Conceitos técnicos

O Equinix Precision Time recebe a hora precisa de fontes GNSS e usa protocolos de tempo padrão do setor para distribuir essa hora pela rede.

A origem do Precision Time

O Precision Time obtém a hora precisa a partir do Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS), incluindo o Sistema de Posicionamento Global (GPS), utilizando receptores GNSS.

Fontes de tempo GNSS e redundância

A infraestrutura de tempo de precisão usa receptores GNSS redundantes capazes de receber sinal de GPS com precisão para fornecer tempo preciso. Além disso, os receptores GNSS são equipados com relógios atômicos de Rubídio para fornecer precisão de tempo de retenção se, por qualquer motivo, a conectividade com o sinal de GPS for perdida.

O receptor GNSS e as antenas usadas na infraestrutura de Tempo de Precisão podem receber sinais de várias constelações GNSS, incluindo GPS L1, GLONASS L1, BeiDou B1, Galileo E1, e QZSS L1. Juntas, essas fontes de tempo fornecem vários níveis de redundância.

O Servidor de Tempo de Precisão 1 e o Servidor de Tempo 2 recebem cada um a hora de um relógio GPS separado: um proveniente da cadeia de temporização da cidade de Nova Iorque (NY) e o outro da cadeia de temporização do Vale do Silício (SV), garantindo redundância entre fontes de temporização independentes.

Relógios Grandmaster e Precisão de Retenção

Os relógios de grande mestre habilitados para GNSS usam osciladores de Rubídio que fornecem precisão de até sub-microssegundos quando bloqueados com a fonte GNSS (GPS). Mesmo com uma perda de conectividade com a fonte, o serviço pode manter um nível de precisão de até menos de microssegundo.

Se um receptor GNSS que fornece tempo preciso para a infraestrutura de Tempo de Precisão perder a conectividade com as constelações de satélite, o serviço depende de mecanismos de redundância integrados. Quando todas as fontes de sinal GNSS, incluindo GPS e outras constelações, estão indisponíveis, o oscilador de Rubídio dentro de cada relógio do grande mestre fornece o tempo de espera. Isso permite que o serviço mantenha a precisão do tempo dentro de 1,5 microssegundos durante um período de 24 horas.

Servidores de Horário e Locais de Serviço

Dentro de um determinado local de serviço de Tempo de Precisão (por exemplo, Vale do Silício ou Nova York), duas fontes redundantes de tempo de referência GNSS fornecem tempo para todas as instâncias do servidor de tempo. Todos os servidores de cronometragem no mesmo local de serviço usam a mesma fonte de tempo subjacente, garantindo entrega de tempo consistente e sincronizada.

Quando duas conexões de serviço são provisionadas para o mesmo local de serviço Tempo de precisão, as origens de tempo de referência GNSS subjacentes são compartilhadas entre ambas as conexões. No entanto, cada conexão de serviço EPT é apoiada por sua própria instância de servidor de temporização isolada. Embora a referência GNSS seja comum, o Servidor de Horário EPT 1 em uma conexão de serviço não é a mesma instância do Servidor de Horário EPT 1 na outra. Os servidores de temporização não compartilham tráfego ou processamento e operam independentemente uns dos outros.

Os servidores de tempo são servidores físicos equipados com placas NIC de alto desempenho, onde um par de namespaces é criado a partir de dois servidores diferentes. Um servidor opera como Servidor de horário 1 e o outro como Servidor de horário 2.

Proteção contra interferências GNSS

Os serviços GNSS são suscetíveis a interferências causadas por bloqueios, que ocorrem quando um sinal é transmitido na mesma frequência que os sinais GNSS, anulando-os, e por falsificação, quando um sinal "falso" é transmitido diretamente para uma antena alvo, fazendo com que ela convirja para uma solução incorreta.

O Precision Time protege seus sinais de temporização GNSS usando a tecnologia de firewall GNSS integrada em seus servidores GNSS. Essa capacidade é fornecida através da integração do software Orolia BroadShield com os receptores GNSS. Os sinais GNSS são monitorados continuamente quanto a sinais de congestionamento ou falsificação. Quando a interferência é detectada, o link do GNSS para a antena é desativado e o tempo continua a ser servido usando o oscilador de Rubídio integrado aos servidores GNSS.

observação

A integração do software Orolia BroadShield não está disponível nos locais de serviço em Hong Kong.

A infraestrutura de tempo de precisão é hospedada em data centers IBX seguros dentro de cages controlados e não é exposta a redes públicas. O serviço é fornecido pela rede Equinix Fabric privada usando endereçamento RFC 1918, garantindo que todo o tráfego de temporização permaneça isolado da Internet pública. O acesso à infraestrutura é estritamente controlado e limitado ao pessoal autorizado.

Implementação do Grandmaster de tempo de precisão

O grande mestre que é visível para os clientes no serviço Tempo de precisão é uma implementação personalizada de carimbo de data e hora de hardware desenvolvida pela Equinix para suportar multi-tenancy seguro. Cada serviço de tempo de precisão tem um processo exclusivo que o atende, com isolamento total, por meio de uma conexão virtual Equinix Fabric. Isso permite que você ajuste configurações como endereços IP, domínios e valores de prioridade para corresponder ao seu ambiente local. Toda a configuração de rede e protocolo no serviço é personalizada para sua conexão, e nenhum elemento de protocolo é compartilhado com outras pessoas.

O único componente compartilhado entre diferentes conexões de clientes é a base de tempo estável para carimbos de data/hora de hardware. E em cada local de serviço de Tempo de Precisão, a Equinix opera vários servidores GNSS que são protegidos por medidas anti-interferência e anti-spoofing, vinculados com o hardware White Rabbit. Esses servidores criam a base de tempo estável que todas as nossas instâncias do Precision Time Grandmaster usam.

Protocolos de horário suportados

O Precision Time suporta dois protocolos de tempo para sincronizar relógios em uma rede:

• Protocolo de Tempo de Rede (NTP)
• PTP (Precision Time Protocol, protocolo de tempo de precisão)

Embora a precisão temporal do PTP seja melhor que a do NTP, o NTP tem a capacidade de sincronizar mais dispositivos na rede com baixa sobrecarga de rede.

Uma rede pode ser configurada para usar qualquer um dos protocolos. Em ambos os casos, o tempo é originado do serviço Precision Time e distribuído para dispositivos conectados para sincronização.

O PTP e o NTP usam o UDP (User Datagram Protocol, protocolo de datagrama do usuário) para sincronização de hora:

• O PTP usa a porta UDP 319 para mensagens de eventos e a porta 320 para mensagens gerais.
• O NTP usa a porta UDP 123 para comunicação cliente-servidor.

Precisão e sincronização

A precisão é definida como o desvio máximo entre o tempo entregue pelo serviço e o Tempo Universal Coordenado (UTC). Para pacotes PTP, a origem e o destino devem estar no mesmo metrô. Para pacotes NTP, a precisão das conexões remotas pode variar um pouco.

O tempo de precisão é monitorado continuamente usando uma plataforma de monitoramento de SLA (Service Level Agreement, contrato de nível de serviço) global para garantir um desempenho consistente.

Precisão típica de sincronização observada em ambientes de produção:

• NTP: 30-100 microssegundos ou menos (percentil 99,9), dependendo do desempenho da rede.
• PTP: 1-10 microssegundos ou menos (percentil 99,9), dependendo do desempenho da rede.

Contratos de nível de serviço NTP

O tempo de precisão não fornece um SLA de precisão para o NTP. Em implantações de produção no mesmo metro, a precisão típica observada é de 30-100 microssegundos ou menos no percentil 999. Para conexões remotas ou caminhos de rede mais variáveis, a precisão observada pode estar dentro da faixa de 1-10 milissegundos, dependendo das condições da rede e da implantação.

SLA	Requisitos para atender ao SLA	Comentários
99.9%	Use pelo menos uma porta fabric ou dispositivo virtual.	Conecte-se a qualquer local de serviço disponível, conforme descrito em Locais de serviço.
99.999%	Use duas portas de fabric ou dispositivos virtuais em redes primária e secundária, com conexões de tempo de precisão separadas.	Para cada conexão de serviço, conecte-se a qualquer local de serviço disponível, conforme descrito em Locais de serviço. A conexão com dois locais de serviço diferentes ajudará a alcançar um nível adicional de redundância geográfica.

Contratos de Nível de Serviço PTP

O serviço Precision Time PTP fornece um SLA de precisão de 50 microssegundos ou menos, dependendo da arquitetura de rede e das condições de implantação. Normalmente, a precisão é de até 5-10 microssegundos.

SLA	Requisitos para atender ao SLA	Comentários
99.9%	Use pelo menos uma porta fabric.	Conecte-se a um local de serviço no mesmo metrô que a porta fabric, conforme descrito em Locais de serviço.
99.999%	Use duas portas de fabric separadas criadas em redes de fabric primária e secundária. Crie duas conexões de serviço Precision Time separadas usando cada porta de fabric.	Para cada conexão de serviço, conecte-se a um local de serviço no mesmo metrô que sua porta fabric, conforme descrito em Locais de serviço. O uso de portas fabric em diferentes áreas metropolitanas fornece redundância geográfica adicional.

Manuseio de segundos bissextos

O Precision Time recebe atualizações bissexto da IANA (Internet Assigned Numbers Authority) e aplica essas atualizações usando equipamentos especializados em cronometragem para manter o alinhamento com o UTC (Coordinated Universal Time, horário universal coordenado).

Protocolo de Tempo de Rede (NTP)

O Precision Time é compatível com estes padrões NTP:

• NTPv3 (RFC 1305)
• NTPv4 (RFC 5905)

O NTP é um protocolo de rede leve e padrão usado para sincronização do relógio. Ele destina-se a sincronizar os computadores participantes em uma rede para dentro de alguns milissegundos do UTC. Os servidores NTP sincronizam dispositivos em uma rede usando GNSS ou outros servidores de tempo que rastreiam de volta a uma fonte de tempo real por meio de rede de pares.

Os servidores NTP de tempo de precisão operam no nível de estrato 1, o que significa que são sincronizados diretamente com relógios de referência altamente precisos.

O NTP é descrito tipicamente como um sistema cliente-servidor, mas pode tão facilmente ser usado em relações ponto-a-ponto, onde cada par pode atuar como uma fonte de tempo potencial. Embora o NTP seja fácil de configurar, ele pode ser menos seguro do que o PTP quando usado pela Internet pública.

O NTP de tempo de precisão usa correção de segundo bissexto, com segundos bissexto aplicados diretamente pela infraestrutura de temporização para manter o alinhamento com o UTC (Coordinated Universal Time, horário universal coordenado). Não são usados esfregaço e giro.

O NTP de tempo de precisão é fornecido por uma conexão privada e segura usando Equinix Fabric com isolamento de VRF, portanto, mecanismos de autenticação adicionais não são necessários. A autenticação MD5 é suportada para configurações NTP Enterprise, enquanto outros mecanismos, como NTS, não são suportados.

No momento, o Precision Time suporta apenas conectividade IPv4. IPv6 não é suportado.

PTP (Precision Time Protocol, protocolo de tempo de precisão)

O Precision Time é compatível com o padrão IEEE 1588-2008, intitulado "Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control" (Protocolo de Sincronização de Relógio de Precisão para Medição e Controle em Rede) e comumente referido como Precision Time Protocol v2 ou PTP.

Um servidor PTP (também conhecido como relógio de grande mestre) sincroniza o tempo em uma rede com precisão de sub-microssegundo. Para obter precisão de tempo, o PTP requer que todos os dispositivos que estão sendo sincronizados tenham uma NIC (Network Interface Controller, controladora de interface de rede) que suporte o carimbo de data/hora do hardware. Esse requisito se estende à infraestrutura de rede intermediária, como roteadores e switches.

O PTP é comumente usado em sistemas que exigem tempo altamente preciso, como sistemas de medição e controle. O protocolo é usado atualmente para sincronizar transações financeiras, transmissões de torres de telefonia celular e matrizes acústicas submarinas.

O carimbo de data/hora do hardware sincroniza o relógio do hardware PTP diretamente com a origem da hora. Os pacotes são marcados com data e hora na interface de rede, antes de entrar no kernel ou no espaço do usuário, o que elimina atrasos no processamento e melhora a precisão.

O carimbo de data/hora do software sincroniza o relógio do sistema e é normalmente usado pelo NTP. Como os carimbos de data/hora são gerados no software, essa abordagem é mais suscetível a atrasos no processamento e fornece menor precisão em comparação com o carimbo de data/hora do hardware.

O Precision Time suporta configurações PTP multicast com distribuição de tempo de ponta a ponta do relógio do grande mestre para dispositivos cliente. Os servidores de tempo redundantes permitem failover e fallback automáticos.

O tempo de precisão usa o valor padrão de TTL (Time to Live, tempo de vida útil) para pacotes PTP multicast, que é 64. Esse valor não é explicitamente configurável dentro do serviço e é controlado pela implementação PTP subjacente.

Os valores de domínio no PTP são usados para isolar domínios de tempo e não indicam a origem ou rastreabilidade do tempo.

O Precision Time foi lançado inicialmente com um valor de domínio padrão de 30 para diferenciar o serviço dos ambientes do cliente que normalmente usam o domínio 0. Este padrão não indica o uso de um oscilador interno ou falta de rastreabilidade.

O tempo de precisão permanece totalmente rastreável até o UTC (Coordinated Universal Time, horário universal coordenado) por meio de fontes de tempo GNSS redundantes e infraestrutura de tempo distribuída em todos os locais de serviço.

O número de domínio PTP e os parâmetros relacionados, incluindo prioridade e taxa de pacotes, podem ser configurados no Portal do Cliente. As novas conexões agora são padronizadas para o domínio 0.

O Precision Time fornece configurações padrão do servidor PTP que podem ser usadas para configurar a prioridade do lado do cliente e a seleção do relógio:

• Prioridade1: 128
• Prioridade2: 128
• Classe de relógio: 13

O Precision Time está em conformidade com o SMPTE 2110-10, que é baseado no padrão PTP (Precision Time Protocol) IEEE 1588.

Principais componentes de serviço

O diagrama abaixo mostra os principais componentes de serviço de um sistema Precision Time implantado em escala global. O diagrama detalha o metrô de Nova York e mostra um dispositivo em Toronto conectado ao serviço Precision Time.

Definições

• Antena GPS – Uma antena GPS é um dispositivo que recebe os sinais distintos de radiofrequência enviados por satélites GPS. As antenas convertem os sinais de GPS em sinais eletrônicos que, em seguida, transmitem aos receptores de GPS.
• GPS Network Time Server – Os servidores de tempo de rede GPS são dispositivos de computador que recebem horas altamente precisas do sistema GPS e transmitem esse tempo para os relógios dos dispositivos implantados na rede (incluindo roteadores, switches e outros servidores). Normalmente, os servidores de hora suportam NTP ou PTP para sincronização do relógio.
• Relógio Grandmaster – Os relógios Grandmaster recebem informações de hora baseadas em UTC de uma referência de hora externa, mais comumente uma fonte de satélite GNSS (por exemplo, GPS). Esse tempo é então distribuído downstream para os relógios dos dispositivos cliente. Ao receber com sucesso um sinal de referência, o grande mestre deriva o tempo exato da referência.
• Relógio de limite – Um bloco de limite (BC) é um nó de relógio que tem duas ou mais portas. Por exemplo, um roteador ou switch Ethernet pode ser capaz de operar como um BC. Um BC geralmente tem uma porta no papel de um relógio secundário, e as portas restantes assumem o papel do relógio mestre.
• Equinix Fabric – coneta de forma segura, direta e dinâmica a infraestrutura distribuída e ecossistemas digitais usando a Platform Equinix global. Use o Portal do Cliente para estabelecer conexões de rede seguras, sob demanda, de data center a data center, conectando seus data centers a portas Equinix Fabric. Para obter detalhes, consulte a documentação do fabric .