을 계산합니다. 일단 클라이언트와 서버 사이의 상대 오프셋이 계산되면, "절대 시간"오프셋이 동기화 될 수있다. 즉, 클라이언트는 로컬 시간 오프셋, 즉 "델타"로 측정 된 서버 정확한 오프셋을 정확하게 추정 할 수있다.

$t_0$
$t_1$
$t_2$
$t_3$

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

$t_1 - t_0$$t_3 - t_2$

네트워크에서 지연 시간은 주로 대기 시간과 대역폭의 두 가지 요인으로 인해 발생합니다.

• 대기 시간은 새 [소형] 패킷을 전송할 때 라우터에서 잠시 지연되는 것으로 각 라우터마다 대략 다른 상수입니다. traceroute 유틸리티를 사용하여 측정 할 수 있습니다 .
• 대역폭은 대량의 데이터가 전송 될 수있는 속도입니다 (예 : "업로드 및 다운로드 시간"). 또한 원격 "대역폭 측정"웹 사이트를 통해 측정 할 수 있습니다.

$t_1 - t_0$$t_3 - t_2$

NTP에 사용되는 오프셋 계산 정확도를 향상시키고 임의의 네트워크 지연 시간을 어느 정도 수정할 수있는 기본 알고리즘은 프로세스를 여러 번 반복하고 "쐐기 산포도의 정점"을 사용하는 것입니다. 이것은 David Mills에 의해 NTP 에서이 PPT 의 슬라이드 10에있는 "시계 필터 알고리즘"에서 볼 수 있습니다 . Mills의 시계 필터 알고리즘 도 참조하십시오 . (일반 코드가 여러 서버를 허용하도록 작성되었지만 단일 서버와 클라이언트간에 계속 사용할 수 있습니다.) 이것은 NTP 아키텍처 및 알고리즘에 설명 된 "완화 알고리즘"의 일부입니다 .

우리가 제 시간에 패킷을 다시 보낼 수 있다면

가정 :

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

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

여기에 나에게 절대적으로 설득력이있어 바보 같은 방식으로 절대 잘못 될 수있는 아이디어가 있습니다.

$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] 가정은 자연스럽고 필요하다고 생각합니다. 우리의 동기화 시도 동안 각 수량이 너무 많이 변하지 않기를 바랍니다 .