Atomklockor är en underbarhet jämfört med andra former av timekeepers. Det skulle ta över 100,000 år för en atomur att förlora en sekund i tid vilket är svindlande, särskilt när man jämför det med digitala och mekaniska klockor som kan drifta så mycket på en dag.

Men atomur Det är inte praktiska delar av utrustning att ha runt kontoret eller hemma. De är skrymmande, dyra och kräver laboratorieförhållanden att fungera effektivt. Men att använda sig av en klocka är enkel nog, särskilt som atomvaktare tycker om NIST (National Institute of Standards and Time) och NPL (National Physical Laboratory) sänder tiden som berättat av sina atomur på kortvågradio.

NIST sänder sin signal, kallad WWVB från Boulder, Colorado och sänds på extremt låg frekvens (60,000 Hz). Radiovågorna från WWVB-stationen kan täcka alla kontinentala USA plus mycket av Kanada och Centralamerika.

NPL-signalen sänds i Cumbria i Storbritannien och överförs längs liknande frekvenser. Denna signal, som är känd som MSF, är tillgänglig i hela Storbritannien och liknande system finns i andra länder som Tyskland, Japan och Schweiz.

Radiokontrollerade atomklockor mottar dessa långvågssignaler och korrigerar sig enligt vilken drift klockan detekterar. Datornätverk utnyttjar också dessa atomklockans signaler och använder protokollet NTP (Network Time Protocol) och dedikerad NTP-tidsservrar att synkronisera hundratals och tusentals olika datorer.

Medan det finns flera protokoll tillgängliga för tidssynkronisering synkroniseras majoriteten av nätverkstiden med antingen NTP eller SNTP.

Network Time Protocol (NTP) och Simple Network Time Protocol (SNTP) har funnits sedan starten av Internet (och när det gäller NTP, flera år i förväg) och är överlägset de mest populära och utbredda tidssynkroniseringsprotokollen.

Skillnaden mellan de två är emellertid liten och bestämmer vilket protokoll som är bäst för a NTP tidsserver eller en viss tidssynkroniseringsapplikation kan vara besvärlig.

Som namnet antyder, SNTP är en förenklad version av Network Time Protocol, men frågan är ofta frågad: "Vad är skillnaden?"

Huvudskillnaden mellan de båda versionerna av protokollet finns i den algoritm som används. NTP: s algoritm kan fråga flera referensklockar en beräkning som är den mest exakta.

SNTP-användning för lågbehandlingsenheter - den är anpassad till mindre kraftfulla maskiner, kräver inte NTP-hög noggrannhet. NTP kan även övervaka eventuell offset och jitter (små variationer i vågform som härrör från spänningsförsörjningsfluktuationer, mekaniska vibrationer eller andra källor) medan SNTP inte gör det.

En annan stor skillnad är hur de två protokollen anpassas för drift i nätverksenheter. NTP kommer att påskynda eller sakta ner en systemklocka för att matcha tiden för referensklockan som kommer in i NTP-server (slewing) medan SNTP helt enkelt går framåt eller bakåt i systemklockan.

Denna stegning av systemtiden kan orsaka potentiella problem med tidskänsliga applikationer, särskilt om steget är ganska stort.

NTP används när noggrannhet är viktig och när tidskritiska applikationer är beroende av nätverket. Men dess komplexa algoritm är inte lämplig för enkla maskiner eller de med mindre kraftfulla processorer. SNTP å andra sidan är bäst lämpad för dessa enklare enheter, eftersom det tar mindre datorresurser, men det passar inte för någon enhet där noggrannhet är kritisk eller när tidskritiska tillämpningar är beroende av nätverket.

Att söka rätt tid för nätverkssynkronisering är endast möjligt tack vare atomur. Jämfört med standard timing enheter och atomklocka är miljontals gånger mer exakt med de senaste konstruktionerna som ger exakt tid till inom en sekund i en 100,000-år.

Atomklockor använder atomernas oföränderliga resonans under olika energitillstånd för att mäta tiden som ger en atomficka som uppträder nästan 9 miljarder gånger i sekund i fallet med cesiumatomen. I själva verket är resonansen av cesium nu den officiella definitionen av en sekund som har antagits av det internationella systemet för enhet (SI).

Atomklockor är basklockorna som används för den internationella tiden, UTC (Koordinerad universell tid). Och de utgör också grunden för NTP-servrar att synkronisera datanät och tidskänsliga tekniker som de som används av flygkontrollen och andra tidskänsliga applikationer på hög nivå.

Att hitta en klocka klockan UTC är en enkel procedur. Särskilt med närvaron av online-tidskällor som de som tillhandahålls av Microsoft och Nationella institutet för standarder och Tid (windows.time.com och nist.time.gov).

Men dessa NTP-servrar är det som kallas stratum 2-enheter som betyder att de är anslutna till en annan enhet som i sin tur får tiden från en atomur (det vill säga en begagnad källa till UTC).

Medan noggrannheten hos dessa stratum 2-servrar är otvivelaktig kan den påverkas av det avstånd klienten kommer från tidsservrarna, de är också utanför brandväggen, vilket innebär att all kommunikation med en online-tidsserver kräver en öppen UDP (User Datagram Protocol) port för att tillåta kommunikationen.

Detta kan orsaka sårbarheter i nätverket och används inte av den anledningen i något system som kräver fullständig säkerhet. En säkrare (och tillförlitlig) metod för att ta emot UTC är att använda en dedikerad NTP tidsserver. Dessa tidssynkroniseringsanordningar tar emot tiden direkt från atomur som antingen sänds på långvåg av platser som NIST eller NPL (National Physical Laboratory - Storbritannien). Alternativt kan UTC härledas från den GPS-signal som sänds av konstellationen av satelliter i GPS-nätverket (Global Positioning System).

En av världens mest exakta atomklockor ska lanseras i omlopp och kopplas till International Space Station (ISS) tack vare ett avtal som undertecknats av den franska rymdorganisationen.

Den atomära klockan PHARAO (Projet d'Horloge Atomique par Refroidissement d'Atomes en Orbite) är ansluten till ISS i ett försök att mer noggrant testa Einsteins teori om relativt samt öka noggrannheten hos samordnad universell tid (UTC) bland annat geodesi experiment.

PHARAO är en nästa generation cesium atomur med en noggrannhet som motsvarar mindre än en sekunds drift varje 300,000 år. PHARAO ska lanseras av Europeiska rymdorganisationen (ESA) i 2013.

Atomklockor är de mest korrekta tidsåtgärderna som är tillgängliga för mänskligheten, men de är mottagliga för förändringar i gravitationstryck, som förutsagts av Einsteins teori, eftersom tiden i sig är slewed av jordens drag. Genom att placera denna korrekta klocka i omlopp minskar effekten av jordens gravitation, vilket gör att PHARAO kan vara mer exakt än jordbaserad klocka.

Medan atomur är inte nya för bana, lika många satelliter; inklusive GPS-nätverket (Global Positioning System) innehåller atomklockor, kommer PHARAO emellertid att vara bland de mest exakta klockorna som någonsin lanserats i rymden, så att den kan användas för mer detaljerad analys.

Atomklockor har funnits sedan 1960 men deras ökande utveckling har banat vägen för mer och mer avancerad teknik. Atomklockor utgör grunden för många moderna teknologier från satellitnavigering för att tillåta datanätverk att kommunicera effektivt över hela världen.

Dator nätverk ta emot tidssignaler från atomur via NTP-tidsservrar (Network Time Protocol) som kan exakt synkronisera ett datornätverk inom några millisekunder av UTC.

Vi kunde inte leva våra liv utan dem. De påverkar nästan varje aspekt av våra dagliga liv och många av de teknologier som vi tar för givet i dagens värld, kunde bara inte fungera utan dem. Faktum är att om du läser den här artikeln på Internet finns det en chans att du använder en just nu.

Utan att veta det styr atomvågen oss alla. Från internet; till mobilnät och satellitnavigering, utan atomur skulle ingen av dessa tekniker vara möjlig.

Atomklockor styr alla datanätverk med protokollet NTP (nätverksprotokoll) och nätverk tidsservrar, datorsystem runt om i världen förblir i perfekt synkronisering.

Och de kommer att fortsätta att göra det i flera miljoner år, eftersom atomklockor är så exakta att de kan behålla tiden till inom en sekund för över 100 miljoner år. Emellertid atomur kan göras ännu mer exakt och ett franskt team av forskare planerar att göra just det genom att starta en atomur i rymden.

Atomklockor är begränsade till deras noggrannhet på jorden på grund av effekterna av hans gravitationstryck av planeten i tiden; som Einstein föreslog att tiden själv är förvrängd av tyngdkraften och denna vridning saktar ner tiden på jorden.

En ny typ av klocka med namnet PHARAO (Projet d'Horloge Atomique par Refroidissement d'Atomes en Orbit) ska dock placeras ombord på ISS (internationella rymdstationen) utom räckhåll från de värsta effekterna av jordens gravitation.

Denna nya typ av atomur kommer att tillåta hyper noggrann synkronisering med andra atomur, här på jorden (som i praktiken gör synkronisering till en NTP-server ännu mer exakt).

Pharao förväntas nå noggrannhet på ungefär en sekund var 300 miljoner år och möjliggör ytterligare framsteg i tidsrelaterad teknik.

Windows 7 är den senaste delen i Microsoft-operativsystemfamiljen. Efterföljande från den mycket felaktiga Windows Vista har Windows 7 en mycket varmare mottagning från kritiker och konsumenter.

Tidsynkronisering på Windows 7 är extremt rakt framåt som protokollet NTP (Network Time Protocol) är inbyggt i Windows 7 och operativsystemet synkroniserar automatiskt datorns klocka genom att ansluta till Microsoft-tidstjänsten time.windows.com.

Det här är användbart för många hemmabrukare, men synkroniseringen över Internet är inte tillräckligt säker för ett datornätverk av följande anledning:

För att ansluta till någon Internet-tidskälla, t.ex. time.windows.com, krävs ett inlägg som lämnas öppet i brandväggen. Som med alla öppna portar i en nätverksbrandvägg kan den användas som en startpunkt för en skadlig användare eller någon skadlig programvara.

Tidsynkroniseringsanläggningen i Windows 7 kan stängas av och det är ganska enkelt att göra genom att öppna dialogrutan för tid och datum och avmarkera synkroniseringsrutan.

Tidssynkronisering i ett nätverk är dock avgörande, så om Internet-tidsservice är avstängd måste den ersättas med en säker och korrekt tidskälla.

Det bästa sättet att göra det här är att använda en tidskälla som är extern till nätverket (och brandväggen).

Det enklaste, säkraste och mest exakta sättet att synkronisera ett Windows 7-nätverk är att använda en dedikerad NTP-server. Dessa enheter använder en tidsreferens från antingen en radiofrekvens (vanligtvis distribuerad av nationella fysiklaboratorier som Storbritanniens NPL och America's NIST) eller från GPS-satellitnätverket.

Eftersom båda dessa referenskällor kommer från klockklockor är de otroligt korrekta, och ett Windows 7-nätverk som består av hundratals maskiner kan synkroniseras inom några millisekunder av den globala tidsskala UTC (Coordinated Universal Time) genom att bara använda en NTP tidsserver.

Tidsynkronisering kan vara en huvudvärk för många nätverksadministratörer som försöker synkronisera ett nätverk för första gången. Det finns många fallgropar som en omedveten nätverksadministratör kan komma ifrån när man försöker få varje maskin i ett nätverk att synkronisera samtidigt.

Det första problemet som många nätverksadministratörer gör är urvalet av tidskällan. UTC (Coordinated Universal Time) är en global tidsplan och används över hela världen som underlag för tidssynkronisering eftersom det inte är beroende av tidszoner som gör det möjligt för det globala samhället att basera sig på en tidsplan.

UTC styrs också av en konstellation av atomur som säkerställer dess noggrannhet; Det justeras emellertid regelbundet för att säkerställa att det matchar den genomsnittliga soltiden genom tillsats av språngs sekunder som läggs till för att motverka den naturliga avmattningen av jordens rotation.

UTC är lätt tillgänglig som en tidsreferens från ett antal källor. Internet är en populär plats för att få en UTC-tidskälla. En Internet-tidskälla finns dock via nätverksväggen och säkerhetsproblem kan uppstå genom att lämna UDP-porten öppen för att ta emot tidsförfrågningarna.

Internetkällor kan också vara felaktiga och eftersom NTP: s eget säkerhetssystem som kallas NTP-autentisering inte kan fungera över Internet kan ytterligare säkerhetsproblem uppstå.

En mycket bättre lösning för att få en källa till UTC är att använda antingen Global Positioning System (GPS) eller långvågsradioöverföringar som sänds av flera nationella fysiklaboratorier som NIST i USA och Storbritannien NPL.

Dedikerad NTP-tidsservrar kan ta emot dessa säkra och autentiserade signaler och sedan distribuera dem bland alla enheter på ett nätverk.

Satellitnavigationssystem, eller sat nav, har förändrat hur vi navigerar runt vägarna. Borta är de dagar då resenärerna var tvungna att ha en handskfack full av kartor och gått också är behovet av att sluta och fråga en lokal för vägbeskrivning.

Satellitnavigering innebär att vi nu går från punkt A till punkt B säker på att våra system tar oss dit och medan satellitnavigationssystem inte är dumt bevisa (vi måste alla ha läst berättelserna om människor som kör över klippor och i floder etc) har verkligen revolutionerat vårt wayfinding.

För närvarande finns det bara ett globalt navigationssatellitsystem (GNSS) det amerikanska körsystemet Global Positioning System (GPS). Även om ett rivaliserande europeiskt system (Galileo) kommer att gå online någon gång efter 2012 och ett både ett ryskt (GLONASS) och kinesiskt (COMPASS) system utvecklas.

Alla dessa GNSS-nätverk kommer dock att fungera med samma teknik som GPS-användare, och i själva verket bör nuvarande GPS-system kunna utnyttja dessa framtida system utan mycket förändring.

GPS-systemet är i grunden en konstellation av satelliter (för närvarande finns det 27). Dessa satelliter innehåller var och en ombord en atomklocka (faktiskt två är på de flesta GPS-satelliter, men i den här förklaringen behöver endast en övervägas). Signalerna som överförs från GPS-satelliten innehåller flera bitar av information som skickas som ett heltal:

* Den tid meddelandet skickades

* Satellitens orbitalposition (känd som efemeren)

* Den allmänna systemhälsan och banorna hos de andra GPS-satelliterna (känd som almanackan)

En satellitnavigationsmottagare, den typ som finns på din bils dashbopard, tar emot denna information och med hjälp av tidinformationen utförs det exakta avståndet från mottagaren till satelliten. Genom att använda tre eller flera av dessa signaler kan den exakta positionen trianguleras (fyra signaler krävs faktiskt, eftersom höjd över havet måste utarbetas också).

Eftersom trianguleringen fungerar när tidssignalen skickades och hur lång tid det tog att komma fram till mottagaren måste signalerna vara otroligt noggranna. Även en sekund av felaktighet kunde se navigationsinformationen ut men tusentals kilometer som ljus, och därför radiosignaler, kan färdas nästan 300,000 km varje sekund.

För närvarande kan GPS-satellitnätet ge navigationsnoggrannhet till inom 5-mätare, som går att visa hur exakta atomklockor kan vara.

Det verkar som om nästan alla bilens instrumentpanel har en GPS-mottagare uppe på toppen. De har blivit otroligt populära som ett navigationsverktyg med många människor som lita på dem enbart för att arbeta sig runt vägnätet.

De Global Positioning System har funnits i några år nu men ursprungligen konstruerades och byggdes för amerikanska militära tillämpningar men utvidgades för civilt bruk efter en katastrof i flygbolaget.

Även om det är otroligt användbart och bekvämt ett verktyg, är GPS-systemen relativt enkla i sin funktion. Navigationen fungerar med hjälp av en konstellation av 30 eller så satelliter (det finns en hel del fler som kretsar men inte längre är i drift).

De signaler som skickas från satelliterna innehåller tre bitar av information som mottas av satelliterna i våra bilar.

Den informationen innehåller:

* Den tid meddelandet skickades

* Satellitens orbitalposition (känd som efemeren)

* Den allmänna systemhälsan och banorna hos de andra GPS-satelliterna (känd som almanackan)

Det sätt på vilket navigationsinformationen utarbetas är att använda informationen från fyra satelliter. Den tid signalerna lämnade var och en av satelliterna registreras av satellitnavtagaren och avståndet från varje satellit utarbetas sedan med hjälp av denna information. Genom att använda informationen från fyra satelliter är det möjligt att uträtta exakt var satellitmottagaren är denna process känd som triangulering.

Att uträtta exakt var du befinner dig i världen är dock beroende av fullständig noggrannhet i de tidssignaler som sänds av satelliterna. Eftersom signaler som GPS-resan vid ljusets hastighet (ungefär 300,000 km en sekund genom ett vakuum) kunde en en sekunds felaktighet se positioneringsinformation ut med 300 kilometer! För närvarande är GPS-systemet noggrant på fem meter vilket visar hur exakt den tidsinformation som sänds av satelliterna är.

Denna höga noggrannhet är möjlig eftersom varje GPS-satellit innehåller atomur. Atomur är otroligt noggranna beroende av de oväldiga oscillationerna hos atomer för att hålla tid - faktiskt kommer varje GPS-satellit att köra i över en miljon år innan den kommer att drifta med så mycket som en sekund (jämfört med den genomsnittliga elektroniska klockan som kommer att drivas med en sekund i en vecka eller två)

På grund av denna höga noggrannhet kan atomklockorna ombord GPS-satelliter användas som en källa till exakt tid för synkronisering av datanät och andra enheter som kräver synkronisering.

Ta emot denna tidsignal kräver användning av a NTP GPS-server som kommer att synkronisera med satelliten och distribuera tiden till alla enheter på ett nätverk.

Windows 7, det senaste operativsystemet från Microsoft är också deras första operativsystem som automatiskt synkroniserar PC-klockan till en internetkälla för UTC-tid (Koordinerad universell tid). Från det ögonblick som en Windows 7-dator är påslagen och är ansluten till Internet kommer den att begära tidssignaler från Microsoft-tidtjänsten - time.windows.com.

Medan för många hemmabrukare kommer detta att spara dem besväret att ställa in och korrigera klockan medan den körs. För företagsanvändare kan det vara problematiskt eftersom internetkällor inte är säkra och tar emot en tidskälla via UDP-porten på brandväggen kan leda till säkerhetsbrott och som Internet-tidskällor inte kan verifieras av NTP (Network Time Protocol) kan signalerna kapas av skadliga användare.

Denna internetkälla kan avaktiveras genom att öppna dialogrutan klocka och datum, och öppna fliken Internettid, klicka på knappen "Ändra" och avmarkera "Synkronisera med en Internet-tidsserver<alternativ. "

Även om det här kommer att vara osäkert att ingen oönskade trafik kommer att komma igenom din brandvägg, så kommer det också att medföra att Windows 7-maskinen inte synkroniseras till UTC och dess tidsåtgång kommer att vara beroende av moderkortet, vilket så småningom kommer att drifta.

För att synkronisera ett nätverk av Windows 7-maskiner till en korrekt och säker källa till UTC är den mest praktiska och enklaste lösningen att plugga in en dedikerad NTP tidsserver. Dessa ansluts direkt till en router eller växel och aktiverar säker mottagning av en klocktid för klockan.

NTP-tidsservrar Använd den mycket exakta och säkra GPS-signalen (Global Positioning System) som finns överallt på planeten eller flera lokaliserade långvågsradosignaler som sänds av flera nationella fysiklaboratorier som NIST och NPL.