Хранители времени

Синхронизация времени — краеугольный камень систем передачи данных, обеспечивающая согласованность работы передающей и принимающей сторон. Без нее невозможно корректно определять начало и конец битов, кадров и пакетов, поддерживать правильную последовательность передачи и обработки данных. 

Требования к точности временной синхронизации менялись с развитием цивилизации. Разлив Нила давал старт посевным работам в Древнем Египте, но разброс в пару дней был несущественным. Синхронизация сигналов между сторожевыми башнями вдоль дорог Древнего Рима позволяла заранее передать информацию о приближении врага, но погрешность в час на подготовке к обороне не сказывалась.

Развитие промышленности и создание конвейеров заставили уменьшить погрешность синхронизации до минуты, использование систем управления и СУБД — до миллисекунды. Точное время стало востребованным в информационных системах. В 1985 г. появился протокол сетевого времени (Network Time Protocol, NTP) для синхронизации внутренних часов компьютеров. 

В современных системах мобильной связи 5G абонент связывается сразу с двумя базовыми станциями, что повышает скорость скачивания и обеспечивает надежный переход из одной соты в другую. Расхождение времени между ними не должно превышать 3 мкс. Микросекундной точности требуют и киберфизические системы и даже дата-центры. В высоконагруженных системах такая точность нужна для корректного анализа журнала событий, чтобы точно определить последовательность действий при атаке, когда события на разных серверах и сетевых устройствах происходят практически одновременно. NTP такую точность не обеспечивает, и «хранители времени» стали использовать высокоточный протокол для синхронизации времени в сетях с пакетной коммутацией (Precision Time Protocol, PTP). 

Прогресс не останавливается. Беспилотный транспорт требует, чтобы погрешности временной синхронизации не превышали нескольких наносекунд, — иначе трудно будет уворачиваться от других беспилотных машин, несущихся по дороге. Поэтому Google и Amazon разрабатывают протокол White Rabbit, а Meta (признана экстремистской и запрещена в РФ) — открытый протокол SPTP (Simple Precision Time Protocol). 

В России государственная служба времени появилась еще в 1863 г. Точное время, определявшееся в Пулковской астрономической обсерватории, начали передавать по телеграфу в Главную петербургскую телеграфную контору, по часам которой проверялось время во всех телеграфных учреждениях Российской империи. С 1920 г. сообщения о точном времени стали передавать по радио. Менялись не только средства доставки, но и способы определения — в 1962 г. в СССР перешли на использование атомных часов.

В настоящее время в России функции службы времени выполняет Государственная служба времени, частоты и определения параметров вращения Земли, обеспечивающая потребности в эталонных сигналах времени и частоты. Их передача осуществляется через специализированные радиостанции, телевидение, интернет и спутниковую систему ГЛОНАСС.

Большинству компьютерных систем хватает миллисекундной точности временной синхронизации, обеспечиваемой NTP-серверами. Передавать такие сигналы можно через интернет. При этом надо учитывать задержки при передаче по компьютерным сетям и использовать компенсирующие технологии, позволяющие избежать рассинхронизации.

Уменьшить задержки и повысить точность синхронизации времени позволяют эталонные сигналы времени, передаваемые через спутник. Такой подход стали использовать российские операторы мобильных сетей.

Изменение геополитической ситуации ухудшило доступность сигналов времени: во многих регионах для противодействия БПЛА задействуют средства радиоэлектронной борьбы, которые глушат не только сигналы GPS, но и сигналы используемой для передачи точного времени системы ГЛОНАСС. И это сразу стало сказываться на абонентах мобильных сетей.

Санкции существенно усложнили эксплуатацию оборудования, поддерживающего временную синхронизацию. Возникли трудности с покупкой «железа», с обновлением программного обеспечения.

Не все так просто и с российскими решениями. «Мы втягиваемся в сферу информационной нестабильности. Раз в полгода появляются новые версии программного обеспечения, которые несут новые баги. Раз в год меняется компонентный состав. Мы находимся в области одноразовых разработок — за те14 месяцев, которые занимает разработка, процентов 20–30 компонентов уходит с рынка. А компоненты имеют свойство ломаться», — отметил на научной конференции «Синхронизация-2026» представитель компании «Машины времени» Игорь Бакланов. Кроме того, импортозамещение порой приводит к использованию «сырых», недостаточно протестированных решений и конфигураций.

Нестабильность увеличивают и резко выросшие риски кибератак. Например, воздействуя на передаваемые через спутник сигналы времени, преступники могут нарушить синхронизацию датчиков энергосистемы. Неправильная оценка состояния сети может стать причиной аварии. 

DDoS-атаки на NTP-серверы могут происходить даже не из-за хакеров, а из-за ошибок в программе. Примером может служить недоступность в октябре 2024 г. NTP-сервера компании «Яндекс», вызванная ошибками в обновлении ПО умных колонок. Колонки безостановочно с интервалом 5 с стали обращаться к серверу времени, что привело к его перегрузке и неработоспособности зависящих от него сервисов.

Системы обеспечения точного времени стали нуждаться постоянной проверке и коррекции, и в 2023 г. в России помимо рынка средств синхронизации появился рынок их мониторинга. И это направление очень актуально. Сергей Сондак из компании «Метрологические системы» указал, что разработчики решений временной синхронизации фокусируются на основном функционале: поддержке протоколов PTP и NTP, работе со спутниковыми системами навигации, поддержке стандартов передачи тактовых сигналов сети Ethernet (SyncE) на физическом уровне, но забывают о мониторинге работы оборудования. Кроме того, трудности возникают из-за слабых аппаратных возможностей отечественных платформ и закрытости проприетарных решений.

Один из вариантов решения проблем — определять точное время с использованием всего арсенала имеющихся средств, включая сигналы, получаемые по спутниковой связи, по волоконно-оптическим линиям, и технологию двунаправленного спутникового переноса времени и частоты TWSTFT (от англ. Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer), в которой задержка распространения компенсируется за счет симметрии. 

Еще один активно обсуждаемый вариант — создание коммерческого оператора времени для распространения эталонных сигналов точного времени по стране. Соответствующую инициативу опубликовал на федеральном портале нормативных правовых актов Минпромторг России. Оператор может распространять такие сигналы, например, по стойким к воздействию средств РЭБ волоконно-оптическим каналам. Правда, свободного «темного» волокна практически нет, прокладка нового стоит дорого и неясно, удастся ли эти расходы переложить на потребителя.

По одиночке справиться со всеми проблемами временной синхронизации игрокам этого рынка сложно, нужно объединение усилий. Поэтому на упомянутой конференции был создан альянс «Синхронизация-2026». В него вошли научные организации и вендоры ПО и аппаратных средств синхронизации: НИИТ ВШЭ, НТЦ «Метротек», «Время-Ч», «Метрологические системы», «Лаборатория информационных систем», «Синхроника» (ГК «Эскара»), «Вим-Сервис», «Машины времени», «КБ Метротек», а также частные лица — делегаты прошедшей конференции. Предполагается, что альянс будет заниматься научными и специализированными разработками, разработкой оборудования и системной интеграцией. Задачи перед ним стоят непростые, но благодаря объединению усилий можно считать, что первый шаг к их решению сделан.

Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!