Мельников Д. А. - Организация и обеспечение безопасности информационно-технологических сетей и систем - 2012

Содержание записи <гг> может иметь одну из следующих форм:

RR-запись начинается с дополнительного поля «TTL» и поля «CLASS», за которыми следует поле «ТУРЕ» и поле «RDATA», кото­ рое соответствует типу и классу записи. Поля «CLASS» и «ТУРЕ» ис­ пользуют стандартную мнемонику, поле «TTL» представляет собой целое десятичное число. Пропущенные значения в полях «CLASS» и «TTL» по умолчанию заполняются последними установленными в явном виде величинами.

18.7. Используемые протоколы транспортного уровня

DNS-система предполагает, что DNS-сообщения будут переда­ ваться в форме дейтаграмм (без установления соединения) или в форме последовательности байтов с использованием виртуального соединения (с установлением соединения). Несмотря на то, что вир­ туальные соединения могут использоваться в интересах любого ас­ пекта функционирования DNS-системы, дейтаграммы являются наиболее предпочтительными при передаче запросов, так как они имеют более короткий заголовок и лучшие функциональные свой­ ства. Внутризональный информационный обмен должен использо­ вать виртуальные соединения, так как они обеспечивают надежную доставку сообщений.

В Internet для DNS-системы стандартом определены два порта:

1)TCP-порт (RFC-793) - 53;

2)UDP-порт (RFC-786) - 53.

Глава 19. Система сетевого времени (синхронизации)

Система сетевого времени (или синхронизации) в Internet-сети определяется протоколом сетевого времени (Network Time Protocol Version 4 - NTPv4, RFC-5905), который широко используется для синхронизации системных часов среди множества распределённых серверов времени и клиентов. Он определяет базовую архитектуру, логическую и процедурную характеристики (протокол, как конеч­ ный автомат), структуры данных и алгоритмы функционирования. NTPv4-npoTomn вводит новые функциональные свойства в третью версию NTP-протокола (RFC-1305) и расширяется сам за счёт по­ глощения функциональных свойств простого протокола сетевого времени (Simple Network Time Protocol, Version 4 - SNTPv4протокол, RFC-4330). Данный стандарт заменяет предшествующие стандарты RFC-1305 и RFC-4330. Для NTP-протокола был утвержден транспортный порт (UDP/TCP) под номером «123». IANА назначи­ ла для NTP-протокола два IP-адреса: «224.0.1.1» для 1Ру4-адресации

и«:101» окончание для 1Ру6-адресации.

19.1.Структурная модель системы сетевого времени

вInternet-сети

Модель NTP-подсети синхронизации представляет собой множе­ ство первичных эталонных источников, синхронизируемых по радио- и проводным каналам от национальных стандартов, например, через магистральные шлюзы, соединено с общедоступными ресурсами и функционирует, как первичные серверы времени (рис. 19.1). Главной целью NTP-протокола является доставка данных для временной син­ хронизации от одних серверов времени к другим серверам времени через Internet-сеть и частные корпоративные сети, а также сверка вре­ мени между серверами. Точно настроенные алгоритмы (процедуры) снижают вероятность ошибок вследствие сбоев программно­ аппаратных комплексов или нештатных ситуаций при передаче про­ токольных данных. Программные модули серверов и клиентов на­ страиваются так, чтобы поток значений параметров был направлен в сторону клиентов от первичных серверов времени, расположенных в корневых узлах подсети, через вторичные серверы времени.

общения (режим 3) на сервер времени, который отвечает на них путём передачи своих NTP-сообщений (режим 4). Серверы времени синхронизируют одного или нескольких клиентов, но сами от них не синхронизируются. Сервер может быть также «ретранслятором» эталонного времени, если он получает сиг­ налы времени непосредственно от источника эталонного вре­ мени/ частоты;

3) широковещательное функционирование. В данном режи широковещательный сервер времени, используя постоянное виртуальное соединение периодически передает свои широко­ вещательные NTP-сообщения (режим 5), которые могут прини­ мать несколько клиентов. После приёма широковещательного NTP-сообщения сервера времени по несогласованному вирту­ альному соединению клиент формируется временное широко­ вещательное виртуальное соединение (режим 6), которое функционирует до окончания тайм-аута или возникновения ошибки или сбоя. Такой режим необходим для начального «импульса», когда клиент, функционирующий в режиме «кли­ ент», обменивается несколькими NTP-сообщениями с сервером времени для того, чтобы точно измерить задержку распростра­ нения сигнала, или чтобы активизировать протокол безопасно­ сти «Autokey»1, после выполнения которого клиент возвращает­ ся в широковещательный режим клиента. Широковещательный сервер синхронизирует клиентов и другие серверы времени. Необходимо отметить, что постоянные виртуальные соедине­

ния после их установления в дальнейшем никогда не прерываются. Временные виртуальные соединения формируются после получе­ ния NTP-сообщения и в последующем прерываются, либо по исте­ чении тайм-аута, либо при возникновении ошибки или сбоя.

Рис. 19.2. Р е ж и м ы ф у н к ц и о н и р о в а н и я N T P v4 -n p o T O K o n a

1 Mills, D.L., «The Autokey security architecture, protocol and algorithms. Electrical

and Computer Engineering Technical Report 06-1-1», NDSS, January 2006.

Клиент, функционирующий в многоадресном режиме, про­ должает передавать NTP-сообщения с целью установления мини­ мального числа виртуальных соединений. Клиент начинает поиск со значения TTL, равного единице, и в последующем увеличивает это значение на единицу до тех пор, пока не будет установлено ми­ нимальное число виртуальных соединений или пока TTL достигнет своего максимального значения.

Если TTL достигает своего максимального значения, но при этом сформировано не достаточное количество виртуальных соединений, то тогда клиент прекращает передачу на период тайм-аута и разрыва­ ет все установленные соединения, а затем повторяет поиск. Если сформировано минимально число виртуальных соединений, то тогда клиент начинает передачу по одному NTP-сообщению через интервал тайм-аута с целью поддержания этих соединений. Поле допускает сле­ дующие предельные значения - минимально равно единице, а макси­ мальное - 255. Эти предельные значения могут быть изменены, если это необходимо для определенных прикладных систем.

Временные виртуальные соединения конкурируют между со­ бой. Как только сформированы новые соединения, клиентский NTP-модуль запускает алгоритмы оптимизации (фильтрации, се­ лекции, кластеризации и суммирования) в целях выбора наилуч­ ших претендентов для синхронизации, а оставшиеся соединения прерываются по окончании тайм-аута. Таким образом, группа сер­ веров времени включает только наилучших кандидатов, которые отправили наиболее приемлемые ответные NTP-сообщения для об­ служивания системного времени.

19.4. Основные термины и определения

Шкала (масштаб) времени (timescale) представляет собой систему отсчёта эталонного источника, в которой время выражается с помо­ щью монотонно возрастающего значения бинарного счётчика с бес­ конечным числом битов. Он считает секунды и доли секунды, когда используется десятичная дробь. Шкала Всеобщего скоординирован­ ного времени (Coordinated Universal Time - UTC) определена Реко­ мендацией Международного союза электросвязи ITU-R TF.4601. Под протекторатом Метрической конвенции 1865 года (Metre Convention of 1865), в 1975 году Международное бюро мер и весов (International

1 International Telecommunications Union, «ITU-R TF.460 Standard-frequence and time-signal emissions», February 2002.

Bureau of Weights and Measures - IBWM1) строго рекомендовало ис­ пользовать UTC-время в качестве основы гражданского времени.

Шкала UTC-времени представляет собой усреднённое значение солнечного времени, распространяемое лабораториями националь­ ных стандартов времени/частоты. Системное время представляет со­ бой показание системных часов, обслуживаемых аппаратнопрограммным комплексом и операционной системой (ОС). Назначе­ ние NTP-алгоритмов состоит в минимизации различий по времени и по частоте между UTC-временем и системным временем. Когда эти различия снижаются до номинальных допустимых значений, то тогда говорят, что системное время синхронно относительно UTC-времени.

Дата события представляет собой значение UTC-времени, ко­ гда это событие имело место. Даты являются кратковременными ве­ личинами, обозначаемыми символом «Т» (в верхнем регистре). Те­ кущее время является иной шкалой времени, которая совпадает с функцией синхронизации программного NTP-модуля.

Метка времени «T(t)» представляет собой, либо UTC-дату, ли­ бо сдвиг текущего времени «Ь> относительно UTC-времени. Сущ­ ность метки времени должна вытекать из содержания NTPсообщения. Пусть « Щ » - сдвиг времени, «R(t)» - сдвиг частоты, «D(t)» - скорость ухода частоты (первая производная «R(t)» относи­ тельно «£»). Тогда, если «T(fo)» - сдвиг UTC-времени, определённый в момент времени «t = to», сдвиг UTC-времени в момент времени «Ь>:

T(t) = T(fo) + R(to)(t - to) + Уг x D(to)(t - to)2 + e ,

где «8» - стохастическая ошибка. Несмотря на то, что параметр «D(t)» очень важен при описании прецизионных генераторов часто­ ты, им, в принципе, можно пренебречь при описании компьютер­ ных генераторов частоты. В данном стандарте все значения времени представляются в секундах, а значения частоты - в секундах за одну секунду (сек/сек). Иногда для описания сдвигов частоты использу­

1Международное бюро мер и весов (французское название - Bureau Interna­ tional des Poids et Mesures) - постоянно действующая международная органи­ зация со штаб-квартирой, расположенной в г. Севр (предместье Парижа, Франция). Учреждено в 1875 г., вместе с подписанием Метрической конвен­ ции. Основная задача Бюро заключается в обеспечении существования еди­ ной системы измерений во всех странах-участницах этой конвенции. В МБМВ хранятся международные эталоны основных единиц и выполняются между­ народные метрологические работы, связанные с разработкой и хранением международных эталонов и сличением национальных эталонов с междуна­ родными и между собой. В МБМВ также проводятся исследования в области метрологии, направленные на увеличение точности измерений. Бюро финан­ сируетсястранами-участницами Метрической конвенции.

Несмотря на то, что все эти четыре параметра представляют собой раздельно измеренные значения системного времени относи­ тельно каждого сервера времени, NTP-протокол включает ряд про­ цедур для суммирования этих параметров нескольких серверов с целью более точной коррекции и калибровки системного времени. Системный сдвиг «0« представляет собой максимально правдопо­ добную оценку сдвига всей совокупности серверов времени. Сис­ темный джиттер «Е« представляет собой номинальную ошибку при оценивании системного сдвига. Параметры «8« и «с« накапливаются на каждом уровне (номер «слоя»), начиная от эталонных часов, что приводит к образованию корневой задержки «Д« и корневой дисперсии

«Е«, также являющимися статистическими параметрами. Расстояние синхронизации «А« равно: «Е + А /2», - и представляет собой макси­ мальную ошибку, которая является следствием всех возможных причин её возникновения. Эти параметры присущи всем приклад­ ным системам, которые зависят от оценивания эффективности функции (процедуры) обеспечения синхронизации.

19.5. Модель реализации

На рис. 19.3 представлена структура типовой многоканальной модели прикладного программного модуля ЫТРу4-протокола. Эта модель включает два процесса, присущие каждому серверу времени:

опроцесс удалённого сервера времени, обеспечивающий приём NTP-сообщений от другого сервера времени или источника эталонного времени;

•процесс опроса удалённых серверов времени, обеспечиваю­ щий передачу NTP-сообщений другому удалённому серверу

времени или источнику эталонного времени.

Эти процессы организуют передачу, приём и обработку NTPсообщений, представляющих собой единую структуру данных, вклю­ чающих статистические параметры и другие переменные и констан­ ты, и для этого формируют виртуальные соединения. Клиентский программный NTP-модуль передаёт NTP-сообщения одному или не­ скольким серверам времени, а затем обрабатывает переданные ими ответные NTP-сообщения. Серверный программный NTP-модуль ме­ няет местами IP-адреса и номера UDP-портов отправителя/получа­ теля, заполняет определённые поля в NTP-сообщении и сразу после этого отправляет его источнику запроса, если используется режим функционирования «кпиент/сервер», в противном случае, если ис­ пользуется симметричный режим функционирования, NTP-сообще­