Concepts techniques

Equinix Precision Time reçoit l'heure exacte des sources GNSS, puis utilise des protocoles horaires standard pour distribuer cette heure sur le réseau.

La source de temps de précision

Precision Time fournit une heure précise à partir du système mondial de navigation par satellite (GNSS), y compris le système mondial de positionnement (GPS), à l'aide de récepteurs GNSS.

Sources de temps GNSS et redondance

L'infrastructure Precision Time utilise des récepteurs GNSS redondants capables de recevoir le signal GPS avec précision pour fournir une heure exacte. En outre, les récepteurs GNSS sont équipés d'horloges atomiques au Rubidium pour assurer la précision de la synchronisation si, pour une raison quelconque, la connectivité au signal GPS est perdue.

Le récepteur GNSS et les antennes utilisés dans l'infrastructure Precision Time peuvent recevoir des signaux provenant de plusieurs constellations GNSS, notamment GPS L1, GLONASS L1, BeiDou B1, Galileo E1 et QZSS L1. Ensemble, ces sources de temps fournissent plusieurs niveaux de redondance.

Precision Time Server 1 et Time Server 2 reçoivent chacun l'heure d'une horloge GPS distincte : l'une provient de la chaîne de synchronisation de la ville de New York (NY) et l'autre de la chaîne de synchronisation de la Silicon Valley (SV), ce qui garantit la redondance des sources de synchronisation indépendantes.

Horloges de grand maître et précision du maintien de l'ordre

Les horloges grand maître compatibles avec le GNSS utilisent des oscillateurs au rubidium qui offrent une précision inférieure à la microseconde lorsqu'ils sont verrouillés avec la source GNSS (GPS). Même en cas de perte de connectivité avec la source, le service peut maintenir un niveau de précision inférieur à la microseconde.

Si un récepteur GNSS fournissant l'heure précise à l'infrastructure Precision Time perd la connectivité avec les constellations de satellites, le service s'appuie sur des mécanismes de redondance intégrés. Lorsque toutes les sources de signaux GNSS, y compris le GPS et d'autres constellations, sont indisponibles, l'oscillateur au rubidium de chaque horloge grand maître assure le maintien de la synchronisation. Cela permet au service de maintenir une précision de synchronisation allant jusqu'à 1,5 milliseconde sur une période de 24 heures.

Serveurs de temps et lieux de service

Au sein d'un emplacement de service Precision Time donné (par exemple, Silicon Valley ou New York), deux sources de temps de référence GNSS redondantes fournissent l'heure à toutes les instances de serveurs de temps. Tous les serveurs de synchronisation d'un même lieu de service utilisent la même source de temps sous-jacente, ce qui garantit une livraison cohérente et synchronisée du temps.

Lorsque deux connexions de service sont provisionnées pour le même emplacement de service Precision Time, les sources de temps de référence GNSS sous-jacentes sont partagées entre les deux connexions. Cependant, chaque connexion de service EPT est soutenue par sa propre instance de serveur de synchronisation isolée. Bien que la référence GNSS soit commune, le serveur de temps EPT 1 sur une connexion de service n'est pas la même instance que le serveur de temps EPT 1 sur l'autre. Les serveurs de synchronisation ne partagent pas le trafic ou le traitement et fonctionnent indépendamment les uns des autres.

Les serveurs de temps sont des serveurs physiques équipés de cartes NIC très performantes, où une paire d'espaces de noms est créée à partir de deux serveurs différents. Un serveur fonctionne en tant que serveur de temps 1 et l'autre serveur en tant que serveur de temps 2.

Protection contre les interférences GNSS

Les services GNSS sont susceptibles de subir des interférences dues au brouillage, qui se produit lorsqu'un signal est diffusé sur la même fréquence que les signaux GNSS, les noyant ainsi, et au spoofing, lorsqu'un "faux" signal est diffusé directement vers une antenne cible, l'amenant à converger vers une solution incorrecte.

Precision Time protège ses signaux de synchronisation GNSS à l'aide d'une technologie de pare-feu GNSS intégrée au sein de ses serveurs GNSS. Cette capacité est fournie par l'intégration du logiciel BroadShield d'Orolia avec les récepteurs GNSS. Les signaux GNSS sont surveillés en permanence pour détecter tout signe de brouillage ou d'usurpation. Lorsque des interférences sont détectées, la liaison GNSS avec l'antenne est désactivée et l'heure continue d'être servie à l'aide de l'oscillateur au rubidium intégré dans les serveurs GNSS.

note

L'intégration du logiciel BroadShield d'Orolia n'est pas disponible dans les centres de services de Hong Kong.

L'infrastructure de Precision Time est hébergée dans des centres de données IBX sécurisés au sein de cages contrôlées et n'est pas exposée aux réseaux publics. Le service est fourni sur le réseau privé Equinix Fabric à l'aide de l'adressage RFC 1918, ce qui garantit que tout le trafic de chronométrage reste isolé de l'internet public. L'accès à l'infrastructure est strictement contrôlé et limité au personnel autorisé.

Precision Time Mise en œuvre du Grand Maître

Le grand maître visible par les clients dans le service Precision Time est une implémentation matérielle personnalisée et horodatée développée par Equinix pour prendre en charge la multi-location sécurisée. Chaque service Precision Time dispose d'un processus unique qui le dessert, avec une isolation totale, via une connexion virtuelle Equinix Fabric. Cela vous permet d'ajuster des paramètres tels que les adresses IP, les domaines et les valeurs de priorité en fonction de votre environnement local. Toute la configuration du réseau et du protocole dans le service est adaptée à votre connexion et aucun élément de protocole n'est partagé avec d'autres.

Le seul élément partagé entre les différentes connexions des clients est la base de temps stable pour les horodatages matériels. Et sur chaque site du service Precision Time, Equinix exploite plusieurs serveurs GNSS protégés par des mesures anti-brouillage et anti-spoofing, reliés entre eux par du matériel White Rabbit. Ces serveurs créent la base de temps stable utilisée par toutes nos instances Precision Time Grandmaster.

Protocoles temporels pris en charge

Precision Time prend en charge deux protocoles horaires pour synchroniser les horloges sur un réseau :

• Protocole de temps réseau (NTP)
• Protocole de temps de précision (PTP)

Bien que la précision du temps du PTP soit meilleure que celle du NTP, le NTP a la capacité de synchroniser plus d'appareils sur le réseau avec une faible surcharge du réseau.

Un réseau peut être configuré pour utiliser l'un ou l'autre protocole. Dans les deux cas, le temps provient du service Precision Time et est distribué aux appareils connectés pour la synchronisation.

PTP et NTP utilisent le protocole UDP (User Datagram Protocol) pour la synchronisation du temps :

• PTP utilise le port UDP 319 pour les messages d'événements et le port 320 pour les messages généraux.
• NTP utilise le port UDP 123 pour la communication client-serveur.

Précision et synchronisation

La précision est définie comme l'écart maximal entre l'heure fournie par le service et le temps universel coordonné (UTC). La précision la plus élevée est obtenue lorsque les clients se connectent dans le même métro que le service Precision Time. La précision pour les connexions à distance peut varier légèrement.

Precision Time est surveillé en permanence à l'aide d'une plateforme mondiale de surveillance des accords de niveau de service (SLA) afin de garantir des performances constantes.

Précision de synchronisation typique observée dans les environnements de production :

• NTP : 30-100 microsecondes ou moins (99,9e percentile), en fonction des performances du réseau.
• PTP : 1-10 microsecondes ou moins (99,9ème percentile), en fonction des performances du réseau.

Accords de niveau de service NTP

Precision Time ne fournit pas d'accord de niveau de service pour la précision de NTP. Dans les déploiements de production au même endroit, la précision typique observée est de 30 à 100 microsecondes ou moins au 99,9e percentile. Pour les connexions distantes ou les chemins de réseau plus variables, la précision observée peut se situer dans la plage de 1 à 10 millisecondes, en fonction des conditions du réseau et du déploiement.

SLA	Requirements to Meet SLA	Comments
99.9%	Use at least one Fabric port or virtual device.	Connect to any available service location as described in Service Locations.
99.999%	Use two Fabric ports or virtual devices on primary and secondary networks, with separate Precision Time connections.	For each service connection, connect to any available service location as described in Service Locations. Connecting to two different service locations will help achieve an additional level of geo-redundancy.

Accords de niveau de service PTP

Le service Precision Time PTP offre un SLA de précision de 50 microsecondes ou moins, en fonction de l'architecture du réseau et des conditions de déploiement. En général, la précision est de 5 à 10 microsecondes. Si vous consommez le service localement dans le même métro, la précision peut atteindre 1 à 2 microsecondes.

Le SLA de précision s'applique aux connexions locales. La précision pour les connexions à distance peut varier légèrement.

SLA	Requirements to Meet SLA	Comments
99.9%	Use at least one Fabric port.	Connect to any available service location as described in Service Locations.
99.999%	Use two separate Fabric ports created on primary and secondary Fabric networks. Create two separate Precision Time service connections using each Fabric port.	For each service connection, connect to any available service location as described in Service Locations. Connecting to two different service locations will help achieve an additional level of geo-redundancy.

Manipulation à la seconde près

Precision Time reçoit les mises à jour des secondes intercalaires de l'Internet Assigned Numbers Authority (IANA) et applique ces mises à jour à l'aide d'équipements spécialisés dans le chronométrage afin de maintenir l'alignement avec le temps universel coordonné (UTC).

Protocole de temps réseau (NTP)

Precision Time prend en charge ces normes NTP :

• NTPv3 (RFC 1305)
• NTPv4 (RFC 5905)

NTP est un protocole de réseau standard et léger utilisé pour la synchronisation des horloges. Il est destiné à synchroniser les ordinateurs participants d'un réseau à quelques millisecondes près par rapport à l'heure UTC. Les serveurs NTP synchronisent les appareils d'un réseau à l'aide de GNSS ou d'autres serveurs de temps qui remontent à une véritable source de temps par l'intermédiaire d'un réseau de pairs.

Les serveurs NTP de Precision Time fonctionnent au niveau de strate 1, ce qui signifie qu'ils sont directement synchronisés avec des horloges de référence très précises.

NTP est généralement décrit comme un système client-serveur, mais il peut tout aussi bien être utilisé dans des relations pair-à-pair, où chaque pair peut agir comme une source de temps potentielle. Bien que NTP soit facile à configurer, il peut être moins sûr que PTP lorsqu'il est utilisé sur l'internet public.

Precision Time NTP utilise la correction des secondes intercalaires, les secondes intercalaires étant appliquées directement par l'infrastructure de chronométrage pour maintenir l'alignement avec le temps universel coordonné (UTC). Le smearing et le slewing des secondes intercalaires ne sont pas utilisés.

Precision Time NTP est fourni via une connexion privée et sécurisée utilisant Equinix Fabric avec isolation VRF, de sorte que des mécanismes d'authentification supplémentaires ne sont pas nécessaires. L'authentification MD5 est prise en charge pour les configurations NTP Enterprise, tandis que d'autres mécanismes tels que NTS ne sont pas pris en charge.

Precision Time ne prend actuellement en charge que la connectivité IPv4. IPv6 n'est pas pris en charge.

Protocole de temps de précision (PTP)

Precision Time prend en charge la norme IEEE 1588-2008, intitulée "Protocole de synchronisation d'horloge de précision pour la mesure et le contrôle en réseau" et communément appelée Precision Time Protocol v2, ou PTP.

Un serveur PTP (également connu sous le nom d'horloge grand maître) synchronise le temps sur un réseau avec une précision inférieure à la microseconde. Pour atteindre cette précision, le protocole PTP exige que tous les appareils synchronisés disposent d'un contrôleur d'interface réseau (NIC) prenant en charge l'horodatage matériel. Cette exigence s'étend aux infrastructures de réseau intermédiaires telles que les routeurs et les commutateurs.

Le protocole PTP est couramment utilisé dans les systèmes qui requièrent un temps très précis, tels que les systèmes de mesure et de contrôle. Le protocole est actuellement utilisé pour synchroniser les transactions financières, les transmissions des tours de téléphonie mobile et les réseaux acoustiques sous-marins.

L'horodatage matériel synchronise l'horloge matérielle PTP directement avec la source de temps. Les paquets sont horodatés au niveau de l'interface réseau, avant d'entrer dans le noyau ou l'espace utilisateur, ce qui élimine les retards de traitement et améliore la précision.

L'horodatage logiciel synchronise l'horloge du système et est généralement utilisé par NTP. Étant donné que les horodatages sont générés dans un logiciel, cette approche est plus sensible aux retards de traitement et offre une précision moindre par rapport à l'horodatage matériel.

Precision Time prend en charge les configurations PTP multicast avec distribution de l'heure de bout en bout depuis l'horloge grand maître jusqu'aux appareils clients. Des serveurs de temps redondants permettent un basculement et un repli automatiques.

Precision Time utilise la valeur TTL (Time to Live) par défaut pour les paquets PTP multicast, qui est de 64. Cette valeur n'est pas explicitement configurable dans le service et est contrôlée par l'implémentation PTP sous-jacente.

Les valeurs de domaine dans PTP sont utilisées pour isoler les domaines de synchronisation et n'indiquent pas la source ou la traçabilité du temps.

Precision Time a été initialement lancé avec une valeur de domaine par défaut de 30 pour différencier le service des environnements clients qui utilisent généralement le domaine 0. Cette valeur par défaut n'indique pas l'utilisation d'un oscillateur interne ou un manque de traçabilité.

Precision Time reste entièrement traçable au temps universel coordonné (UTC) grâce à des sources de temps GNSS redondantes et à une infrastructure de chronométrage distribuée dans les sites de service.

Le numéro de domaine PTP et les paramètres associés, y compris la priorité et le débit de paquets, peuvent être configurés dans le portail client. Les nouvelles connexions se font désormais par défaut sur le domaine 0.

Precision Time fournit des paramètres de serveur PTP par défaut qui peuvent être utilisés pour configurer la priorité et la sélection de l'horloge côté client :

• Priorité1 : 128
• Priorité 2 : 128
• clockClass : 13

Precision Time est conforme à la norme SMPTE 2110-10, qui est basée sur la norme IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP).

Principales composantes du service

Le diagramme ci-dessous présente les principaux composants de service d'un système Precision Time déployé à l'échelle mondiale. Le diagramme détaille le métro de New York et montre un appareil à Toronto connecté au service Precision Time.

Définitions

• Antenne GPS - Une antenne GPS est un dispositif qui reçoit les signaux radioélectriques distincts envoyés par les satellites GPS. Les antennes convertissent les signaux GPS en signaux électroniques qu'elles diffusent ensuite aux récepteurs GPS.
• Serveur de temps de réseau GPS - Les serveurs de temps de réseau GPS sont des dispositifs informatiques qui reçoivent l'heure très précise du système GPS et diffusent cette heure aux horloges des dispositifs déployés sur le réseau (y compris les routeurs, les commutateurs et d'autres serveurs). En règle générale, les serveurs de temps prennent en charge le protocole NTP ou PTP pour la synchronisation des horloges.
• Horloge grand maître - Les horloges grand maître reçoivent des informations temporelles basées sur l'UTC à partir d'une référence temporelle externe, le plus souvent une source satellite GNSS (par exemple, GPS). Cette heure est ensuite distribuée en aval aux horloges des appareils clients. Lorsqu'elle reçoit avec succès un signal de référence, l'horloge grand maître en déduit l'heure exacte.
• Horloge frontière - Un bloc frontière (BC) est un nœud d'horloge qui possède deux ports ou plus. Par exemple, un routeur ou un commutateur Ethernet peut être capable de fonctionner comme un BC. Un BC possède généralement un port jouant le rôle d'horloge secondaire, les autres ports jouant le rôle d'horloge maîtresse.
• Equinix Fabric - Connecte de manière sécurisée, directe et dynamique des infrastructures distribuées et des écosystèmes numériques à l'aide de la plateforme mondiale Equinix. Utilisez le Customer Portal pour établir des connexions réseau sécurisées, à la demande, de centre de données à centre de données en connectant vos centres de données aux ports Equinix Fabric. Pour plus de détails, consultez la documentation Fabric.