Vi är alla beroende av tiden för att hålla våra dagar planerade. Armbandsur, väggklockor och även DVD-spelaren berättar för oss tiden men ibland är det inte tillräckligt nog, särskilt när tiden måste synkroniseras.

Det finns många teknologier som kräver extremt noggrann precision mellan system, från satellitnavigering till många internetapplikationer, exakt tid blir allt viktigare.

Att uppnå precision är dock inte alltid rakt fram, särskilt i moderna datanät. Medan alla datorsystem har inbyggda klockor, är dessa inte exakta tidstycken men standardkristalloscillatorer, samma teknik som används i andra elektroniska klockor.

Problemet med att lita på systemklockor så här är att de är benägna att drifta och på ett nätverk som består av hundratals eller tusentals maskiner, om klockorna drivs i en annan takt - kaos kan snart följa. E-postmeddelanden tas emot innan de skickas och tidskritiska program misslyckas.

Atomur är de mest exakta tidbitarna, men dessa är storskaliga laboratorieverktyg och är opraktiska (och mycket dyra) för att användas av datanät.

Men fysiklaboratorier gillar Nordamerika NIST (National Institute of Standards and Time) har atomklockor som de sänder tidssignaler från. Dessa tidssignaler kan användas av datanät för syftet med synkronisering.

I Nordamerika kallas NIST sänds tidskod WWVB och överförs från Boulder, Colorado på långvåg vid 60Hz. Tidskoden innehåller år, dag, timme, minut, sekund och som det är en källa till UTC, några stegs sekunder som läggs till för att säkerställa paritet med jordens rotation.

Att få WWVB-signalen och använda den för att synkronisera ett datanätverk är enkelt att göra. Radio referensnätverk tidsservrar kan ta emot denna sändning över hela Nordamerika och genom att använda protokollet NTP (Network Time Protocol).

En dedikerad NTP tidsserver som kan ta emot WWVB-signalen kan synkronisera hundratals och till och med tusentals olika enheter till WWVB-signalen som säkerställer att var och en är inom några millisekunder av UTC.

Atomur är ultimata i tidskriftsenheter. Deras noggrannhet är otroligt, eftersom en klocka inte kommer att drifta med så mycket som en sekund inom en miljon år, och när detta jämförs med de näst bästa chronometrarna, såsom en elektronisk klocka som kan drivas med en sekund på en vecka, en atomur är otroligt mer exakt.

Atomklockor används världen över och är hjärtat i många moderna teknologier som gör det möjligt för en mängd applikationer som vi tar för givet. Internethandel, satellitnavigering, flygkontroll och internationell bankverksamhet är alla branscher som är starka beroende av

De styr också världens tidsskala, UTC (Koordinerad Universal Time) som hålls sant av en konstellation av dessa klockor (även om UTC måste anpassas för att rymma saktning av jordens snurr genom att lägga till skott sekunder).

Datornätverk måste ofta köras synkroniserat till UTC. Denna synkronisering är avgörande för nätverk som utför tidskänsliga transaktioner eller kräver hög säkerhetsnivå.

Ett datanätverk utan tillräcklig tidssynkronisering kan orsaka många problem, inklusive:

Förlust av data

• Svårigheter att identifiera och logga fel
• Ökad risk för säkerhetsbrott.
• Det går inte att göra tidskänsliga transaktioner

Av dessa skäl måste många datanät synkroniseras till en källa till UTC och hållas så exakt som möjligt. Och även om atomklockor är stora skrymmande anordningar som hålls inom ramen för fysiklaboratorier, är det otroligt enkelt att använda dem som en källa till tid.

Network Time Protocol (NTP) är ett mjukvaruprotokoll som är utformat enbart för synkronisering av nätverk och datorsystem och genom att använda a dedikerad NTP-server tiden från en atomur kan tas emot av tidsservern och distribueras runt nätverket med hjälp av NTP.

NTP-servrar användning radiofrekvenser och vanligare GPS-satellitsignalerna för att ta emot tidtalssignalerna för atomklockan, som sedan sprids över hela nätverket med NTP, justerar regelbundet varje enhet för att säkerställa att den är så noggrann som möjligt.

Synkronisering av moderna datanät är avgörande för många olika anledningar och tack vare tidsprotokollet NTP (Network Time Protocol) är detta relativt enkelt.

NTP är ett algoritmiskt protokoll som analyserar tiden på olika datorer och jämför den med en enda referens och justerar varje klocka för drift för att säkerställa synkronisering med tidskällan. NTP är så kapabel vid denna uppgift att ett nätverk synkroniserat med protokollet realistiskt kan uppnå millisekundernoggrannhet.

Välja tidskälla

När det gäller att skapa en tidsreferens finns det inget alternativ än att hitta en källa till UTC (Koordinerad universell tid). UTC är den globala tidsskala som används över hela världen som en enda tidsskala av datanätverk. UTC hålls exakt genom en konstellation av atomur över hela världen.

Synkronisera till UTC

Den vanligaste metoden att ta emot en UTC Time-källa är att använda en stratum 2 internet-tidsserver. Dessa betraktas som stratum 2 eftersom de distribuerar tiden efter att den först mottagits från en NTP-server (stratum 1) som är ansluten till en atomur (stratum 0). Tyvärr är det inte den mest korrekta metoden att ta emot UTC på grund av avståndet data måste resa från värd till klienten.

Det finns också säkerhetsproblem som är inblandade i att använda en Internet-stratum 2-tidskälla, eftersom brandväggen UDP-port 123 måste lämnas öppen för att ta emot tidskoden, men denna brandväggsöppning kan och har utnyttjats av skadliga användare.

Dedikerade NTP-servrar

Dedikerade NTP tid servrar, ofta refererade till som nätverkstidsservrar, är den mest exakta och säkra metoden för att synkronisera ett datornätverk. De arbetar externt till nätverket så det finns inga brandväggsproblem. Dessa stratum 1-enheter mottar UTC-tiden direkt från en atomurkälla genom antingen långvågsradioöverföringar eller GPS-nätverk (Global Positioning System). Även om detta kräver en antenn, som i fallet med GPS måste placeras på ett tak, kommer tidsservern själv automatiskt att synkronisera hundratals och faktiskt tusentals olika enheter på nätverket.

Korrekt tidtagning om man ganska ofta förbises som en prioritet för nätverksadministratörer, men många riskerar både säkerhet och dataförlust genom att inte se till att deras nätverk synkroniseras så exakt som möjligt.

Datorer har egna hårdvara klockor men dessa är ofta bara enkla elektroniska oscillatorer som existerar i digitala klockor och tyvärr är dessa klockor benägna att drifta, ofta med så mycket som flera sekunder i veckan.

Att köra olika maskiner på ett nätverk som har olika tider - även om några sekunder - kan orsaka kaos eftersom så många datoruppgifter är beroende av tid. Tid, i form av tidsstämplar, är den enda referensdatorn som används för att skilja mellan olika händelser och misslyckande med synkronisera ett nätverk korrekt kan leda till alla otaliga problem.

Här är några av de viktigaste anledningarna till att ditt nätverk ska synkroniseras med Network Time Protocol, prefasbly med a NTP tidsserver.

Data Backup - Avgörande för att skydda data i alla företag eller organisationer. En brist på synkronisering kan leda till att inte bara säkerhetskopieringar misslyckas, men äldre versioner av filer som ersätter mer moderna versioner.

Skadliga attacker - Oavsett hur säkert ett nätverk, någon, någonstans kommer att få tillgång till ditt nätverk, men utan korrekt synkronisering kan det bli omöjligt att upptäcka vilka kompromisser som har ägt rum och det kommer också att ge obehöriga användare extra tid i ett nätverk för att utgöra förödelse.

Felloggning - När fel uppstår och de oundvikligen gör, innehåller systemloggarna all information för att identifiera och korrigera problem. Om systemloggarna inte synkroniseras kan det ibland vara omöjligt att räkna ut vad som gick fel och när.

Online Trading - Köp och sälja på internet är nu vanligt och i vissa företag utförs tusentals online-transaktioner varje sekund från platsbokning till köp av aktier och brist på korrekt synkronisering kan leda till alla möjliga fel i online-handel, t.ex. att varor köps eller säljs mer än en gång.

Överensstämmelse och laglighet - Många industriella föreskrivningssystem kräver en kontrollerbar och korrekt metod för timing. Ett osynkroniserat nätverk kommer också att vara sårbart för juridiska problem eftersom den exakta tidpunkten som en händelse påstås ha ägt rum kan inte bevisas.

När du räknade ner på nyårsafton för att markera början på nästa år började du på 10 eller 11? De flesta revelers skulle ha räknat ner från tio men de skulle ha varit för tidigt i år, eftersom det var ett extra sekund tillföras till förra året - hoppet andra.

Språng sekunder införs normalt en eller två gånger om året (normalt på nyårsafton och i juni) för att säkerställa den globala tidsskalaen UTC (Koordinerad universell tid) sammanfaller med den astronomiska dagen.

Språng sekunder har använts sedan UTC genomfördes först och de är ett direkt resultat av vår noggrannhet i tidsåtgång. Problemet är det moderna atomur är mycket mer exakta tidtagsanordningar än jorden själv. Det märktes när atomklockor först utvecklades att längden på en dag, en gång trodde att exakt var 24 timmar, varierade.

Variationerna är orsakade av jordens rotation som påverkas av jordens mångfald och tidvattenstyrkor, som alla minskar noggrant jordens rotation.

Denna rotationsfördröjning, medan den bara är liten, om den inte är markerad, skulle UTC-dagen snart gå in i den astronomiska natten (om än i flera tusen år).

Beslutet om huruvida ett andra steg är nödvändigt är International Earth Rotation Service (IERS), men Leap Seconds är inte populära hos alla och de kan orsaka potentiella problem när de introduceras.

UTC används av NTP-tidsservrar (Network Time Protocol) som en tidsreferens för att synkronisera datornätverk och annan teknik, och störningen kan orsaka skador som sekunder kan orsaka betraktas som inte värt besväret.

Men andra, som astronomer, säger att misslyckande att hålla UTC i linje med den astronomiska dagen skulle göra att studera himlen nästan omöjligt.

Det sista språnget som lagts in före den här var i 2005 men det har gått totalt 23 sekunder till UTC sedan 1972.

Fortsatt…

Det finns emellertid vissa tillfällen när en tidsserver kan förlora anslutningen med klockan och inte ta emot tidskoden under en längre tidsperiod. Ibland kan det bero på nedstängning av klockkontrollerna för underhåll eller att närliggande störningar blockerar överföringen.

Självklart ju längre signalen är nere desto mer potentiell drift kan inträffa på nätverket som kristalloscillatorn i NTP-server är det enda som håller tid. För de flesta applikationer borde det aldrig vara ett problem eftersom den mest långvariga nedetiden normalt inte är mer än tre eller fyra timmar och NTP-servern skulle inte ha förflyttat sig mycket under den tiden och förekomsten av denna nedetid är ganska sällsynt (kanske en gång eller två gånger om året).

Men för vissa ultimata precisa applikationer i hög grad börjar rubidiumkristalloscillatorer användas eftersom de inte drifter så mycket som kvarts. Rubidium (används ofta i atomur sig istället för cesium) är mycket mer exakt en oscillator än kvarts och ger bättre noggrannhet för när det inte finns någon signal till en NTP tidsserver vilket gör att nätverket kan upprätthålla en mer exakt tid.

Rubidium i sig är en alkalimetall, liknande i egenskaper till kalium. Det är väldigt lite radioaktivt men utgör ingen risk för människors hälsa (och används ofta i medicinavbildning genom att injicera det i en patient). Den har en halveringstid på 49 miljarder år (den tid det tar att sönderfalla med hälften - i jämförelse har några av de mest dödliga radioaktiva materialen halveringstid på under en sekund).

Den enda verkliga fara som rubidium innebär är att den reagerar ganska våldsamt mot vatten och kan orsaka brand

Oscillatorer har varit avgörande för utvecklingen av klockor och kronologi. Oscillatorer är bara elektroniska kretsar som producerar en repetitiv elektronisk signal. Ofta används kristaller som kvarts för att stabilisera oscillationsfrekvensen,

Oscillatorer är den primära tekniken bakom elektroniska klockor. Digitala klockor och batteridriven analog klocka styrs alla av en oscillerande krets som vanligtvis innehåller en kvartskristall.

Och medan elektroniska klockor är många gånger mer exakta än en mekanisk klocka, kör en kvartsoscillator fortfarande med en sekund eller två varje vecka.

Atomur Naturligtvis är det mycket mer exakt. De använder dock fortfarande oscillatorer, oftast cesium eller rubidium, men de gör det i ett hyperfinalt tillstånd, ofta fryst i flytande kväve eller helium. Dessa klockor i jämförelse med elektroniska klockor kommer inte att drivas med en sekund på jämn miljon år (och med de mer moderna atomklockorna 100 miljoner år).

För att utnyttja denna kronologiska noggrannhet en nätverks tidsserver som använder NTP (Network Time Protocol) kan användas för att synkronisera kompletta datornätverk. NTP-servrar använd en tidssignal från antingen GPS eller långvågradio som kommer direkt från en atomur (i fråga om GPS genereras tiden i en klocka ombord på GPS-satelliten).

NTP-servrar Kontrollera kontinuerligt denna källa för tid och justera sedan enheterna i ett nätverk för att matcha den tiden. Mellan pollen (mottagande tidskällan) används en standardoscillator av tidsservern för att hålla tid. Normalt är dessa oscillatorer kvarts, men eftersom tidsservern står i regelbunden kommunikation med atomuret varje minut eller två, är det normalt inte en normal drift av en kvartsoscillator eftersom några minuter mellan mätningarna inte leder till någon mätbar drift.

Fortsättning ...

Oavsett var vi befinner oss i världen behöver vi alla veta tiden vid något tillfälle på dagen, men samtidigt som varje dag varar i samma mängd tid oavsett var du är på jorden används samma tidsskala inte globalt.

Det opraktiska att australierna måste vakna vid 17.00 eller de som i USA måste börja arbeta vid 14.00 skulle utesluta att stämma över en enda tidsskala, även om tanken diskuterades när Greenwich blev utnämnd till officiell premierididian (där tidslinjen officiellt är) för världen några 125 år sedan.

Medan idén om en global tidsplan avvisades av ovanstående skäl bestämdes senare att 24 longitudinella linjer skulle splittra världen upp i olika tidszoner. Dessa skulle härledas från GMT runt med de på andra sidan planeten som är + 12 timmar.

Men med 1970: s tillväxt i global kommunikation menade man att en universell tidsplan äntligen antogs och fortfarande används mycket idag trots att många aldrig hört talas om det.

UTC, Coordinated Universal Time, är baserad på GMT (Greenwich Meantime) men hålls av en konstellation av atomur. Det står också för variationer i jordens rotation med ytterligare sekunder känd som "språng sekunder" som läggs till en gång om två gånger om året för att motverka en saktning av jordens snurrning orsakad av gravitation och tidvattenstyrkor.

Medan de flesta aldrig har hört talas om UTC eller använder den direkt synkroniseras deras påverkan på våra liv i otänkbara med datanät via UTC via NTP-tidsservrar (Network Time Protocol).

Utan denna synkronisering till en enda tidsskala skulle många av de teknologier och applikationer vi tar för givet idag vara omöjliga. Allt från global handel på aktier och aktier till internet shopping, email och sociala nätverk är bara möjliga tack vare UTC och NTP tidsserver.

DCF 77-signalen är en långvågsöverföringssändning vid 77 KHz från Frankfurt i Tyskland. DCF-77 överförs av Physikalisch-Technische Bundesanstalt, det tyska nationella fysiklaboratoriet.

DCF-77 är en exakt källa till UTC-tid och genereras av atomur som säkerställer dess precision. DCF-77 är en användbar tidskälla som kan antas över hela Europa av tekniker som behöver en exakt tidsreferens.

Radiokontrollerade klockor och nätverk tidsservrar ta emot tidssignalen och om tidsservrar distribuerar denna tidssignal över ett datornätverk. Det mesta datornätverket använder NTP för att distribuera DCF 77-tidssignalen.

Det finns fördelar med att använda en signal som DCF för tidssynkronisering. DCF är långvåg och är därför mottaglig för störningar från andra elektriska apparater, men de kan tränga in i byggnader som ger DCF-signalen en fördel jämfört med den andra UTC-källan som normalt är tillgänglig - GPS (Global Positioning System) - vilket kräver en öppen vy över himmel för att ta emot satellitöverföringar.

Andra långvågsradosignaler finns i andra länder som liknar DCF-77. I Storbritannien sänds MSF-60-signalen av NPL (National Physical Laboratory) från Cumbria medan NIST (National Institute of Standards and Time) sänder WVBB-signalen från Boulder, Colorado.

NTP-tidsservrar är en effektiv metod för att ta emot dessa långvågsöverföringar och sedan använda tidskoden som en synkroniseringskälla. NTP-servrar kan få DCF, MSF och WVBB samt många av dem kan även ta emot GPS-signalen.

Från den industriella revolutionens tidiga dagar, när järnvägslinjer och telegrafer sträckte sig över tidszoner blev det uppenbart att det krävdes en global tidsplan som skulle tillåta samma tid att användas oavsett var du var i världen.

Det första försöket på en global tidsskala var GMT - Greenwich Mean Time. Detta var baserat på Greenwich Meridian där solen är direkt ovanför vid 12 middagstid. GMT valdes, främst på grund av det brittiska imperiets inflytande på resten om världen.

Andra tidsplaner hade utvecklats av sådan brittisk järnvägstid, men GMT var första gången ett verkligt globalt system av tid användes över hela världen.

GMT var som den globala tidsskalaen genom den första hälften av det tjugonde århundradet, även om folk började referera till som UT (Universal Time).

Men när atomklockor utvecklades i mitten av 1900-talet blev det snart uppenbart att GMT inte var tillräckligt noggrann. En global tidsplan baserad på den tid som atomklockor berättade var önskvärt att representera dessa nya korrekta mätare.

International Atomic Time (TAI) utvecklades för detta ändamål men problem med att använda atomklockor blev snart tydliga.

Man trodde att jordens revolution på sin axel var en exakt 24-timme. Men tack vare atomklockor upptäcktes att jordens snurr varierar och sedan 1970 har saktat. Denna sänkning av jordens rotation skulle behöva redovisas, annars skulle skillnaderna kunna byggas upp och natten skulle sakta driva i dag (om än i många årtusenden).

Koordinerad universell tid utvecklades för att motverka detta. Med utgångspunkt i både TAI och GMT tillåter UTC att jordens rotation saktas genom att lägga till steg sekunder varje år eller två (och ibland två gånger om året).

UTC är nu en verkligt global tidsplan och antas av nationer och teknologier över hela världen. Datornätverk synkroniseras till UTC via nätverk tidsservrar och de använder protokollet NTP för att säkerställa noggrannhet.