home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Unix System Administration Handbook 1997 October / usah_oct97.iso / rfc / 2000s / rfc2030.txt < prev    next >
Text File  |  1996-10-27  |  49KB  |  1,012 lines
  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7. Network Working Group                                           D. Mills
  8. Request for Comments: 2030                        University of Delaware
  9. Obsoletes: 1769                                             October 1996
  10. Category: Informational
  11.  
  12.  
  13.              Simple Network Time Protocol (SNTP) Version 4
  14.                          for IPv4, IPv6 and OSI
  15.  
  16. Status of this Memo
  17.  
  18.    This memo provides information for the Internet community.  This memo
  19.    does not specify an Internet standard of any kind.  Distribution of
  20.    this memo is unlimited.
  21.  
  22. Abstract
  23.  
  24.    This memorandum describes the Simple Network Time Protocol (SNTP)
  25.    Version 4, which is an adaptation of the Network Time Protocol (NTP)
  26.    used to synchronize computer clocks in the Internet. SNTP can be used
  27.    when the ultimate performance of the full NTP implementation
  28.    described in RFC-1305 is not needed or justified. When operating with
  29.    current and previous NTP and SNTP versions, SNTP Version 4 involves
  30.    no changes to the NTP specification or known implementations, but
  31.    rather a clarification of certain design features of NTP which allow
  32.    operation in a simple, stateless remote-procedure call (RPC) mode
  33.    with accuracy and reliability expectations similar to the UDP/TIME
  34.    protocol described in RFC-868.
  35.  
  36.    The only significant protocol change in SNTP Version 4 over previous
  37.    versions of NTP and SNTP is a modified header interpretation to
  38.    accommodate Internet Protocol Version 6 (IPv6) [DEE96] and OSI
  39.    [COL94] addressing. However, SNTP Version 4 includes certain optional
  40.    extensions to the basic Version 3 model, including an anycast mode
  41.    and an authentication scheme designed specifically for multicast and
  42.    anycast modes. While the anycast mode extension is described in this
  43.    document, the authentication scheme extension will be described in
  44.    another document to be published later. Until such time that a
  45.    definitive specification is published, these extensions should be
  46.    considered provisional.
  47.  
  48.    This memorandum obsoletes RFC-1769, which describes SNTP Version 3.
  49.    Its purpose is to correct certain inconsistencies in the previous
  50.    document and to clarify header formats and protocol operations for
  51.    current NTP Version 3 (IPv4) and proposed NTP Version 4 (IPv6 and
  52.    OSI), which are also used for SNTP. A working knowledge of the NTP
  53.    Version 3 specification RFC-1305 is not required for an
  54.    implementation of SNTP.
  55.  
  56.  
  57.  
  58. Mills                        Informational                      [Page 1]
  59.  
  60. RFC 2030             SNTPv4 for IPv4, IPv6 and OSI          October 1996
  61.  
  62.  
  63. 1. Introduction
  64.  
  65.    The Network Time Protocol (NTP) Version 3 specified in RFC-1305
  66.    [MIL92] is widely used to synchronize computer clocks in the global
  67.    Internet. It provides comprehensive mechanisms to access national
  68.    time and frequency dissemination services, organize the time-
  69.    synchronization subnet and adjust the local clock in each
  70.    participating subnet peer. In most places of the Internet of today,
  71.    NTP provides accuracies of 1-50 ms, depending on the characteristics
  72.    of the synchronization source and network paths.
  73.  
  74.    RFC-1305 specifies the NTP Version 3 protocol machine in terms of
  75.    events, states, transition functions and actions and, in addition,
  76.    engineered algorithms to improve the timekeeping quality and mitigate
  77.    among several synchronization sources, some of which may be faulty.
  78.    To achieve accuracies in the low milliseconds over paths spanning
  79.    major portions of the Internet of today, these intricate algorithms,
  80.    or their functional equivalents, are necessary. However, in many
  81.    cases accuracies in the order of significant fractions of a second
  82.    are acceptable. In such cases, simpler protocols such as the Time
  83.    Protocol [POS83], have been used for this purpose. These protocols
  84.    usually involve an RPC exchange where the client requests the time of
  85.    day and the server returns it in seconds past some known reference
  86.    epoch.
  87.  
  88.    NTP is designed for use by clients and servers with a wide range of
  89.    capabilities and over a wide range of network delays and jitter
  90.    characteristics. Most users of the Internet NTP synchronization
  91.    subnet of today use a software package including the full suite of
  92.    NTP options and algorithms, which are relatively complex, real-time
  93.    applications (see http://www.eecis.udel.edu/~ntp). While the software
  94.    has been ported to a wide variety of hardware platforms ranging from
  95.    personal computers to supercomputers, its sheer size and complexity
  96.    is not appropriate for many applications. Accordingly, it is useful
  97.    to explore alternative access strategies using simpler software
  98.    appropriate for less stringent accuracy expectations.
  99.  
  100.    This document describes the Simple Network Time Protocol (SNTP)
  101.    Version 4, which is a simplified access strategy for servers and
  102.    clients using NTP Version 3 as now specified and deployed in the
  103.    Internet, as well as NTP Version 4 now under development. The access
  104.    paradigm is identical to the UDP/TIME Protocol and, in fact, it
  105.    should be easily possible to adapt a UDP/TIME client implementation,
  106.    say for a personal computer, to operate using SNTP. Moreover, SNTP is
  107.    also designed to operate in a dedicated server configuration
  108.    including an integrated radio clock. With careful design and control
  109.    of the various latencies in the system, which is practical in a
  110.    dedicated design, it is possible to deliver time accurate to the
  111.  
  112.  
  113.  
  114. Mills                        Informational                      [Page 2]
  115.  
  116. RFC 2030             SNTPv4 for IPv4, IPv6 and OSI          October 1996
  117.  
  118.  
  119.    order of microseconds.
  120.  
  121.    SNTP Version 4 is designed to coexist with existing NTP and SNTP
  122.    Version 3 clients and servers, as well as proposed Version 4 clients
  123.    and servers. When operating with current and previous versions of NTP
  124.    and SNTP, SNTP Version 4 requires no changes to the protocol or
  125.    implementations now running or likely to be implemented specifically
  126.    for NTP ir SNTP Version 4. To a NTP or SNTP server, NTP and SNTP
  127.    clients are undistinguishable; to a NTP or SNTP client, NTP and SNTP
  128.    servers are undistinguishable. Like NTP servers operating in non-
  129.    symmetric modes, SNTP servers are stateless and can support large
  130.    numbers of clients; however, unlike most NTP clients, SNTP clients
  131.    normally operate with only a single server. NTP and SNTP Version 3
  132.    servers can operate in unicast and multicast modes. In addition, SNTP
  133.    Version 4 clients and servers can implement extensions to operate in
  134.    anycast mode.
  135.  
  136.    It is strongly recommended that SNTP be used only at the extremities
  137.    of the synchronization subnet. SNTP clients should operate only at
  138.    the leaves (highest stratum) of the subnet and in configurations
  139.    where no NTP or SNTP client is dependent on another SNTP client for
  140.    synchronization. SNTP servers should operate only at the root
  141.    (stratum 1) of the subnet and then only in configurations where no
  142.    other source of synchronization other than a reliable radio or modem
  143.    time service is available. The full degree of reliability ordinarily
  144.    expected of primary servers is possible only using the redundant
  145.    sources, diverse subnet paths and crafted algorithms of a full NTP
  146.    implementation. This extends to the primary source of synchronization
  147.    itself in the form of multiple radio or modem sources and backup
  148.    paths to other primary servers should all sources fail or the
  149.    majority deliver incorrect time. Therefore, the use of SNTP rather
  150.    than NTP in primary servers should be carefully considered.
  151.  
  152.    An important provision in this document is the reinterpretation of
  153.    certain NTP Versino 4 header fields which provide for IPv6 and OSI
  154.    addressing and optional anycast extensions designed specifically for
  155.    multicast service. These additions are in conjunction with the
  156.    proposed NTP Version 4 specification, which will appear as a separate
  157.    document. The only difference between the current NTP Version 3 and
  158.    proposed NTP Version 4 header formats is the interpretation of the
  159.    four-octet Reference Identifier field, which is used primarily to
  160.    detect and avoid synchronization loops. In Version 3 and Version 4
  161.    primary (stratum-1) servers, this field contains the four-character
  162.    ASCII reference identifier defined later in this document. In Version
  163.    3 secondary servers and clients, it contains the 32-bit IPv4 address
  164.    of the synchronization source. In Version 4 secondary servers and
  165.    clients, it contains the low order 32 bits of the last transmit
  166.    timestamp received from the synchronization source.
  167.  
  168.  
  169.  
  170. Mills                        Informational                      [Page 3]
  171.  
  172. RFC 2030             SNTPv4 for IPv4, IPv6 and OSI          October 1996
  173.  
  174.  
  175.    In the case of OSI, the Connectionless Transport Service (CLTS) is
  176.    used [ISO86]. Each SNTP packet is transmitted as tht TS-Userdata
  177.    parameter of a T-UNITDATA Request primitive. Alternately, the header
  178.    can be encapsulated in a TPDU which itself is transported using UDP
  179.    [DOB91]. It is not advised that NTP be operated at the upper layers
  180.    of the OSI stack, such as might be inferred from [FUR94], as this
  181.    could seriously degrade accuracy. With the header formats defined in
  182.    this document, it is in principle possible to interwork between
  183.    servers and clients of one protocol family and another, although the
  184.    practical difficulties may make this inadvisable.
  185.  
  186.       In the following, indented paragraphs such as this one contain
  187.       information not required by the formal protocol specification, but
  188.       considered good practice in protocol implementations.
  189.  
  190. 2. Operating Modes and Addressing
  191.  
  192.    SNTP Version 4 can operate in either unicast (point to point),
  193.    multicast (point to multipoint) or anycast (multipoint to point)
  194.    modes. A unicast client sends a request to a designated server at its
  195.    unicast address and expects a reply from which it can determine the
  196.    time and, optionally, the roundtrip delay and local clock offset
  197.    relative to the server. A multicast server periodically sends a
  198.    unsolicited message to a designated IPv4 or IPv6 local broadcast
  199.    address or multicast group address and ordinarily expects no requests
  200.    from clients. A multicast client listens on this address and
  201.    ordinarily sends no requests. An anycast client sends a request to a
  202.    designated IPv4 or IPv6 local broadcast address or multicast group
  203.    address. One or more anycast servers reply with their individual
  204.    unicast addresses. The client binds to the first one received, then
  205.    continues operation in unicast mode.
  206.  
  207.       Multicast servers should respond to client unicast requests, as
  208.       well as send unsolicited multicast messages. Multicast clients may
  209.       send unicast requests in order to determine the network
  210.       propagation delay between the server and client and then continue
  211.       operation in multicast mode.
  212.  
  213.    In unicast mode, the client and server end-system addresses are
  214.    assigned following the usual IPv4, IPv6 or OSI conventions. In
  215.    multicast mode, the server uses a designated local broadcast address
  216.    or multicast group address. An IP local broadcast address has scope
  217.    limited to a single IP subnet, since routers do not propagate IP
  218.    broadcast datagrams. On the other hand, an IP multicast group address
  219.    has scope extending to potentially the entire Internet. The scoping,
  220.    routing and group membership procedures are determined by
  221.    considerations beyond the scope of this document. For IPv4, the IANA
  222.    has assigned the multicast group address 224.0.1.1 for NTP, which is
  223.  
  224.  
  225.  
  226. Mills                        Informational                      [Page 4]
  227.  
  228. RFC 2030             SNTPv4 for IPv4, IPv6 and OSI          October 1996
  229.  
  230.  
  231.    used both by multicast servers and anycast clients. NTP multicast
  232.    addresses for IPv6 and OSI have yet to be determined.
  233.  
  234.    Multicast clients listen on the designated local broadcast address or
  235.    multicast group address. In the case of local broadcast addresses, no
  236.    further provisions are necessary. In the case of IP multicast
  237.    addresses, the multicast client and anycast server must implement the
  238.    Internet Group Management Protocol (IGMP) [DEE89], in order that the
  239.    local router joins the multicast group and relays messages to the
  240.    IPv4 or IPv6 multicast group addresses assigned by the IANA. Other
  241.    than the IP addressing conventions and IGMP, there is no difference
  242.    in server or client operations with either the local broadcast
  243.    address or multicast group address.
  244.  
  245.       It is important to adjust the time-to-live (TTL) field in the IP
  246.       header of multicast messages to a reasonable value, in order to
  247.       limit the network resources used by this (and any other) multicast
  248.       service. Only multicast clients in scope will receive multicast
  249.       server messages. Only cooperating anycast servers in scope will
  250.       reply to a client request. The engineering principles which
  251.       determine the proper value to be used are beyond the scope of this
  252.       document.
  253.  
  254.    Anycast mode is designed for use with a set of cooperating servers
  255.    whose addresses are not known beforehand by the client. An anycast
  256.    client sends a request to the designated local broadcast or multicast
  257.    group address as described below. For this purpose, the NTP multicast
  258.    group address assigned by the IANA is used. One or more anycast
  259.    servers listen on the designated local broadcast address or multicast
  260.    group address. Each anycast server, upon receiving a request, sends a
  261.    unicast reply message to the originating client. The client then
  262.    binds to the first such message received and continues operation in
  263.    unicast mode. Subsequent replies from other anycast servers are
  264.    ignored.
  265.  
  266.       In the case of SNTP as specified herein, there is a very real
  267.       vulnerability that SNTP multicast clients can be disrupted by
  268.       misbehaving or hostile SNTP or NTP multicast servers elsewhere in
  269.       the Internet, since at present all such servers use the same IPv4
  270.       multicast group address assigned by the IANA. Where necessary,
  271.       access control based on the server source address can be used to
  272.       select only the designated server known to and trusted by the
  273.       client. The use of cryptographic authentication scheme defined in
  274.       RFC-1305 is optional; however, implementors should be advised that
  275.       extensions to this scheme are planned specifically for NTP
  276.       multicast and anycast modes.
  277.  
  278.  
  279.  
  280.  
  281.  
  282. Mills                        Informational                      [Page 5]
  283.  
  284. RFC 2030             SNTPv4 for IPv4, IPv6 and OSI          October 1996
  285.  
  286.  
  287.       While not integral to the SNTP specification, it is intended that
  288.       IP broadcast addresses will be used primarily in IP subnets and
  289.       LAN segments including a fully functional NTP server with a number
  290.       of dependent SNTP multicast clients on the same subnet, while IP
  291.       multicast group addresses will be used only in cases where the TTL
  292.       is engineered specifically for each service domain.
  293.  
  294.       In NTP Version 3, the reference identifier was often used to
  295.       walk-back the synchronization subnet to the root (primary server)
  296.       for management purposes. In NTP Version 4, this feature is not
  297.       available, since the addresses are longer than 32 bits. However,
  298.       the intent in the protocol design was to provide a way to detect
  299.       and avoid loops. A peer could determine that a loop was possible
  300.       by comparing the contents of this field with the IPv4 destination
  301.       address in the same packet. A NTP Version 4 server can accomplish
  302.       the same thing by comparing the contents of this field with the
  303.       low order 32 bits of the originate timestamp in the same packet.
  304.       There is a small possibility of false alarm in this scheme, but
  305.       the false alarm rate can be minimized by randomizing the low order
  306.       unused bits of the transmit timestamp.
  307.  
  308. 3. NTP Timestamp Format
  309.  
  310.    SNTP uses the standard NTP timestamp format described in RFC-1305 and
  311.    previous versions of that document. In conformance with standard
  312.    Internet practice, NTP data are specified as integer or fixed-point
  313.    quantities, with bits numbered in big-endian fashion from 0 starting
  314.    at the left, or high-order, position. Unless specified otherwise, all
  315.    quantities are unsigned and may occupy the full field width with an
  316.    implied 0 preceding bit 0.
  317.  
  318.    Since NTP timestamps are cherished data and, in fact, represent the
  319.    main product of the protocol, a special timestamp format has been
  320.    established. NTP timestamps are represented as a 64-bit unsigned
  321.    fixed-point number, in seconds relative to 0h on 1 January 1900. The
  322.    integer part is in the first 32 bits and the fraction part in the
  323.    last 32 bits. In the fraction part, the non-significant low order can
  324.    be set to 0.
  325.  
  326.       It is advisable to fill the non-significant low order bits of the
  327.       timestamp with a random, unbiased bitstring, both to avoid
  328.       systematic roundoff errors and as a means of loop detection and
  329.       replay detection (see below). One way of doing this is to generate
  330.       a random bitstring in a 64-bit word, then perform an arithmetic
  331.       right shift a number of bits equal to the number of significant
  332.       bits of the timestamp, then add the result to the original
  333.       timestamp.
  334.  
  335.  
  336.  
  337.  
  338. Mills                        Informational                      [Page 6]
  339.  
  340. RFC 2030             SNTPv4 for IPv4, IPv6 and OSI          October 1996
  341.  
  342.  
  343.    This format allows convenient multiple-precision arithmetic and
  344.    conversion to UDP/TIME representation (seconds), but does complicate
  345.    the conversion to ICMP Timestamp message representation, which is in
  346.    milliseconds. The maximum number that can be represented is
  347.    4,294,967,295 seconds with a precision of about 200 picoseconds,
  348.    which should be adequate for even the most exotic requirements.
  349.  
  350.                         1                   2                   3
  351.     0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
  352.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  353.    |                           Seconds                             |
  354.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  355.    |                  Seconds Fraction (0-padded)                  |
  356.    +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  357.  
  358.    Note that, since some time in 1968 (second 2,147,483,648) the most
  359.    significant bit (bit 0 of the integer part) has been set and that the
  360.    64-bit field will overflow some time in 2036 (second 4,294,967,296).
  361.    Should NTP or SNTP be in use in 2036, some external means will be
  362.    necessary to qualify time relative to 1900 and time relative to 2036
  363.    (and other multiples of 136 years). There will exist a 200-picosecond
  364.    interval, henceforth ignored, every 136 years when the 64-bit field
  365.    will be 0, which by convention is interpreted as an invalid or
  366.    unavailable timestamp.
  367.  
  368.       As the NTP timestamp format has been in use for the last 17 years,
  369.       it remains a possibility that it will be in use 40 years from now
  370.       when the seconds field overflows. As it is probably inappropriate
  371.       to archive NTP timestamps before bit 0 was set in 1968, a
  372.       convenient way to extend the useful life of NTP timestamps is the
  373.       following convention: If bit 0 is set, the UTC time is in the
  374.       range 1968-2036 and UTC time is reckoned from 0h 0m 0s UTC on 1
  375.       January 1900. If bit 0 is not set, the time is in the range 2036-
  376.       2104 and UTC time is reckoned from 6h 28m 16s UTC on 7 February
  377.       2036. Note that when calculating the correspondence, 2000 is not a
  378.       leap year. Note also that leap seconds are not counted in the
  379.       reckoning.
  380.  
  381. 4. NTP Message Format
  382.  
  383.    Both NTP and SNTP are clients of the User Datagram Protocol (UDP)
  384.    [POS80], which itself is a client of the Internet Protocol (IP)
  385.    [DAR81]. The structure of the IP and UDP headers is described in the
  386.    cited specification documents and will not be detailed further here.
  387.    The UDP port number assigned to NTP is 123, which should be used in
  388.    both the Source Port and Destination Port fields in the UDP header.
  389.    The remaining UDP header fields should be set as described in the
  390.    specification.
  391.  
  392.  
  393.  
  394. Mills                        Informational                      [Page 7]
  395.  
  396. RFC 2030             SNTPv4 for IPv4, IPv6 and OSI          October 1996
  397.  
  398.  
  399.    Below is a description of the NTP/SNTP Version 4 message format,
  400.    which follows the IP and UDP headers. This format is identical to
  401.    that described in RFC-1305, with the exception of the contents of the
  402.    reference identifier field. The header fields are defined as follows:
  403.  
  404.                            1                   2                   3
  405.        0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
  406.       +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  407.       |LI | VN  |Mode |    Stratum    |     Poll      |   Precision   |
  408.       +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  409.       |                          Root Delay                           |
  410.       +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  411.       |                       Root Dispersion                         |
  412.       +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  413.       |                     Reference Identifier                      |
  414.       +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  415.       |                                                               |
  416.       |                   Reference Timestamp (64)                    |
  417.       |                                                               |
  418.       +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  419.       |                                                               |
  420.       |                   Originate Timestamp (64)                    |
  421.       |                                                               |
  422.       +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  423.       |                                                               |
  424.       |                    Receive Timestamp (64)                     |
  425.       |                                                               |
  426.       +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  427.       |                                                               |
  428.       |                    Transmit Timestamp (64)                    |
  429.       |                                                               |
  430.       +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  431.       |                 Key Identifier (optional) (32)                |
  432.       +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  433.       |                                                               |
  434.       |                                                               |
  435.       |                 Message Digest (optional) (128)               |
  436.       |                                                               |
  437.       |                                                               |
  438.       +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
  439.  
  440.    As described in the next section, in SNTP most of these fields are
  441.    initialized with pre-specified data. For completeness, the function
  442.    of each field is briefly summarized below.
  443.  
  444.  
  445.  
  446.  
  447.  
  448.  
  449.  
  450. Mills                        Informational                      [Page 8]
  451.  
  452. RFC 2030             SNTPv4 for IPv4, IPv6 and OSI          October 1996
  453.  
  454.  
  455.    Leap Indicator (LI): This is a two-bit code warning of an impending
  456.    leap second to be inserted/deleted in the last minute of the current
  457.    day, with bit 0 and bit 1, respectively, coded as follows:
  458.  
  459.       LI       Value     Meaning
  460.       -------------------------------------------------------
  461.       00       0         no warning
  462.       01       1         last minute has 61 seconds
  463.       10       2         last minute has 59 seconds)
  464.       11       3         alarm condition (clock not synchronized)
  465.  
  466.    Version Number (VN): This is a three-bit integer indicating the
  467.    NTP/SNTP version number. The version number is 3 for Version 3 (IPv4
  468.    only) and 4 for Version 4 (IPv4, IPv6 and OSI). If necessary to
  469.    distinguish between IPv4, IPv6 and OSI, the encapsulating context
  470.    must be inspected.
  471.  
  472.    Mode: This is a three-bit integer indicating the mode, with values
  473.    defined as follows:
  474.  
  475.       Mode     Meaning
  476.       ------------------------------------
  477.       0        reserved
  478.       1        symmetric active
  479.       2        symmetric passive
  480.       3        client
  481.       4        server
  482.       5        broadcast
  483.       6        reserved for NTP control message
  484.       7        reserved for private use
  485.  
  486.    In unicast and anycast modes, the client sets this field to 3
  487.    (client) in the request and the server sets it to 4 (server) in the
  488.    reply. In multicast mode, the server sets this field to 5
  489.    (broadcast).
  490.  
  491.    Stratum: This is a eight-bit unsigned integer indicating the stratum
  492.    level of the local clock, with values defined as follows:
  493.  
  494.       Stratum  Meaning
  495.       ----------------------------------------------
  496.       0        unspecified or unavailable
  497.       1        primary reference (e.g., radio clock)
  498.       2-15     secondary reference (via NTP or SNTP)
  499.       16-255   reserved
  500.  
  501.  
  502.  
  503.  
  504.  
  505.  
  506. Mills                        Informational                      [Page 9]
  507.  
  508. RFC 2030             SNTPv4 for IPv4, IPv6 and OSI          October 1996
  509.  
  510.  
  511.    Poll Interval: This is an eight-bit signed integer indicating the
  512.    maximum interval between successive messages, in seconds to the
  513.    nearest power of two. The values that can appear in this field
  514.    presently range from 4 (16 s) to 14 (16284 s); however, most
  515.    applications use only the sub-range 6 (64 s) to 10 (1024 s).
  516.  
  517.    Precision: This is an eight-bit signed integer indicating the
  518.    precision of the local clock, in seconds to the nearest power of two.
  519.    The values that normally appear in this field range from -6 for
  520.    mains-frequency clocks to -20 for microsecond clocks found in some
  521.    workstations.
  522.  
  523.    Root Delay: This is a 32-bit signed fixed-point number indicating the
  524.    total roundtrip delay to the primary reference source, in seconds
  525.    with fraction point between bits 15 and 16. Note that this variable
  526.    can take on both positive and negative values, depending on the
  527.    relative time and frequency offsets. The values that normally appear
  528.    in this field range from negative values of a few milliseconds to
  529.    positive values of several hundred milliseconds.
  530.  
  531.    Root Dispersion: This is a 32-bit unsigned fixed-point number
  532.    indicating the nominal error relative to the primary reference
  533.    source, in seconds with fraction point between bits 15 and 16. The
  534.    values that normally appear in this field range from 0 to several
  535.    hundred milliseconds.
  536.  
  537.    Reference Identifier: This is a 32-bit bitstring identifying the
  538.    particular reference source. In the case of NTP Version 3 or Version
  539.    4 stratum-0 (unspecified) or stratum-1 (primary) servers, this is a
  540.    four-character ASCII string, left justified and zero padded to 32
  541.    bits. In NTP Version 3 secondary servers, this is the 32-bit IPv4
  542.    address of the reference source. In NTP Version 4 secondary servers,
  543.    this is the low order 32 bits of the latest transmit timestamp of the
  544.    reference source. NTP primary (stratum 1) servers should set this
  545.    field to a code identifying the external reference source according
  546.    to the following list. If the external reference is one of those
  547.    listed, the associated code should be used. Codes for sources not
  548.    listed can be contrived as appropriate.
  549.  
  550.  
  551.  
  552.  
  553.  
  554.  
  555.  
  556.  
  557.  
  558.  
  559.  
  560.  
  561.  
  562. Mills                        Informational                     [Page 10]
  563.  
  564. RFC 2030             SNTPv4 for IPv4, IPv6 and OSI          October 1996
  565.  
  566.  
  567.       Code     External Reference Source
  568.       ----------------------------------------------------------------
  569.       LOCL     uncalibrated local clock used as a primary reference for
  570.                a subnet without external means of synchronization
  571.       PPS      atomic clock or other pulse-per-second source
  572.                individually calibrated to national standards
  573.       ACTS     NIST dialup modem service
  574.       USNO     USNO modem service
  575.       PTB      PTB (Germany) modem service
  576.       TDF      Allouis (France) Radio 164 kHz
  577.       DCF      Mainflingen (Germany) Radio 77.5 kHz
  578.       MSF      Rugby (UK) Radio 60 kHz
  579.       WWV      Ft. Collins (US) Radio 2.5, 5, 10, 15, 20 MHz
  580.       WWVB     Boulder (US) Radio 60 kHz
  581.       WWVH     Kaui Hawaii (US) Radio 2.5, 5, 10, 15 MHz
  582.       CHU      Ottawa (Canada) Radio 3330, 7335, 14670 kHz
  583.       LORC     LORAN-C radionavigation system
  584.       OMEG     OMEGA radionavigation system
  585.       GPS      Global Positioning Service
  586.       GOES     Geostationary Orbit Environment Satellite
  587.  
  588.    Reference Timestamp: This is the time at which the local clock was
  589.    last set or corrected, in 64-bit timestamp format.
  590.  
  591.    Originate Timestamp: This is the time at which the request departed
  592.    the client for the server, in 64-bit timestamp format.
  593.  
  594.    Receive Timestamp: This is the time at which the request arrived at
  595.    the server, in 64-bit timestamp format.
  596.  
  597.    Transmit Timestamp: This is the time at which the reply departed the
  598.    server for the client, in 64-bit timestamp format.
  599.  
  600.    Authenticator (optional): When the NTP authentication scheme is
  601.    implemented, the Key Identifier and Message Digest fields contain the
  602.    message authentication code (MAC) information defined in Appendix C
  603.    of RFC-1305.
  604.  
  605. 5. SNTP Client Operations
  606.  
  607.    A SNTP client can operate in multicast mode, unicast mode or anycast
  608.    mode. In multicast mode, the client sends no request and waits for a
  609.    broadcast (mode 5) from a designated multicast server. In unicast
  610.    mode, the client sends a request (mode 3) to a designated unicast
  611.    server and expects a reply (mode 4) from that server. In anycast
  612.    mode, the client sends a request (mode 3) to a designated local
  613.    broadcast or multicast group address and expects a reply (mode 4)
  614.    from one or more anycast servers. The client uses the first reply
  615.  
  616.  
  617.  
  618. Mills                        Informational                     [Page 11]
  619.  
  620. RFC 2030             SNTPv4 for IPv4, IPv6 and OSI          October 1996
  621.  
  622.  
  623.    received to establish the particular server for subsequent unicast
  624.    operations. Later replies from this server (duplicates) or any other
  625.    server are ignored. Other than the selection of address in the
  626.    request, the operations of anycast and unicast clients are identical.
  627.    Requests are normally sent at intervals from 64 s to 1024 s,
  628.    depending on the frequency tolerance of the client clock and the
  629.    required accuracy.
  630.  
  631.    A unicast or anycast client initializes the NTP message header, sends
  632.    the request to the server and strips the time of day from the
  633.    Transmit Timestamp field of the reply. For this purpose, all of the
  634.    NTP header fields shown above can be set to 0, except the first octet
  635.    and (optional) Transmit Timestamp fields. In the first octet, the LI
  636.    field is set to 0 (no warning) and the Mode field is set to 3
  637.    (client). The VN field must agree with the version number of the
  638.    NTP/SNTP server; however, Version 4 servers will also accept previous
  639.    versions. Version 3 (RFC-1305) and Version 2 (RFC-1119) servers
  640.    already accept all previous versions, including Version 1 (RFC-1059).
  641.    Note that Version 0 (RFC-959) is no longer supported by any other
  642.    version.
  643.  
  644.    Since there will probably continue to be NTP and SNTP servers of all
  645.    four versions interoperating in the Internet, careful consideration
  646.    should be given to the version used by SNTP Version 4 clients. It is
  647.    recommended that clients use the latest version known to be supported
  648.    by the selected server in the interest of the highest accuracy and
  649.    reliability. SNTP Version 4 clients can interoperate with all
  650.    previous version NTP and SNTP servers, since the header fields used
  651.    by SNTP clients are unchanged. Version 4 servers are required to
  652.    reply in the same version as the request, so the VN field of the
  653.    request also specifies the version of the reply.
  654.  
  655.    While not necessary in a conforming client implementation, in unicast
  656.    and anycast modes it highly recommended that the transmit timestamp
  657.    in the request is set to the time of day according to the client
  658.    clock in NTP timestamp format. This allows a simple calculation to
  659.    determine the propagation delay between the server and client and to
  660.    align the local clock generally within a few tens of milliseconds
  661.    relative to the server. In addition, this provides a simple method to
  662.    verify that the server reply is in fact a legitimate response to the
  663.    specific client request and avoid replays. In multicast mode, the
  664.    client has no information to calculate the propagation delay or
  665.    determine the validity of the server, unless the NTP authentication
  666.    scheme is used.
  667.  
  668.    To calculate the roundtrip delay d and local clock offset t relative
  669.    to the server, the client sets the transmit timestamp in the request
  670.    to the time of day according to the client clock in NTP timestamp
  671.  
  672.  
  673.  
  674. Mills                        Informational                     [Page 12]
  675.  
  676. RFC 2030             SNTPv4 for IPv4, IPv6 and OSI          October 1996
  677.  
  678.  
  679.    format. The server copies this field to the originate timestamp in
  680.    the reply and sets the receive timestamp and transmit timestamp to
  681.    the time of day according to the server clock in NTP timestamp
  682.    format.
  683.  
  684.    When the server reply is received, the client determines a
  685.    Destination Timestamp variable as the time of arrival according to
  686.    its clock in NTP timestamp format. The following table summarizes the
  687.    four timestamps.
  688.  
  689.       Timestamp Name          ID   When Generated
  690.       ------------------------------------------------------------
  691.       Originate Timestamp     T1   time request sent by client
  692.       Receive Timestamp       T2   time request received by server
  693.       Transmit Timestamp      T3   time reply sent by server
  694.       Destination Timestamp   T4   time reply received by client
  695.  
  696.    The roundtrip delay d and local clock offset t are defined as
  697.  
  698.       d = (T4 - T1) - (T2 - T3)     t = ((T2 - T1) + (T3 - T4)) / 2.
  699.  
  700.    The following table summarizes the SNTP client operations in unicast,
  701.    anycast and multicast modes. The recommended error checks are shown
  702.    in the Reply and Multicast columns in the table. The message should
  703.    be considered valid only if all the fields shown contain values in
  704.    the respective ranges. Whether to believe the message if one or more
  705.    of the fields marked "ignore" contain invalid values is at the
  706.    discretion of the implementation.
  707.  
  708.       Field Name              Unicast/Anycast          Multicast
  709.                               Request    Reply
  710.       ----------------------------------------------------------
  711.       LI                      0          0-2           0-2
  712.       VN                      1-4        copied from   1-4
  713.                                          request
  714.       Mode                    3          4             5
  715.       Stratum                 0          1-14          1-14
  716.       Poll                    0          ignore        ignore
  717.       Precision               0          ignore        ignore
  718.       Root Delay              0          ignore        ignore
  719.       Root Dispersion         0          ignore        ignore
  720.       Reference Identifier    0          ignore        ignore
  721.       Reference Timestamp     0          ignore        ignore
  722.       Originate Timestamp     0          (see text)    ignore
  723.       Receive Timestamp       0          (see text)    ignore
  724.       Transmit Timestamp      (see text) nonzero       nonzero
  725.       Authenticator           optional   optional      optional
  726.  
  727.  
  728.  
  729.  
  730. Mills                        Informational                     [Page 13]
  731.  
  732. RFC 2030             SNTPv4 for IPv4, IPv6 and OSI          October 1996
  733.  
  734.  
  735. 6. SNTP Server Operations
  736.  
  737.    A SNTP Version 4 server operating with either a NTP or SNTP client of
  738.    the same or previous versions retains no persistent state. Since a
  739.    SNTP server ordinarily does not implement the full set of NTP
  740.    algorithms intended to support redundant peers and diverse network
  741.    paths, a SNTP server should be operated only in conjunction with a
  742.    source of external synchronization, such as a reliable radio clock or
  743.    telephone modem. In this case it always operates as a primary
  744.    (stratum 1) server.
  745.  
  746.    A SNTP server can operate in unicast mode, anycast mode, multicast
  747.    mode or any combination of these modes. In unicast and anycast modes,
  748.    the server receives a request (mode 3), modifies certain fields in
  749.    the NTP header, and sends a reply (mode 4), possibly using the same
  750.    message buffer as the request. In anycast mode, the server listens on
  751.    the designated local broadcast or multicast group address assigned by
  752.    the IANA, but uses its own unicast address in the source address
  753.    field of the reply. Other than the selection of address in the reply,
  754.    the operations of anycast and unicast servers are identical.
  755.    Multicast messages are normally sent at poll intervals from 64 s to
  756.    1024 s, depending on the expected frequency tolerance of the client
  757.    clocks and the required accuracy.
  758.  
  759.    In unicast and anycast modes, the VN and Poll fields of the request
  760.    are copied intact to the reply. If the Mode field of the request is 3
  761.    (client), it is set to 4 (server) in the reply; otherwise, this field
  762.    is set to 2 (symmetric passive) in order to conform to the NTP
  763.    specification. This allows clients configured in symmetric active
  764.    (mode 1) to interoperate successfully, even if configured in possibly
  765.    suboptimal ways. In multicast (unsolicited) mode, the VN field is set
  766.    to 4, the Mode field is set to 5 (broadcast), and the Poll field set
  767.    to the nearest integer base-2 logarithm of the poll interval.
  768.  
  769.       Note that it is highly desirable that, if a server supports
  770.       multicast mode, it also supports unicast mode. This is so a
  771.       potential multicast client can calculate the propagation delay
  772.       using a client/server exchange prior to regular operation using
  773.       only multicast mode. If the server supports anycast mode, then it
  774.       must support unicast mode. There does not seem to be a great
  775.       advantage to operate both multicast and anycast modes at the same
  776.       time, although the protocol specification does not forbid it.
  777.  
  778.    In unicast and anycast modes, the server may or may not respond if
  779.    not synchronized to a correctly operating radio clock, but the
  780.    preferred option is to respond, since this allows reachability to be
  781.    determined regardless of synchronization state. In multicast mode,
  782.    the server sends broadcasts only if synchronized to a correctly
  783.  
  784.  
  785.  
  786. Mills                        Informational                     [Page 14]
  787.  
  788. RFC 2030             SNTPv4 for IPv4, IPv6 and OSI          October 1996
  789.  
  790.  
  791.    operating reference clock.
  792.  
  793.    The remaining fields of the NTP header are set in the following way.
  794.    Assuming the server is synchronized to a radio clock or other primary
  795.    reference source and operating correctly, the LI field is set to 0
  796.    and the Stratum field is set to 1 (primary server); if not, the
  797.    Stratum field is set to 0 and the LI field is set to 3. The Precision
  798.    field is set to reflect the maximum reading error of the local clock.
  799.    For all practical cases it is computed as the negative of the number
  800.    of significant bits to the right of the decimal point in the NTP
  801.    timestamp format. The Root Delay and Root Dispersion fields are set
  802.    to 0 for a primary server; optionally, the Root Dispersion field can
  803.    be set to a value corresponding to the maximum expected error of the
  804.    radio clock itself. The Reference Identifier is set to designate the
  805.    primary reference source, as indicated in the table of Section 5 of
  806.    this document.
  807.  
  808.    The timestamp fields are set as follows. If the server is
  809.    unsynchronized or first coming up, all timestamp fields are set to
  810.    zero. If synchronized, the Reference Timestamp is set to the time the
  811.    last update was received from the radio clock or modem. In unicast
  812.    and anycast modes, the Receive Timestamp and Transmit Timestamp
  813.    fields are set to the time of day when the message is sent and the
  814.    Originate Timestamp field is copied unchanged from the Transmit
  815.    Timestamp field of the request. It is important that this field be
  816.    copied intact, as a NTP client uses it to avoid replays. In multicast
  817.    mode, the Originate Timestamp and Receive Timestamp fields are set to
  818.    0 and the Transmit Timestamp field is set to the time of day when the
  819.    message is sent. The following table summarizes these actions.
  820.  
  821.       Field Name              Unicast/Anycast          Multicast
  822.                               Request    Reply
  823.       ----------------------------------------------------------
  824.       LI                      ignore     0 or 3        0 or 3
  825.       VN                      1-4        copied from   4
  826.                                          request
  827.       Mode                    3          2 or 4        5
  828.       Stratum                 ignore     1             1
  829.       Poll                    ignore     copied from   log2 poll
  830.                                          request       interval
  831.       Precision               ignore     -log2 server  -log2 server
  832.                                          significant   significant
  833.                                          bits          bits
  834.       Root Delay              ignore     0             0
  835.       Root Dispersion         ignore     0             0
  836.       Reference Identifier    ignore     source ident  source ident
  837.       Reference Timestamp     ignore     time of last  time of last
  838.                                          radio update  radio update
  839.  
  840.  
  841.  
  842. Mills                        Informational                     [Page 15]
  843.  
  844. RFC 2030             SNTPv4 for IPv4, IPv6 and OSI          October 1996
  845.  
  846.  
  847.       Originate Timestamp     ignore     copied from   0
  848.                                          transmit
  849.                                          timestamp
  850.       Receive Timestamp       ignore     time of day   0
  851.       Transmit Timestamp      (see text) time of day   time of day
  852.       Authenticator           optional   optional      optional
  853.  
  854.    There is some latitude on the part of most clients to forgive invalid
  855.    timestamps, such as might occur when first coming up or during
  856.    periods when the primary reference source is inoperative. The most
  857.    important indicator of an unhealthy server is the LI field, in which
  858.    a value of 3 indicates an unsynchronized condition. When this value
  859.    is displayed, clients should discard the server message, regardless
  860.    of the contents of other fields.
  861.  
  862. 7. Configuration and Management
  863.  
  864.    Initial setup for SNTP servers and clients can be done using a
  865.    configuration file if a file system is available, or a serial port if
  866.    not. It is intended that in-service management of NTP and SNTP
  867.    Version 4 servers and clients be performed using SNMP and a suitable
  868.    MIB to be published later. Ordinarily, SNTP servers and clients are
  869.    expected to operate with little or no site-specific configuration,
  870.    other than specifying the IP address and subnet mask or OSI NSAP
  871.    address.
  872.  
  873.    Unicast clients must be provided with the designated server name or
  874.    address. If a server name is used, the address of one of more DNS
  875.    servers must be provided. Multicast servers and anycast clients  must
  876.    be provided with the TTL and local broadcast or multicast group
  877.    address. Anycast servers and multicast clients may be configured with
  878.    a list of address-mask pairs for access control, so that only those
  879.    clients or servers known to be trusted will be used. These servers
  880.    and clients must implement the IGMP protocol and be provided with the
  881.    local broadcast or multicast group address as well. The configuration
  882.    data for cryptographic authentication is beyond the scope of this
  883.    document.
  884.  
  885.    There are several scenarios which provide automatic server discovery
  886.    and selection for SNTP clients with no pre-specified configuration,
  887.    other than the IP address and subnet mask or OSI NSAP address. For a
  888.    IP subnet or LAN segment including a fully functional NTP server, the
  889.    clients can be configured for multicast mode using the local
  890.    broadcast address. The same approach can be used with other servers
  891.    using the multicast group address. In both cases, provision of an
  892.    access control list is a good way to insure only trusted sources can
  893.    be used to set the local clock.
  894.  
  895.  
  896.  
  897.  
  898. Mills                        Informational                     [Page 16]
  899.  
  900. RFC 2030             SNTPv4 for IPv4, IPv6 and OSI          October 1996
  901.  
  902.  
  903.    In another scenario suitable for an extended network with significant
  904.    network propagation delays, clients can be configured for anycast
  905.    mode, both upon initial startup and after some period when the
  906.    currently selected unicast source has not been heard. Following the
  907.    defined protocol, the client binds to the first reply heard and
  908.    continues operation in unicast mode. In this mode the local clock can
  909.    be automatically adjusted to compensate for the propagation delay.
  910.  
  911.    In still another scenario suitable for any network and where
  912.    multicast service is not available, the DNS can be set up with a
  913.    common CNAME, like time.domain.net, and a list of address records for
  914.    NTP servers in the same domain. Upon resolving time.domain.net and
  915.    obtaining the list, the client selects a server at random and begins
  916.    operation in unicast mode with that server. Many variations on this
  917.    theme are possible.
  918.  
  919. 8. Acknowledgements
  920.  
  921.    Jeff Learman was helpful in developing the OSI model for this
  922.    protocol. Ajit Thyagarajan provided valuable suggestions and
  923.    corrections.
  924.  
  925. 9. References
  926.  
  927.    [COL94] Colella, R., R. Callon, E. Gardner, Y. Rekhter, "Guidelines
  928.    for OSI NSAP allocation in the Internet", RFC 1629, NIST, May 1994.
  929.  
  930.    [DAR81] Postel, J., "Internet Protocol", STD 5, RFC 791,
  931.    USC Information Sciences Institute, September 1981.
  932.  
  933.    [DEE89] Deering, S., "Host extensions for IP multicasting", STD 5,
  934.    RFC 1112, Stanford University, August 1989.
  935.  
  936.    [DEE96] Deering, S., R. Hinden, "Internet Protocol, Version 6 (IPv6)
  937.    Specification", RFC 1883, Xerox and Ipsilon, January 1996.
  938.  
  939.    [DOB91] Dobbins, K, W. Haggerty, C. Shue, "OSI connectionless
  940.    transport services on top of UDP - Version: 1", RFC 1240, Open
  941.    Software Foundation, June 1991.
  942.  
  943.    [EAS95] Eastlake, D., 3rd., and C. Kaufman, "Domain Name System
  944.    Security Extensions", Work in Progress.
  945.  
  946.    [FUR94] Furniss, P., "Octet sequences for upper-layer OSI to support
  947.    basic communications applications", RFC 1698, Consultant,
  948.    October 1994.
  949.  
  950.  
  951.  
  952.  
  953.  
  954. Mills                        Informational                     [Page 17]
  955.  
  956. RFC 2030             SNTPv4 for IPv4, IPv6 and OSI          October 1996
  957.  
  958.  
  959.    [HIN96] Hinden, R., and S. Deering, "IP Version 6 addressing
  960.    Architecture", RFC 1884, Ipsilon and Xerox, January 1996.
  961.  
  962.    [ISO86] International Standards 8602 - Information Processing Systems
  963.    - OSI: Connectionless Transport Protocol Specification. International
  964.    Standards Organization, December 1986.
  965.  
  966.    [MIL92] Mills, D., "Network Time Protocol (Version 3) specification,
  967.    implementation and analysis", RFC 1305, University of Delaware,
  968.    March 1992.
  969.  
  970.    [PAR93] Partridge, C., T. Mendez and W. Milliken, "Host anycasting
  971.    service", RFC 1546, Bolt Beranek Newman, November 1993.
  972.  
  973.    [POS80] Postel, J., "User Datagram Protocol", STD 6, RFC 768,
  974.    USC Information Sciences Institute, August 1980.
  975.  
  976.    [POS83] Postel, J., "Time Protocol", STD 26, RFC 868,
  977.    USC Information Sciences Institute, May 1983.
  978.  
  979. Security Considerations
  980.  
  981.    Security issues are not discussed in this memo.
  982.  
  983. Author's Address
  984.  
  985.    David L. Mills
  986.    Electrical Engineering Department
  987.    University of Delaware
  988.    Newark, DE 19716
  989.  
  990.    Phone: (302) 831-8247
  991.  
  992.  
  993.  
  994.  
  995.  
  996.  
  997.  
  998.  
  999.  
  1000.  
  1001.  
  1002.  
  1003.  
  1004.  
  1005.  
  1006.  
  1007.  
  1008.  
  1009.  
  1010. Mills                        Informational                     [Page 18]
  1011.  
  1012.