4. Definitions (Definitionen)
In diesem Abschnitt werden eine Reihe von technischen Begriffen definiert. Eine Zeitskala (timescale) ist ein Bezugsrahmen, in dem die Zeit als Wert eines monoton steigenden Binärzählers mit einer unbestimmten Anzahl von Bits ausgedrückt wird. Sie zählt in Sekunden und Sekundenbruchteilen, wenn ein Dezimalpunkt verwendet wird. Die Zeitskala der Koordinierten Weltzeit (Coordinated Universal Time, UTC) ist durch ITU-R TF.460 [ITU-R_TF.460] definiert. Unter der Schirmherrschaft der Meterkonvention von 1865 befürwortete die CGPM [CGPM] 1975 nachdrücklich die Verwendung von UTC als Grundlage für die bürgerliche Zeit.
Die Zeitskala der Koordinierten Weltzeit (UTC) repräsentiert die mittlere Sonnenzeit (mean solar time), wie sie von nationalen Normungslaboratorien (national standards laboratories) verbreitet wird. Die Systemzeit (system time) wird durch die Systemuhr (system clock) dargestellt, die von Hardware und Betriebssystem gepflegt wird. Das Ziel der NTP-Algorithmen ist es, sowohl die Zeitdifferenz (time difference) als auch die Frequenzdifferenz (frequency difference) zwischen UTC und der Systemuhr zu minimieren. Wenn diese Differenzen unter nominale Toleranzen (nominal tolerances) reduziert wurden, wird gesagt, dass die Systemuhr mit UTC synchronisiert (synchronized) ist.
Das Datum eines Ereignisses ist die UTC-Zeit, zu der das Ereignis stattfindet. Daten sind ephemere Werte (ephemeral values), die mit einem Großbuchstaben T bezeichnet werden. Die Laufzeit (running time) ist eine weitere Zeitskala, die mit der Synchronisationsfunktion des NTP-Programms zusammenfällt.
Ein Zeitstempel (timestamp) T(t) repräsentiert entweder das UTC-Datum oder den Zeitversatz (time offset) von UTC zur Laufzeit t. Welche Bedeutung beabsichtigt ist, sollte aus dem Kontext klar sein. Sei T(t) der Zeitversatz, R(t) der Frequenzversatz (frequency offset) und D(t) die Alterungsrate (aging rate, erste Ableitung von R(t) bezüglich t). Dann ist, wenn T(t_0) der bei t = t_0 bestimmte UTC-Zeitversatz ist, der UTC-Zeitversatz zur Zeit t
T(t) = T(t_0) + R(t_0)(t-t_0) + 1/2 * D(t_0)(t-t_0)^2 + e
wobei e ein stochastischer Fehlerterm (stochastic error term) ist, der später in diesem Dokument diskutiert wird. Während der D(t)-Term wichtig ist, wenn Präzisionsoszillatoren (precision oscillators) charakterisiert werden, wird er für Computeroszillatoren normalerweise vernachlässigt. In diesem Dokument sind alle Zeitwerte in Sekunden (s) und alle Frequenzwerte in Sekunden pro Sekunde (seconds-per-second, s/s). Es ist manchmal zweckmäßig, Frequenzversätze in Teilen pro Million (parts-per-million, ppm) auszudrücken, wobei 1 ppm gleich 10^(-6) s/s ist.
Es ist wichtig in Computer-Zeitmessungsanwendungen, die Leistung der Zeitmessungsfunktion zu bewerten. Das NTP-Leistungsmodell (performance model) umfasst vier Statistiken, die jedes Mal aktualisiert werden, wenn ein Client eine Messung mit einem Server durchführt. Der Versatz (offset, theta) repräsentiert den Maximum-Likelihood-Zeitversatz (maximum-likelihood time offset) der Serveruhr relativ zur Systemuhr. Die Verzögerung (delay, delta) repräsentiert die Rundlaufverzögerung (round-trip delay) zwischen Client und Server. Die Dispersion (dispersion, epsilon) repräsentiert den maximalen Fehler (maximum error), der der Messung inhärent ist. Sie steigt mit einer Rate, die gleich der maximalen disziplinierten Systemuhr-Frequenztoleranz (maximum disciplined system clock frequency tolerance, PHI) ist, typischerweise 15 ppm. Das Jitter (jitter, psi) ist definiert als der quadratische Mittelwert (root-mean-square, RMS) der jüngsten Versatzunterschiede, und es repräsentiert den nominalen Fehler (nominal error) bei der Schätzung des Versatzes.
Während die theta-, delta-, epsilon- und psi-Statistiken Messungen der Systemuhr relativ zu jeder Serveruhr separat repräsentieren, enthält das NTP-Protokoll Mechanismen zum Kombinieren der Statistiken mehrerer Server, um die Systemuhr genauer zu disziplinieren und zu kalibrieren. Der Systemversatz (system offset, THETA) repräsentiert die Maximum-Likelihood-Versatzschätzung (maximum-likelihood offset estimate) für die Serverpopulation. Das Systemjitter (system jitter, PSI) repräsentiert den nominalen Fehler bei der Schätzung des Systemversatzes. Die delta- und epsilon-Statistiken werden auf jeder Stratumebene (stratum level) von der Referenzuhr aus akkumuliert, um die Wurzelverzögerung (root delay, DELTA) und Wurzeldispersion (root dispersion, EPSILON) Statistiken zu erzeugen. Die Synchronisationsdistanz (synchronization distance, LAMBDA) gleich EPSILON + DELTA / 2 repräsentiert den maximalen Fehler aufgrund aller Ursachen. Die detaillierten Formulierungen dieser Statistiken sind in Abschnitt 11.2 angegeben. Sie sind für die abhängigen Anwendungen verfügbar, um die Leistung der Synchronisationsfunktion zu bewerten.