時刻同期方式とは？NTP・PTP・最新技術までわかりやすく解説します！

現代のネットワークやシステムでは、正確な時刻同期が欠かせません。

金融取引、IoTデバイス、5G通信など、あらゆる分野で「時刻同期方式」の選択がシステムの安定性や精度を左右します。

しかし、「NTPとPTPの違いは？」「ネットワーク遅延をどう対策すべき？」と悩む方も多いでしょう。

本記事では、時刻同期の基本から最新技術までを分かりやすく解説し、最適な同期方法の選び方を紹介します。

時刻のズレによるトラブルを防ぎ、より精度の高い時刻同期を実現するための知識を深めましょう！

外資系エンジニア

この記事は以下のような人におすすめ！

時刻同期方式とは何か知りたい人

NTPとPTPの違いが分からず、自社のシステムにどちらを導入すべきか悩んでいる

高精度な時刻同期が必要だけど、PTPを導入するコストや手間が気になる

時刻同期の基礎知識

ネットワークやシステムにおいて、正確な時刻を維持することは非常に重要です。

例えば、金融取引、通信ネットワーク、産業制御システムなどでは、わずかな時刻のズレが大きな問題を引き起こす可能性があります。

本記事では、時刻同期方式の基本をわかりやすく解説し、具体的な同期の種類についても詳しく説明します。

1-1. 時刻同期とは

時刻同期とは、複数のコンピュータやネットワーク機器の時刻を一致させる技術のことを指します。

現代のITシステムでは、異なるデバイスが連携して動作するため、それらが同じ時刻を基準に動作しなければなりません。

例えば、分散システムやクラウド環境では、複数のサーバーが連携してデータを処理します。

この際、サーバー間で時刻がズレていると、データの整合性が保たれず、システム全体の信頼性が低下してしまいます。

そのため、時刻同期はあらゆるITインフラの根幹を支える重要な技術です。

1-1-1. 時刻同期の重要性と必要性

時刻同期がなぜ必要なのかを、具体的な事例を交えて説明します。

金融システムの取引記録
証券取引やオンライン決済では、取引の時刻が正確であることが不可欠です。もし時刻がズレていると、取引の順序が変わってしまい、トラブルの原因になります。そのため、証券取引所では高精度の時刻同期技術が使用されています。
ログ管理とセキュリティ
サイバー攻撃の調査やシステムトラブルの解析では、ログデータの時刻が一致していることが重要です。ログの時刻がズレていると、どのイベントがいつ発生したのか正確に把握できず、原因究明が困難になります。
分散システムとクラウドコンピューティング
クラウド環境では、複数のデータセンターが連携して動作します。これらのデータセンター間で時刻がズレていると、データの一貫性が保てなくなり、システム障害の原因になります。

このように、時刻同期はシステムの正確性・安全性を確保するために不可欠な技術です。

1-1-2. 時刻、周波数、位相の違い

時刻同期を理解する上で、「時刻」「周波数」「位相」という3つの概念を正しく理解することが重要です。

それぞれの違いを以下の表にまとめました。

用語	説明	例
時刻	現在の時間を示す絶対的な値	「現在の時刻は12:00」
周波数	ある周期で発生する信号の速さ	1秒間に100回振動する信号
位相	信号の開始タイミングのズレ	2つの信号が180度ずれている

例えば、時刻が異なるとは「東京の時計が12:00なのに、ニューヨークの時計が11:55である」という状況です。

一方、周波数が異なる場合は、「ある時計は1秒に1回動くが、別の時計は1秒に1.01回動く」というように、時間の進み方が異なります。

そして、位相が異なるとは、「2つの信号が同じ周波数で動いているが、開始タイミングが異なる」ことを意味します。

1-2. 同期の種類

時刻同期には、大きく分けて3つの種類があります。

周波数同期
位相同期
時刻同期

それぞれの方式について詳しく解説します。

1-2-1. 周波数同期

周波数同期とは、複数の機器が同じクロック周波数で動作するように調整する方法です。

これは主に通信ネットワークや産業機器で使用されます。

例えば、携帯電話の基地局では、すべての基地局が同じ周波数で動作する必要があります。

もし周波数がズレてしまうと、通信の品質が低下し、通話の遅延やデータ通信の不安定さが発生してしまいます。

周波数同期は、高精度の発振器やGPSシステムを利用することで実現されます。

1-2-2. 位相同期

位相同期は、周波数同期に加えて、信号の開始タイミングを一致させる方法です。

これにより、信号が特定のタイミングで揃って動作することが可能になります。

例えば、デジタル放送や5G通信では、複数の送信機が同じタイミングでデータを送信する必要があります。

もし位相がズレると、データが正常に受信できなくなり、映像や音声が乱れる原因となります。

位相同期には、専用の同期回路や高精度なクロックソースが使用されます。

1-2-3. 時刻同期

時刻同期は、周波数・位相の同期に加え、絶対的な時刻を一致させる方式です。

これにより、異なるシステム間で正確な時間基準を共有できます。

例えば、銀行の取引記録やクラウドサービスのデータ同期では、厳密な時刻の一致が求められます。時刻がズレると、トランザクションの順序が変わってしまい、誤ったデータ処理が発生する可能性があります。

時刻同期の実現には、以下の技術が使用されます。

NTP（Network Time Protocol）：インターネット上の時刻同期に使用される標準プロトコル
PTP（Precision Time Protocol）：高精度な時刻同期が必要な環境で使用されるプロトコル
GPS時刻同期：GPS衛星の信号を利用して高精度の時刻を取得する方法

このように、用途に応じて適切な時刻同期方式を選択することが重要です。

時刻同期のプロトコルと方式

時刻同期を実現するためには、適切なプロトコルを選択し、システムの要件に応じた時刻同期方式を導入する必要があります。

現在、広く利用されている時刻同期方式には NTP（Network Time Protocol）、PTP（Precision Time Protocol）、IEEE 802.1AS（gPTP） などがあります。

それぞれのプロトコルには特徴があり、用途に応じた適用が求められます。本章では、それぞれの時刻同期方式について詳しく解説します。

2-1. NTP（Network Time Protocol）

NTP（Network Time Protocol）は、インターネットやローカルネットワーク上で時刻を同期するために広く使用されているプロトコルです。

1985年に開発され、現在でも多くのシステムで標準的に利用されています。

2-1-1. NTPの概要と仕組み

NTPは、ネットワーク経由で時刻情報をやり取りし、クライアントとサーバーの間で時刻を同期させるプロトコルです。

NTPの基本的な仕組みは以下のようになります。

時刻サーバーとの通信
クライアントはNTPサーバーに時刻情報を問い合わせます。
遅延補正
ネットワーク遅延を考慮し、正確な時刻を算出します。
時刻の更新
クライアントはサーバーから取得した時刻を元に、自身のシステムクロックを調整します。

NTPは、UDPポート123を使用し、階層構造（Stratum）を持つことで、負荷分散と時刻の精度向上を実現しています。

2-1-2. NTPの階層構造（Stratum）

NTPの重要な概念の一つに Stratum（ストラタム） があります。これは、時刻の信頼性を示す指標であり、以下のような階層構造になっています。

Stratum レベル	役割
Stratum 0	原子時計やGPSなどの高精度な時刻ソース
Stratum 1	Stratum 0と直接同期するサーバー
Stratum 2	Stratum 1と同期するサーバーやクライアント
Stratum 3	Stratum 2と同期するデバイス（以下同様）

一般的なシステムでは、Stratum 2やStratum 3のNTPサーバーを使用することで、安定した時刻同期を実現します。

2-2. PTP（Precision Time Protocol）

PTP（Precision Time Protocol）は、高精度な時刻同期を実現するためのプロトコルです。

特に、ミリ秒単位ではなく、ナノ秒レベルの高精度な同期 が求められる環境で使用されます。

2-2-1. PTPの概要と仕組み

PTPは、ネットワーク遅延を最小限に抑えながら、デバイス間で高精度な時刻同期を行うプロトコルです。

NTPと異なり、PTPは ハードウェアタイムスタンプ を使用し、遅延補正を高精度に行うことで、より正確な時刻同期が可能になります。

PTPの主な特徴

ミリ秒～ナノ秒レベルの時刻同期精度
ハードウェア対応デバイスを活用
産業用ネットワークや通信インフラでの活用

PTPは、グランドマスタークロック を基準として、スレーブデバイス（子機）が時刻を同期する仕組みを持っています。

PTPとは？NTPとの違いから導入のポイントまで完全ガイドPTPとは？NTPとの違いは？精度の高い時刻同期が求められる金融取引、5G通信、産業オートメーション、放送などの分野で、PTP（Precision Time Protocol）は不可欠な技術です。本記事では、PTPの基本概念、最新動向、導入方法、機器の選び方、設定手順、運用時の課題と対策を詳しく解説します！...

2-2-2. PTPとNTPの違い

PTPとNTPの違いを以下の表にまとめました。

比較項目	NTP	PTP
精度	数ミリ秒程度	ナノ秒レベル
適用範囲	一般的なネットワーク、サーバー	産業用ネットワーク、5G、放送設備
時刻の同期方法	ソフトウェアタイムスタンプ	ハードウェアタイムスタンプ

このように、NTPは一般的な用途に適しているのに対し、PTPは高精度な時刻同期を必要とするシステムで使用されます。

2-3. IEEE 802.1AS（gPTP）

IEEE 802.1ASは、TSN（Time-Sensitive Networking） における時刻同期方式の一つであり、一般に gPTP（generalized Precision Time Protocol） とも呼ばれます。

2-3-1. IEEE 802.1ASの概要

IEEE 802.1ASは、PTPを基盤とした時刻同期プロトコルであり、特に 自動車や産業ネットワーク、オーディオ・ビデオシステム で使用されます。

従来のPTPよりも リアルタイム性が求められる環境向け に最適化されています。

主な特徴：

低遅延で高精度な時刻同期を実現
イーサネットベースのネットワークで使用可能
オーディオ・ビデオ同期（AVB）や自動車のECU間通信に活用

2-3-2. IEEE 802.1ASの必要性と適用分野

IEEE 802.1ASが必要とされる理由は、従来のネットワークでは実現できなかったリアルタイム性の高い時刻同期を提供する ためです。

適用分野として、以下のような領域が挙げられます。

自動車分野
近年の車両では、カメラ、レーダー、ECU（電子制御ユニット）などがリアルタイムで連携するため、高精度な時刻同期が不可欠です。
産業用オートメーション
工場のロボットアームやセンサーネットワークでは、データの正確なタイムスタンプが必要であり、IEEE 802.1ASがその役割を担います。
オーディオ・ビデオ（AVB）
プロフェッショナルオーディオ機器や放送設備では、音声や映像の同期が重要です。IEEE 802.1ASを活用することで、ズレのないAV同期を実現できます。

2-4. まとめ

本章では、代表的な時刻同期方式として NTP、PTP、IEEE 802.1AS について解説しました。それぞれのプロトコルには特長があり、用途に応じた適用が求められます。

プロトコル	主な用途	精度
NTP	一般的なネットワーク、サーバー	ミリ秒
PTP	産業用ネットワーク、5G	ナノ秒
IEEE 802.1AS	自動車、オーディオ、産業オートメーション	マイクロ秒～ナノ秒

時刻同期の実装と設定

時刻同期方式を適切に導入することで、システムの正確性や信頼性を向上させることができます。

本章では、NTP（Network Time Protocol） と PTP（Precision Time Protocol） の設定方法について解説します。

特に、NTPサーバの構築方法、公開NTPサーバの利用方法、PTPの導入手順、PTP対応機器の選定 について詳しく説明します。

3-1. NTPサーバの設定方法

NTPサーバを適切に設定することで、ネットワーク上のすべてのデバイスが正確な時刻を共有できるようになります。

特に、企業ネットワークやデータセンターでは、ローカルNTPサーバの構築 が推奨されます。

3-1-1. NTPサーバの役割と設定手順

NTPサーバの役割 NTPサーバの主な役割は、以下の3つです。

正確な時刻を提供する
NTPサーバは、GPS時計や上位のNTPサーバと同期し、クライアントに正しい時刻を提供します。
ネットワーク全体の時刻を統一する
NTPサーバを使用することで、すべてのデバイスが共通の時刻基準を持つことができます。
システムの整合性を維持する
ログ記録やセキュリティ対策において、正確な時刻は不可欠です。特に、トラブルシューティング時に重要となります。

NTPサーバの設定手順（Linux環境） NTPサーバの基本的な設定手順を、Linux環境（Ubuntu）を例に紹介します。

① NTPサーバのインストール

sudo apt update sudo apt install ntp

② NTP設定ファイルの編集 設定ファイル /etc/ntp.conf を編集し、上位NTPサーバ（Stratum 1 または 2）を指定します。

server ntp.nict.jp iburst server time.google.com iburst

③ NTPサービスの再起動

sudo systemctl restart ntp sudo systemctl enable ntp

④ 動作確認

ntpq -p

このコマンドで、NTPサーバの接続状況を確認できます。

3-1-2. 公開NTPサーバの利用方法

NTPサーバを自前で構築するのが難しい場合、公開NTPサーバ を利用することができます。

日本国内で利用できる代表的な公開NTPサーバを以下に示します。

サーバ名	提供元	アドレス
NICT 日本標準時	情報通信研究機構	ntp.nict.jp
Google NTP	Google	time.google.com
Cloudflare NTP	Cloudflare	time.cloudflare.com

公開NTPサーバの利用方法 クライアント側で、使用するNTPサーバを設定することで、時刻同期が可能になります。

Linuxでは、以下のように設定を変更します。

sudo nano /etc/ntp.conf

以下のように公開NTPサーバを指定し、ファイルを保存します。

server ntp.nict.jp iburst server time.google.com iburst server time.cloudflare.com iburst

最後に、NTPサービスを再起動すれば設定完了です。

sudo systemctl restart ntp

3-2. PTPの導入と設定

PTP（Precision Time Protocol）は、高精度な時刻同期方式であり、主に産業用ネットワークや通信インフラ、5G基地局、金融システム などで使用されます。

PTPを導入することで、ナノ秒レベルの時刻同期が可能になります。

3-2-1. PTPの導入手順と注意点

PTPの導入手順

PTP対応ハードウェアの確認
- PTPは、専用のハードウェア（PTP対応ネットワークカードやスイッチ）が必要です。
PTPソフトウェアのインストール
- Linuxでは、linuxptp パッケージを使用します。

sudo apt install linuxptp

PTP設定ファイルの編集
- /etc/ptp4l.conf を編集し、ネットワーク環境に適した設定を行います。
PTPサービスの起動

sudo systemctl start ptp4l sudo systemctl enable ptp4l

注意点

PTP対応機器が必要（一般的なスイッチでは正しく動作しない）
ネットワークの遅延を最小化する設計が必要
NTPよりも設定が複雑なため、事前の検証が必要

3-2-2. PTP対応機器の選定

PTPの正確な時刻同期を実現するには、対応機器の選定が重要です。

以下のポイントを考慮して選びましょう。

選定基準	説明
PTP対応スイッチ	PTPをサポートするスイッチを使用（例：Cisco、Juniper、Mellanox）
グランドマスタークロック	高精度な時刻同期を提供（例：Meinberg、Microsemi）
PTP対応ネットワークカード	ハードウェアタイムスタンプを利用（例：Intel X520、Solarflare）

また、PTPを導入する環境に応じて「gPTP（IEEE 802.1AS）」などの適切なプロトコルを選択 することも重要です。

3-3. まとめ

本章では、時刻同期方式としてのNTPとPTPの設定方法 について解説しました。

用途によって、適切な時刻同期プロトコルを選択することが重要です。

プロトコル	主な用途	設定の容易さ
NTP	一般的なサーバーやネットワーク機器	簡単
PTP	高精度が求められる産業・通信・金融	難しい

時刻同期の課題と対策

時刻同期方式を正しく運用するためには、いくつかの課題を理解し、適切な対策を講じることが重要です。

本章では、ネットワーク遅延による時刻同期精度の低下とその対策、時刻同期プロトコルに潜むセキュリティリスクとその対処法 について詳しく解説します。

4-1. ネットワーク遅延と時刻同期精度

時刻同期方式を導入する際、ネットワーク遅延は大きな影響を及ぼします。

ネットワーク遅延が発生すると、サーバーから受信した時刻情報と実際の時刻にズレが生じ、正確な時刻同期が困難になる ことがあります。

4-1-1. ネットワーク遅延が時刻同期に与える影響

ネットワーク遅延が時刻同期に与える影響には、以下のようなものがあります。

時刻のズレ（オフセット）の発生
- NTPやPTPなどのプロトコルは、ネットワークを通じて時刻情報を取得します。そのため、ネットワークの遅延が大きいと、クライアントが受け取る時刻にズレが生じます。
同期精度の低下
- 一般的に、NTPでは数ミリ秒、PTPではナノ秒レベルの精度が求められますが、ネットワーク遅延の影響により、その精度が維持できなくなることがあります。
リアルタイムシステムへの影響
- 金融取引、産業制御、通信インフラなど、時刻の正確性が求められるシステムでは、わずかな遅延が大きな障害を引き起こす可能性があります。

ネットワーク遅延が発生しやすい要因

パケットの経路が長い（複数のルーターを経由する）
トラフィックが混雑している（帯域幅が不足している）
ワイヤレスネットワークの使用（電波干渉の影響）
VPNやファイアウォールの設定（パケット処理の遅延）

4-1-2. 遅延対策と精度向上の方法

ネットワーク遅延を最小限に抑え、時刻同期の精度を向上させるためには、以下の対策が有効です。

上位のNTP/PTPサーバーを適切に選定する

近くのStratum 1やStratum 2のNTPサーバーを使用すると、遅延が少なくなります。
例えば、日本国内のNTPサーバー（ntp.nict.jp）を利用することで、海外のNTPサーバーよりも高速に時刻同期が可能です。

ネットワーク機器の最適化

高性能なルーターやスイッチを導入し、ネットワークの遅延を低減する。
QoS（Quality of Service）設定を活用し、時刻同期用のパケットを優先的に処理する。

ハードウェアタイムスタンプを活用

PTPでは、ハードウェアタイムスタンプ対応のスイッチやネットワークカードを使用すると、精度が大幅に向上します。

時刻同期プロトコルの最適化

NTPの場合：minpoll/maxpollの設定を調整し、時刻取得の頻度を最適化する。
PTPの場合：BMCA（Best Master Clock Algorithm）を適切に設定し、最適なマスタークロックを選択する。

4-2. セキュリティ上の課題

時刻同期方式は、サイバー攻撃の対象となることがあります。時刻が改ざんされると、システム全体に深刻な影響を及ぼす可能性があります。

そのため、時刻同期プロトコルのセキュリティ対策が必要です。

4-2-1. 時刻同期におけるセキュリティリスク

時刻同期プロトコルに潜む代表的なセキュリティリスクは、以下のようなものがあります。

リスク	内容	影響
MITM攻撃（中間者攻撃）	悪意のある第三者がNTP/PTP通信を傍受・改ざん	不正な時刻が設定され、システムの整合性が崩れる
DDoS攻撃	NTPリフレクション攻撃によるサーバー負荷の増加	サーバーが過負荷状態になり、時刻同期が停止
スプーフィング（偽装）	偽のNTPサーバーを使用し、不正な時刻を配信	誤った時刻情報により、ログや取引記録が改ざんされる
GPSスプーフィング	GPS信号を偽装し、時刻のずれを発生させる	金融機関や通信ネットワークに影響を与える可能性

4-2-2. セキュリティ対策とベストプラクティス

これらのリスクを軽減するために、以下のようなセキュリティ対策を実施することが重要です。

NTPのセキュリティ対策

NTPの認証機能を有効化
- NTP Autokey や NTS（Network Time Security） を使用し、信頼できるサーバーからのみ時刻情報を受信する。
信頼できるNTPサーバーを利用
- 企業内で独自のNTPサーバーを構築し、外部からの影響を受けにくくする。
NTPサーバーへのアクセス制限
- ntp.conf に以下のような設定を行い、不要なアクセスを防ぐ。

nginxCopyEditrestrict default kod nomodify notrap nopeer noquery restrict 192.168.1.0 mask 255.255.255.0 nomodify notrap

PTPのセキュリティ対策

PTPパケットの認証と暗号化
- IEEE 1588-2019 では、PTP通信のセキュリティ対策として、認証と暗号化の機能が追加されているため、対応機器を選定する。
BMCA（Best Master Clock Algorithm）の適切な設定
- 偽のマスタークロックを排除するため、適切なBMCAポリシーを構築する。

GPSスプーフィング対策

GPS受信機を保護するため、マルチGNSS（GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou）の受信機 を使用し、スプーフィングの影響を軽減する。

4-3. まとめ

時刻同期方式を安全かつ高精度に運用するためには、ネットワーク遅延の影響を最小限に抑え、セキュリティリスクを適切に管理することが重要 です。

以下のポイントを押さえましょう。

課題	解決策
ネットワーク遅延	近くのNTPサーバーを使用、QoS設定、高精度ハードウェアを導入
MITM攻撃	NTS（Network Time Security）やNTP認証を利用
DDoS攻撃	不要なNTPトラフィックを制限
GPSスプーフィング	マルチGNSS対応機器を使用

IoT分野	時刻同期の必要性
スマートファクトリー	ロボット・センサーの同期制御
スマートシティ	交通信号・監視カメラの連携
医療IoT	遠隔手術のタイミング同期
物流	GPSと連携した荷物追跡

新規プロトコル	特徴
NTS（Network Time Security）	NTPのセキュリティ強化版
HPTS（High Precision Time Synchronization）	超高精度なネットワーク時刻同期
Quantum Clock Synchronization（量子クロック同期）	量子もつれを利用した時刻同期

技術	特徴
5G時刻同期	高速通信のためのナノ秒レベルの時刻同期
IoT時刻同期	省電力・高精度を両立する同期技術
NTS（新プロトコル）	NTPのセキュリティ強化版
量子時刻同期	量子もつれを活用した次世代技術