Raspberry Pi NTP-Server – eine Uhr für das ganze Netz

Passende Hardware im Überblick

Boards – ein Zeitserver braucht wenig Rechenleistung:
Raspberry Pi Zero 2 W – reicht für einen NTP-Server völlig (Link)*
Raspberry Pi 5 mit 4GB – wenn noch andere Dienste dazukommen (Link)*
Raspberry Pi 5 mit 8GB RAM – die Allzweck-Empfehlung (Link)*
Raspberry Pi 4 Starter-Set mit 4GB (Link)*
db-tronic Pi 5 Komplett-Set mit Gehäuse und Kühler (Link)*

GPS, Puls und Gangreserve – für Stratum 1:
NEO-6M GPS-Module im 2er-Pack – das Herzstück der Stratum-1-Lösung (Link)*
DS3231 Echtzeituhr – überbrückt Stromausfälle (Link)*
Tiny DS3231 im Miniformat – passt auch neben ein Zero-Gehäuse (Link)*
Breadboard-Set mit Jumperkabeln für die Verdrahtung (Link)*
USB-TTL-Kabel FTDI – zum Mitlesen der GPS-Daten am PC (Link)*

Für den Dauerbetrieb rund um die Uhr:
Offizielles 27-W-Netzteil für den Pi 5 (Link)*
Offizielles Netzteil für den Pi 4 (Link)*
Geekworm X1200 USV – der Zeitserver läuft weiter, wenn der Strom weg ist (Link)*
PiSugar 3 Plus Akku – für den Zero-Aufbau (Link)*
PoE-HAT für den Netzwerkschrank – Strom und LAN in einem Kabel (Link)*
SanDisk Extreme A2 128GB – haltbare Karte für Dauerläufer (Link)*
Offizielles Zero-Gehäuse (Link)*

Kurz gesagt: Wozu braucht man einen eigenen Zeitserver im Heimnetz?

Die Kurzfassung:

• Ein Raspberry Pi Zeitserver versorgt das ganze Haus: Ein einziges Gerät fragt noch nach draußen, alle anderen holen die Uhrzeit lokal – auch Geräte, die gar kein Internet bekommen sollen.
• Chrony statt ntpd: sudo apt install chrony, in der Konfiguration allow 192.168.178.0/24 ergänzen, Dienst neu starten – fertig ist der Server für das Heimnetz.
• Genauigkeit ohne Zusatzhardware: Gegen Internet-Server liegt die Abweichung typischerweise im Bereich weniger Millisekunden, im lokalen Netz darunter. Für Protokolle, Kameras und Einmalcodes reicht das locker.
• Stratum 1 mit GPS und PPS: Ein GPS-Modul mit Sekundenpuls bringt den Pi in den Mikrosekundenbereich – unabhängig vom Internet.
• DCF77 als Alternative: Der Langwellensender der PTB kommt auch dort an, wo GPS scheitert, liefert aber nur Millisekunden statt Mikrosekunden.
• Kontrolle: chronyc tracking zeigt die eigene Abweichung, chronyc clients zeigt, wer im Netz tatsächlich fragt.

Raspberry Pi Zeitserver: Warum ein eigener NTP-Server im Heimnetz sinnvoll ist

Ein Raspberry Pi Zeitserver ist eines der Projekte, die man einmal aufsetzt und danach nie wieder anfasst – und die trotzdem jeden Tag arbeiten. Normalerweise fragt jedes Gerät im Haushalt die Uhrzeit einzeln bei irgendeinem Server im Internet ab: der Fernseher, die Konsole, jedes Notebook, jede Kamera, jeder Smart-Home-Hub. Mit einem eigenen NTP-Server im Netz fragt nur noch ein einziges Gerät nach draußen. Alle anderen bekommen die Zeit aus dem eigenen Netz, in unter einer Millisekunde und ohne Umweg über die Internetleitung.

Der wichtigere Grund ist aber ein anderer: Geräte ohne Internetzugang brauchen trotzdem eine Uhr. Wer seine Kameras, seinen Drucker oder das Smart Home bewusst vom Internet trennt – im eigenen VLAN, hinter einer Firewall-Regel, oder komplett offline – hat genau ein Problem: Diese Geräte kommen nicht mehr an einen Zeitserver heran. Ohne Zeitsynchronisierung driften ihre Uhren, Zeitstempel in Aufnahmen werden falsch, Zertifikate gelten plötzlich als abgelaufen. Ein Zeitserver im eigenen Netz löst das, ohne die Abschottung aufzuweichen.

Der dritte Grund heißt Fehlersuche. Wer ein Problem über mehrere Geräte hinweg verfolgt – der Home-Assistant-Server meldet etwas, der Router etwas anderes, die Kamera ein Drittes – kann die Protokolle nur dann nebeneinanderlegen, wenn alle Uhren übereinstimmen. Zwei Sekunden Versatz reichen, um eine Ursache-Wirkung-Kette in die falsche Reihenfolge zu bringen. Dazu kommen Dienste, die schlicht auf genaue Zeit angewiesen sind: Einmalcodes für die Zwei-Faktor-Anmeldung in Vaultwarden, Freigaben über Samba und jede TLS-Verbindung, die Gültigkeitszeiträume prüft.

Und schließlich gibt es noch die Ausbaustufe für Enthusiasten: Mit einem GPS-Modul für rund 10 Euro wird aus dem Pi eine Stratum-1-Zeitquelle, also ein Server, der seine Zeit direkt von den Atomuhren der Satelliten bezieht – dieselbe Bauart, die Rechenzentren einsetzen. Das ist kein Muss, aber es ist der Punkt, an dem das Projekt vom Nützlichen ins Faszinierende kippt.

Chrony statt ntpd – warum die Wahl heute eindeutig ist

Für Zeitsynchronisierung unter Linux gibt es drei Kandidaten, und die Entscheidung fällt schneller aus, als viele Anleitungen vermuten lassen. Raspberry Pi OS bringt seit Bookworm standardmäßig systemd-timesyncd mit. Das ist ein schlanker Client – er stellt die eigene Uhr, mehr nicht. Zeit für andere bereitstellen kann er nicht. Der klassische ntpd könnte das, gilt aber als schwerfällig und braucht deutlich länger, bis er einrastet.

Chrony ist deshalb die richtige Wahl: schnelle Erstsynchronisierung, sehr gute Ergebnisse bei schwankender Netzlast, sparsam mit Ressourcen, und er kann gleichzeitig Client und Server sein. In Raspberry Pi OS Trixie (Debian 13) steckt Chrony in Version 4.6, unter Bookworm ist es 4.3 – beide beherrschen alles, was hier gebraucht wird, einschließlich Network Time Security.

Ein Detail nimmt einem das Paket ab: Beim Installieren von Chrony wird systemd-timesyncd automatisch deaktiviert. Zwei Zeitdienste gleichzeitig wären ein sicherer Weg in unerklärliche Sprünge.

Raspberry Pi Zeitserver einrichten – Schritt für Schritt

1. Grundsystem vorbereiten: Raspberry Pi OS Lite genügt. Wichtig ist eine feste IP-Adresse – Clients werden später auf genau diese Adresse zeigen. SSH aktivieren, danach kann der Pi ohne Monitor irgendwo im Schrank stehen.
2. Chrony installieren: sudo apt update && sudo apt install chrony. Der Dienst startet sofort und holt sich die Zeit aus dem Debian-Pool.
3. Zeitquellen festlegen: In /etc/chrony/chrony.conf lässt sich der Pool ergänzen oder ersetzen, etwa pool de.pool.ntp.org iburst für Server in Deutschland. Wer es genau nimmt, nutzt die Server der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt: server ptbtime1.ptb.de iburst. Verschlüsselt geht es mit server time.cloudflare.com iburst nts.
4. Das Netz freigeben: Eine Zeile entscheidet darüber, ob der Pi Server wird: allow 192.168.178.0/24 – angepasst an das eigene Netz. Ohne diese Zeile antwortet Chrony niemandem.
5. Für den Notfall vorsorgen: Die Zeile local stratum 10 sorgt dafür, dass der Pi auch dann Zeit ausliefert, wenn die Internetverbindung ausfällt. Ohne sie verweigert er in dieser Situation die Auskunft – und das ganze Netz steht plötzlich ohne Uhr da.
6. Dienst neu starten und prüfen: sudo systemctl restart chrony, dann chronyc tracking. Interessant sind dort die Zeilen Stratum und System time.
7. Firewall öffnen: Falls eine Firewall läuft, muss UDP-Port 123 offen sein: sudo ufw allow 123/udp. Der häufigste Grund, warum ein fertig eingerichteter Server keine Antwort gibt.
8. Autostart sicherstellen: sudo systemctl enable chrony – damit kommt der Dienst nach einem Stromausfall von selbst zurück. Wie sich weitere Programme dauerhaft mitstarten lassen, zeigt die Anleitung zum Autostart.

Clients auf den eigenen Zeitserver umstellen

Ein Server ohne Clients bringt nichts. Der bequemste Weg führt über den Router: In der FRITZ!Box findet sich unter Heimnetz > Netzwerk > Netzwerkeinstellungen das Feld für den NTP-Server. Trägt man dort die Pi-Adresse ein, holt sich der Router selbst die Zeit lokal – und gibt sie an DHCP-Clients weiter, die danach fragen.

Für alle übrigen Geräte gilt: Wer die Zeitquelle per DHCP verteilen will, braucht einen DHCP-Server, der die Option 42 kennt. Genau das können Pi-hole und AdGuard Home, wenn sie das DHCP im Netz übernehmen – eine hübsche Kombination, weil beide Dienste ohnehin auf demselben Pi laufen können.

• Linux mit timesyncd: In /etc/systemd/timesyncd.conf die Zeile NTP=192.168.178.30 eintragen und sudo systemctl restart systemd-timesyncd ausführen.
• Linux mit Chrony: In der chrony.conf alle Pool-Zeilen durch server 192.168.178.30 iburst ersetzen.
• Windows: w32tm /config /manualpeerlist:"192.168.178.30" /syncfromflags:manual /update, Kontrolle mit w32tm /query /status.
• Smart-Home-Geräte und Kameras: Fast jede Weboberfläche hat ein Feld für den NTP-Server – dort die Pi-Adresse eintragen. Bei Geräten hinter einer strengen Firewall-Regel ist das oft der einzige Weg zu einer korrekten Uhr.
• Virtuelle Maschinen: Unter Proxmox und in Docker-Containern zählt die Uhr des Wirtssystems – dort ansetzen, nicht im Container.

Stratum 1 mit GPS und PPS – Mikrosekunden im Heimnetz

Solange der Pi seine Zeit aus dem Internet bezieht, ist er Stratum 2 oder 3 und hängt an der Laufzeit der Leitung. Ein GPS-Modul ändert das grundlegend: Die Satelliten tragen Atomuhren, und ein einfaches NEO-6M-Modul gibt deren Zeit über die serielle Schnittstelle aus. Entscheidend ist dabei nicht der Datensatz, sondern der PPS-Ausgang – ein Impuls, der exakt zum Sekundenbeginn kommt. Die Textdaten sagen, welche Sekunde es ist; der Impuls sagt, wann sie genau anfängt.

1. Verdrahten: GPS-Modul an 3,3 V und GND, TX des Moduls an RX des Pi (GPIO 15), PPS an GPIO 18. Die Grundlagen dazu stehen im Beitrag zur seriellen Schnittstelle, Details zum Modul selbst im Artikel zu GPS am Raspberry Pi.
2. Schnittstellen freischalten: In raspi-config die serielle Konsole abschalten, die Hardware-UART aber einschalten. In /boot/firmware/config.txt kommt dtoverlay=pps-gpio,gpiopin=18 dazu.
3. Puls prüfen: Nach dem Neustart sudo apt install pps-tools und sudo ppstest /dev/pps0 – im Sekundentakt müssen Zeilen erscheinen. Tun sie das nicht, hat das Modul noch keine Satelliten oder die Verdrahtung stimmt nicht.
4. gpsd einrichten: sudo apt install gpsd gpsd-clients, in /etc/default/gpsd als Gerät /dev/serial0 eintragen und die Option -n setzen. cgps zeigt danach die empfangenen Satelliten.
5. Chrony koppeln: In die chrony.conf zwei Zeilen ergänzen: refclock SHM 0 offset 0.2 delay 0.2 refid GPS und refclock PPS /dev/pps0 lock GPS refid PPS prefer. Nach dem Neustart zeigt chronyc sources -v die neue Quelle.

Die Antenne gehört ans Fenster oder nach draußen – für reinen Zeitempfang genügen weniger Satelliten als für Navigation, aber ganz ohne Himmelssicht geht es nicht. Erfahrungswerte aus der Community liegen bei wenigen Mikrosekunden Abweichung, sobald PPS eingerastet ist. Als Rückfall gehört eine Echtzeituhr dazu, damit der Pi nach einem Stromausfall nicht bei Null anfängt – der Pi 5 hat dafür bereits einen Anschluss für eine Knopfzelle an Bord, ältere Modelle brauchen ein DS3231-Modul.

DCF77 als Alternative: Der Zeitzeichensender bei Mainflingen strahlt auf 77,5 kHz das Signal der PTB aus und ist noch in rund 2.000 Kilometern Entfernung zu empfangen – auch in Räumen, in denen GPS nichts mehr sieht. Der Preis dafür: Das Signal überträgt ein Bit pro Sekunde, eine vollständige Zeitinformation braucht also eine ganze Minute, und Empfängerlaufzeiten begrenzen die Genauigkeit auf den Millisekundenbereich. Dazu kommt hohe Störanfälligkeit gegenüber Schaltnetzteilen, LED-Lampen und Bildschirmen. Als Notnagel für abgeschottete Standorte taugt DCF77 – wer Mikrosekunden will, kommt an GPS mit PPS nicht vorbei.

Abweichung messen und den Zeitserver überwachen

Zeit ist unsichtbar, solange nichts schiefgeht – deshalb lohnt ein Blick auf die Messwerte. chronyc tracking ist der wichtigste Befehl: Stratum zeigt den Abstand zur Referenz, System time die aktuelle Abweichung der Systemuhr, RMS offset den Mittelwert über die Zeit und Frequency, wie stark der Quarz des Pi von der Sollfrequenz abweicht. Werte von einigen ppm sind normal – Chrony rechnet diese Drift heraus.

Mit chronyc sources -v lassen sich die Quellen einzeln beurteilen; das Sternchen markiert die aktuell verwendete. chronyc sourcestats zeigt, wie stabil jede Quelle ist, und chronyc clients beantwortet die praktisch wichtigste Frage: Welche Geräte fragen tatsächlich? Häufig steht dort nach der Umstellung überraschend wenig – ein Zeichen dafür, dass die Clients noch ihre alten Voreinstellungen benutzen.

Wer es dauerhaft im Blick behalten will, schiebt die Werte in eine Datenbank und zeichnet sie mit Grafana auf; ein kleiner Cronjob genügt zum Einsammeln. Für den Alltag reicht meist die Beobachtung, dass die Abweichung nach einem Neustart binnen weniger Minuten wieder im gewohnten Bereich liegt.

Fehler und Stolpersteine beim NTP-Server

• Die vergessene allow-Zeile: Ohne allow ist Chrony ausschließlich Client. Der Dienst läuft, die Uhrzeit stimmt – und trotzdem antwortet er keinem Gerät im Netz.
• Firewall und Port 123: NTP läuft über UDP, nicht TCP. Wer nur TCP freigibt, wartet vergeblich auf eine Antwort.
• Server ohne local stratum: Fällt das Internet aus, meldet Chrony sich als nicht synchronisiert und liefert gar nichts mehr. Die Zeile local stratum 10 verhindert genau diesen Totalausfall.
• WLAN statt Kabel: Funk bringt schwankende Laufzeiten mit sich. Für einen Zeitserver gehört das Netzwerkkabel dazu – erst recht bei einem GPS-Aufbau, dessen Mikrosekunden sonst im WLAN-Jitter untergehen.
• Zeitzone mit Zeit verwechselt: NTP verteilt ausschließlich UTC. Zeigt ein Client zwei Stunden Versatz, ist die Zeitzone falsch eingestellt, nicht der Server kaputt.
• Doppelte Zeitdienste: Läuft neben Chrony noch systemd-timesyncd oder ein alter ntpd, ziehen zwei Programme an derselben Uhr. Das Ergebnis sind sprunghafte Korrekturen.
• Geräte mit fest eingebautem Server: Manche Smart-TVs, Konsolen und Billig-Kameras fragen einen fest programmierten Zeitserver ab und ignorieren jede Vorgabe. Nur eine Umleitung im Router hilft – oder man lebt damit.

Häufige Fragen zum Raspberry Pi als Zeitserver

Welcher Raspberry Pi reicht für einen NTP-Server?
Jedes Modell. Der Dienst braucht kaum Rechenleistung und wenige Megabyte Arbeitsspeicher. Ein Zero 2 W mit gut einem Watt Verbrauch ist für diese Aufgabe die naheliegendste Wahl.

Wie genau wird die Zeit ohne GPS?
Gegen gute Internet-Server liegt die Abweichung üblicherweise im einstelligen Millisekundenbereich, im lokalen Netz deutlich darunter. Für Protokolle, Zeitstempel und Einmalcodes ist das mehr als ausreichend.

Brauche ich für GPS eine Außenantenne?
Am Fenster klappt es meist auch ohne. Reiner Zeitempfang kommt mit weniger Satelliten aus als Navigation, aber in Kellerräumen oder hinter Metallfassaden bleibt der Empfang aus.

Was passiert, wenn der Pi ausfällt?
Nicht viel – Geräte laufen mit ihrer internen Uhr weiter und driften nur langsam. Trotzdem gehört ein zweiter Server in die Client-Konfiguration, notfalls der Router oder ein öffentlicher Pool.

Kann der Zeitserver neben anderen Diensten laufen?
Ja. Chrony verträgt sich problemlos mit Pi-hole, einem NAS oder Home Assistant auf demselben Gerät. Nur ein reiner Stratum-1-Server mit GPS profitiert von einem eigenen, ruhigen System.

Was ist NTS und brauche ich das?
Network Time Security verschlüsselt und authentifiziert die Zeitabfrage, damit niemand unterwegs die Uhrzeit manipuliert. Für die Verbindung des Pi nach außen ist das eine sinnvolle Absicherung, im Heimnetz selbst meist verzichtbar.

Warum übernimmt Windows den neuen Server nicht?
Windows synchronisiert nach der Voreinstellung nur etwa einmal pro Woche. Nach w32tm /resync greift die Einstellung sofort; das Intervall selbst lässt sich in der Registry verkürzen.

Fazit

Ein Raspberry Pi Zeitserver ist in der Grundausstattung eine Viertelstunde Arbeit und läuft danach jahrelang unbemerkt: Chrony installieren, das eigene Netz freigeben, local stratum 10 als Rückfallebene setzen, die Clients umstellen. Unsere klare Empfehlung: Fang mit dieser einfachen Variante an und lass das GPS-Modul zunächst weg – der größte Nutzen entsteht durch die lokale Zeitquelle für abgeschottete Geräte und durch einheitliche Zeitstempel in allen Protokollen, nicht durch die letzte Mikrosekunde. Wer danach Lust auf mehr hat, rüstet für rund zehn Euro GPS mit PPS nach und betreibt eine echte Stratum-1-Quelle im Wohnzimmerschrank. Das ist dann kein Nutzen mehr, sondern Freude – und dafür ist der Pi schließlich auch da. Nur eines sollte man von Anfang an richtig machen: feste IP-Adresse und Netzwerkkabel, denn ein Zeitserver, den niemand zuverlässig erreicht, ist keiner.

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