科技

網路時間標準NTP、PTP是什麼?Meta為何引進PTP?有助於元宇宙嗎?

數位時代
更新於 2022年12月13日01:39 • 發布於 2022年12月13日01:37

積極開發元宇宙的科技巨頭Meta Platforms, Inc.近日宣布引進新的網路時間標準PTP(Precision Time Protocol,精確時間協議)於內部系統,以取代原有的NTP(Network Time Protocol,網路時間協議),保持資料中心(data center)內所有伺服器的時間精準度。

PTP是什麼?Meta為什麼要引入新時間協定?

廣告(請繼續閱讀本文)

網路上所有活動都仰賴於眾多伺服器,這些可能分布在不同位置的伺服器需要彼此同步,以確保時間準確無誤;假如出現任何誤差,就可能導致網路延遲、錯誤甚至是斷線,因此對於資料中心營運商來說,內部每個伺服器的時鐘都必須保持同步。而該同步過程的核心關鍵就是「網路時間標準」。

Meta近日宣布於自家資料中心的網路系統中,採用同步電腦時間的協議PTP,以利伺服器時間的同步速度達到奈秒(nanoseconds)等級,並取代精度為毫秒(milliseconds)的先前技術NTP。也就是說,PTP在速度上的表現無疑優於NTP,並有效減少伺服器之間的時間誤差。

PTP的應用除了提高時間精準度,還能改善Meta旗下所有服務的體驗,包括在Facebook與Instagram上建立與觀看Reels、利用Messenger進行文字與語音聊天,以及在元宇宙Horizon Worlds中展開探索。另外,官方也指出,PTP可能實現跨資料中心的GPU(圖形處理單元)同步,甚至開發人工智慧(AI)的潛能,且PTP亦助於保持未來系統的同步,故其有望成為元宇宙技術的基礎要件之一。

廣告(請繼續閱讀本文)
Horizon Worlds是一款由Meta Platforms開發的虛擬世界遊戲。在這個VR社群平台上,玩家可以舉辦活動、玩遊戲、進行社交活動。

Meta表示目前已經成功在部分設施試用PTP,希望未來可以拓展到資料中心內所有系統。不過Meta項目負責人Ahmad Byagowi與工程師Oleg Obleukhov也提到,雖然PTP比NTP更精確,但前者對於硬體的要求也更加嚴格,於是便有內部工程師發現部分硬體裝置的設計與PTP並不符。

此外,Meta還另外開發一項名為Time Appliance的專用設備,透過一種高精準度的時鐘:原子鐘,用來幫助伺服器確定目前時間。

NTP又是什麼?為什麼相對PTP時間較不精準?

因應早期利用網路同步電腦時間的需求,NTP早在1985年就問世,由美國電腦工程師兼德拉瓦大學教授Dave Mills所設計,是目前仍在使用最古老、最穩定的網際網路協定(TCP/IP)之一。

NTP可將網路上的電腦時間同步至UTC(世界協調時間,Coordinated Universal Time)的毫秒誤差內,並採用Marzullo演算法來選擇準確的時間伺服器,減輕網路延遲的影響,在國際上提供統一的時間。

為了尋求並提供精確時間,NTP的時間伺服器會與客戶端交換時間,其再利用對方給予的資料計算延遲或誤差秒數,並重新調整伺服器時間。NTP傳輸UTC時間的模式為階層狀,第零層接收「真實時間」的衛星系統為所有時鐘的參考,並將時間傳到第一層,第一層再傳到第二層,第二層接著傳到第三層,如此一來可以避免請求量過大的情況,相對的時間精準度可能也會隨著階層下降。

NTP時間傳輸階層式架構圖。

而作為開源(open source)標準,NTP最初是在Linux與類UNIX平台上開發,因此大部分Linux系統都包含NTP,而在macOS與Windows這兩個常見的作業系統中,也都內建有NTP的同步應用程式。此外,NTP亦應用於日常生活與各種產業,如電信業傳輸數據、衛星導航定位與一般企業的上班打卡等,可說是扮演了相當重要的角色。

速度更快、誤差更少,PTP逐漸崛起

PTP的前身為IEEE 1588-2002,其開發者兼《Measurement, Control and Communication Using IEEE 1588》一書的作者John C. Eidson表示,IEEE 1588旨在填補NTP和GPS兩協議之間的利基市場,不僅提供優於NTP的精準度,其成本也低於GPS接收器,適用距離亦比GPS訊號遠、廣。PTP正式發布於2002年,可用於軟硬體中,並持續針對準確度與穩定性推出新版本。

其同步模式採用主從式(master-slave architecture)架構,指每個PTP網域內只有一個主時鐘(grandmaster clock),主時鐘可直接收到衛星系統的時間,故其最為穩定、精準,在節點底下接收的則為從屬時鐘,換言之,主時鐘與從屬時鐘同步時間後,後者會再將精確資料送到不同設備。PTP亦使用最佳主時鐘演算法(Best master clock algorithm),自動選擇每個網域內的主要時鐘。

PTP之所以優於NTP,Meta指出是因為前者擁有硬體時間戳(Timestamps)與透明時鐘(Transparent clock),比起利用在應用層紀錄時間戳的NTP,PTP利用實體層(硬體)更能將延遲降到最低,並計算出以供接收端計算自己與網路時間的誤差,透明時鐘則是用來測量通訊介質的延遲,再交由系統補足延誤的時間。

目前,PTP已應用於路由器與交換器的開發,微軟推出的Windows Server 2022、Windows Server 2019與Windows 10(1809版),也提供使用者透過PTP同步時間;Amazon旗下的串流影片編碼服務AWS Elemental Live亦可開啟PTP時間。半導體公司Silicon Labs則是在2019年收購Qulsar的PTP軟體與模組,希望加速推出實體層的時脈產品,因應行動網路設施等市場需求。

Windows Server 2022系統預覽圖。

Meta也表示,隨著5G世代的到來,電信產業也開始大力支持PTP,期盼旗下資料中心可以擴大使用PTP。在台灣,中華電信現也已推出PTP校時服務,主打「用戶可透過光纖連接至中華電信主時鐘,取得比NTP更精確、更低延遲的時間源,並應用於金融交易、高頻交易、導航、智慧網路、廣播系統、電力網等環境」。

PTP的時代要來了嗎?總結PTP與NTP比較

比起PTP,成本、硬體要求皆較低的NTP現今仍較為廣泛使用,但是無論是商業還是科技,可能都會越來越講究時間的精準度。在Meta宣布採用PTP後,為追求相同利益,或許會出現更多大廠仿效,一同積極支持PTP發展。

NTP與PTP特色比較

網路時間協議 NTP 精確時間協議 PTP 年份 1985 2002 時間戳位置 應用層 實體層(硬體) 誤差/速度單位 毫秒 奈秒 精確度 敗(2-3毫秒) 勝(20-30奈秒) 成本 偏低 偏高 硬體要求 較低 較高 客戶端數量 基本上無限制 取決於網域如何配置 範圍 多用於公共、廣域廣路,也可用於區域網路 廣域、區域網路 優勢 泛用、延展性好、性能穩定 面對高精準時間同步需求漸增,PTP可能取代NTP

《數位時代》整理、製表

資料來源:DatacenterdynamicssiliconANGLEMakeUseOfTimeToolsGeeksforGeeksEngineering at Meta

責任編輯:林美欣

延伸閱讀

Meta員工匿名批評:祖克柏痴迷元宇宙「拖死」公司、還把錯誤當進步
祖克柏才嘲諷蘋果,WhatsApp近5億用戶資料被偷!駭客直接「叫賣」
「加入《數位時代》LINE好友,科技新聞不漏接」

查看原始文章