Tidsservrar är vanliga apparater i moderna serverrum men tidssynkronisering har bara blivit möjlig tack vare idéer från fysikern från förra seklet och det är våra dessa idéer av tid som har gjort många av de teknologier de senaste decennierna möjliga.

Tiden är en av de svåraste begreppen att förstå. Fram till förra seklet trodde man att tiden var konstant men det var inte förrän Einsteins idéer att vi upptäckte att tiden var relativt.
Relativ tid var en konsekvens av Einsteins mest populära teori "Allmän teori av relativitet" och dess berömda ekvation E = MC2.

Vad Einstein upptäckte var att ljusets hastighet var den enda konstanten i universum (i ett vakuum ändå) och den tiden kommer att skilja sig åt olika observatörer. Einsteins ekvationer visade att ju snabbare en observatör reste sig mot ljusets hastighet desto långsammare tid skulle bli.

Han upptäckte också att tiden inte var en separat enhet av universum utan var en del av en fyra-dimensionell rymdtid och att effekterna av tyngdkraften skulle förskjuta detta rymdtid vilket orsakade tid att sakta ner.

Många moderna teknologier som satellitkommunikation och navigering måste ta hänsyn till dessa idéer, annars skulle satelliter falla ur omlopp och det skulle vara omöjligt att kommunicera över hela världen.

Atomklockor är så exakta att de kan förlora mindre än en sekund i 400 miljoner år, men hänsyn till Einsteins idéer måste beaktas, eftersom atomklockor baserade på havsnivå kör långsammare än de på högre höjd på grund av jordens gravitationstid.

En universell tidsskala har utvecklats kallad UTC (Koordinerad Universal Time), som är baserad på tiden som beräknas av atomur, men kompenserar för den minuters saktring av jordens rotation (orsakad av Moonens gravitation) genom att lägga Leap Seconds varje år till förhindra dag från krypande till natt (om än i årtusenden eller två).

Tack vare atomur och UTC-tid datanät över hela världen kan ta emot en UTC-tidskälla via Internet, via en nationell radiotransmission eller via GPS-nätverket. en NTP-server (Network Time Protocol) kan synkronisera alla enheter i ett nätverk till den tiden.

Tidsservers används i hela brittisk industri. Många av dem får MSF-signalen från National Physical Laboratory i Cumbria. Här är några vanliga frågor om brittisk tid och MSF-signalen:

Vem bestämmer när klockor ska gå framåt eller tillbaka för sommartid?

Om du bor i Europa anges den tid då sommartiden börjar och slutar i EU-direktivet och det brittiska lagstadgade instrumentet, eftersom 1 är Greenwich Mean Time (GMT).

Hinner midnatt till dagen före eller dagen efter?

Användningen av ordet midnatt är starkt beroende av sitt sammanhang, men 00.00 (ofta kallad 12 am) är början på nästa dag. Det finns inga standarder fastställda för betydelsen av 12 am och 12 pm och ofta är en 24-timme mindre förvirrande.

Finns det ett godkänt sätt att representera datum och tider?

Standardnotationen för datumet är sekvensen YYYY-MM-DD eller YY-MM-DD, även om det i USA är konventionen att ha dagar och månader tvärtom.

När började det nya årtusendet verkligen?

Ett årtusende är en period på tusen år. Så du kan säga att nästa årtusende börjar nu. Det tredje årtusendet av den kristna eran började i början av året 2001 AD

Hur vet du atomur Håll bättre tid?

Om du tittar på flera klockor som är inställda på samma gång hittar du att de fortfarande håller med om inom tio miljoner av en sekund efter en vecka.

Vad är noggrannheten i "talar klockan"?

Även om du tillåter förseningen i telefonnätverket, kan du förmodligen förvänta dig att början av sekunder-piparna ska vara exakta sekundermarkörer inom ungefär en tiondel av en sekund.

Varför flyttade min radiokontrollerade klocka till sommartid på 2, en timme sen?

Batteridrivna radiokontrollerade klockor kontrollerar normalt bara tiden varje timme eller två, eller ännu mindre, det här sparar batteriet.

Varför får min radiokontrollerade klocka MSF-signalen mindre väl på natten?

Användare av MSF service får övervägande en "ground wave" -signal. Det finns emellertid också en återstående "himmelvåg" som återspeglas från jonosfären och är mycket starkare på natten, detta kan resultera i en total mottagen signal som är antingen starkare eller svagare.

Finns det en permanent timmes skillnad mellan MSF-tid och DCF-77-tid?

Sedan 1995 October 22 har det skett en permanent timmes skillnad mellan brittisk tid (som sänds av MSF) och Central European Time, som sänds av DCF-77 i Tyskland.

Vad står MSF för?

MSF är det tre bokstäverna som används för att beteckna Storbritanniens 60 kHz-standardfrekvens och tidssignal.

Tack till National Physical Laboratory för deras hjälp med den här bloggen.

De flesta tidsservrar använder Network Time Protocol och som andra Internetbaserade protokoll innehåller NTP ett pakethuvud. Ett pakethuvud, enkelt sagt, är bara en formaterad dataenhet som beskriver informationen i paketet.

NTP-pakethuvudet består av ett antal 32-bitord. Här är en lista över de vanligaste pakethuvudvillkoren och deras innebörd:

IP-adress - adressen till NTP Time Server

NTP Version - vilken version av NTP (nuvarande version 4 är den senaste)

Referenstidstämpel (den primära epoken) som används av NTP för att utarbeta tiden från denna inställningspunkt (normalt januari 01 1900

Tur och retur fördröjning (den tid det tar begäran att komma fram och komma tillbaka i millisekunder)

Lokal klockförskjutning - tidsskillnad mellan värd och klient

Spegelindikator (om det ska vara ett steg andra den dagen - normalt endast på 31 december)

Mode3 - ett trebits heltal som representerar värdena: 0 = reserverad, 1 = symmetrisk aktiv, 2 = symmetrisk passiv, 3 = klient, 4 = server, 5 = broadcast, 6 = NTP-kontrollmeddelande, 7 = reserverat för privat bruk.

Stratum nivå - vilken stratum nivå den NTP-server är (en stratum 1-server tar emot tiden från en atomurkälla, en stratum 2-server tar emot tiden från en stratum 1-server)

Pollintervall (Hur många begäranden görs och deras intermittens)

Precision - hur exakt i millisekunder är systemklockan

Rotfördröjning - Detta är ett signerat fastpunktsnummer som anger den totala returresa-fördröjningen till den primära referenskällan vid roten

Root dispersion (i millisekunder) - Roten spridningen är den maximala (värsta fall) Skillnaden mellan det lokala systemet klocka och roten NTP trädet (stratum 1 klocka)

Ref ID - 32-bit som identifierar referensklockan

Ursprung tidsstämpel (tid innan synkronisering begäran)

Ta emot tidstämpel - den tid som värd / NTO-tidsservern fick begäran

Överför tidsstämpel - den gången värden skickade tillbaka begäran

Giltigt svar - är systemklockan synkroniserad eller inte

Network Time Protocol (NTP) uppfanns av Dr David Mills från Delaware University, den har använts sedan 1985 och är fortfarande i ständig utveckling. NTP är ett protokoll som är utformat för att synkronisera klockorna på datorer och nätverk över Internet eller lokala nätverk (LAN). De flesta nätverk synkroniseras via NTP till en UTC-tidskälla (samordnad universell tid)

UTC är baserat på tiden som atomklockor berättar och används globalt som standardiserad tidskälla.

NTP (version 4) kan behålla tid över det offentliga Internetet till 10 millisekunder (1 / 100th av en sekund) UTC-tid och kan fungera ännu bättre över LAN med noggrannhet av 200 mikrosekunder (1 / 5000th av en sekund) under idealiska förhållanden .

NTP fungerar inom TCP / IP-suite och bygger på UDP, är tidssynkronisering med NTP relativt enkel, det synkroniserar tiden med hänvisning till en pålitlig UTC-källa och distribuerar sedan den här tiden till alla maskiner och enheter på ett nätverk.

Microsoft och andra rekommenderar att endast extern baserad timing ska användas snarare än Internetbaserad, eftersom dessa inte kan verifieras och kan lämna ett system öppet för missbruk, särskilt eftersom en Internet-tidkälla är bortom brandväggen. Specialist NTP-servrar finns tillgängliga som kan synkronisera tiden på nätverk med antingen MSF, DCF eller WWVB-radiosändning. Dessa signaler sänds på långvåg av flera nationella fysiklaboratorier.

I Storbritannien, MSF nationell tid och frekvens radioöverföringar som används för att synkronisera en NTP-server sänds av National Physics Laboratory i Cumbria som fungerar som Förenade kungarikets nationella tidsreferens. Det finns också liknande system i Colorado, USA (WWVB) och i Frankfurt, Tyskland (DCF -77).

Ett radiobaserat NTP-server består vanligen av en rack tidsserver, och en antenn, som består av en ferrit bar inuti ett plasthölje, som mottar radio tid och frekvens-sändning. Antennen ska alltid monteras horisontellt i rät vinkel mot transmission för optimal signalstyrka. Data sänds i pulser, 60 en andra. Dessa signaler ger UTC-tid med en noggrannhet av 100 mikrosekunder har emellertid radiosignalen ett ändligt intervall och är känsliga för störningar.

En radio refererad NTP-server är enkelt att installera och kan ge en organisation en exakt tidsreferens som möjliggör synkronisering av hela nätverk. NTP-servern tar emot tidssignalen och distribuerar den sedan via nätverksenheterna.

Alla datorer och nätverksenheter använder klockor för att upprätthålla en intern systemtid. Dessa klockor, som kallas Real Time Clock chips (RTC), ger information om tid och datum. Flisorna är batteribackade, så att de även under strömavbrott kan behålla tiden.

Datornätverk är beroende av tidsåtgång för nästan alla sina applikationer, från att skicka ett mail till spara data, är en tidstämpel nödvändig för att datorn ska kunna hålla reda på. Alla routrar och växlar måste köras i samma takt, utan synkronisering kan enheter förlora data och till och med hela anslutningar.

För vissa transaktioner är det nödvändigt att datorerna är helt synkroniserade, även om en viss sekundsskillnad mellan maskiner kan få allvarliga effekter, till exempel att hitta en flygbiljett som du bokat hade blivit såld ögonblick senare till en annan kund eller att du kunde räkna ut dina besparingar ur en kassaskåp och när ditt konto är tomt kan du snabbt gå till en annan maskin och dra tillbaka allt igen.

Personliga datorer är dock inte konstruerade för att vara perfekta klockor, deras design har optimerats för massproduktion och låg kostnad snarare än att behålla korrekt tid. Men dessa interna klockor är benägna att driva och även om det för många applikationer kan vara ganska adekvat, måste maskiner ofta arbeta tillsammans i ett nätverk och om datorerna går i olika takt kommer datorerna att synkronisera varandra och problem kan uppstår särskilt med tidskänsliga transaktioner.

Tidsservers är som andra datorservrar i den meningen att de vanligtvis ligger på ett nätverk. En tidsserver samlar tidsinformation, vanligtvis från en extern hårdvarukälla och synkroniserar sedan nätverket till den tiden.

De flesta tidsservrar använder NTP (Network Time Protocol), vilket är ett av Internetens äldsta protokoll som fortfarande används, uppfunnet av Dr David Mills från Delaware University, det har använts sedan 1985. NTP är ett protokoll som är utformat för att synkronisera klockorna på datorer och nätverk över Internet eller lokala nätverk (LAN).

NTP använder en extern tidsreferens och synkroniserar sedan alla enheter i nätverket till den tiden.

Det finns olika källor att a NTP tidsserver kan använda som en tidsreferens. Internet är en uppenbar källa, men internettidsreferenser från Internet som nist.gov och windows.time kan inte autentiseras, vilket gör att tidsservern och därmed nätverket är sårbara för säkerhetshot.

Ofta synkroniseras tidsservrar till en UTC (Koordinerad Universal-tid) -källa som är den globala standardtidsskalan och tillåter datorer över hela världen att synkroniseras till exakt samma tid. Detta har uppenbar betydelse i branscher där exakt timing är avgörande, såsom börsen eller flygbranschen.

Koordinerad universell tid (UTC - från den franska Temps Universel Coordonné) är en internationell tidsplan baserad på den tid som atomklockor berättar. Atomur är korrekta inom en sekund på flera miljoner år. De är så exakta att International Atomic Time, tiden som återförts av dessa enheter, är ännu mer exakt än jordens rotation.

Jordens rotation är påverkad av månens gravitation och kan därför sakta eller påskynda. Av denna anledning måste International Atomic Time (TAI från French Temps Atomique International) ha "Leap seconds" tillagd för att hålla den i linje med den ursprungliga tidsskalan GMT (Greenwich under tiden) även kallad UT1, som är baserad på soltiden .

Denna nya tidsskala kallad UTC används nu över hela världen så att datanät och kommunikation kan utföras på motsatta sidor av världen.

UTC styrs inte av ett enskilt land eller en förvaltning utan ett samarbete med atomur över hela världen vilket säkerställer politisk neutralitet och tillförd noggrannhet.

UTC överförs på många sätt över hela världen och används av datanät, flygbolag och satelliter för att säkerställa korrekt synkronisering oavsett vilken plats på jorden.

I USA sänder NIST (National Institute of Standards and Technology) UTC från sin atomur i Fort Collins, Colorado. De nationella fysiklaboratorierna i Storbritannien och Tyskland har liknande system i Europa.

Internet är också en annan källa till UTC-tid. Över tusen tidsservrar över nätet kan användas för att ta emot en UTC-tidskälla, även om många inte är tillräckligt exakta för de flesta nätverksbehov.

En annan, säker och mer exakt metod att ta emot UTC är att använda signalerna som överförs av USA: s Global Positioning System. Satelliterna i GPS-nätverket innehåller alla atomklockor som används för att möjliggöra positionering. Dessa klockor sänder den tid som kan tas emot med en GPS-mottagare.

Många dedikerade tidsservrar finns tillgängliga som kan ta emot en UTC-tidskälla från antingen GPS-nätverket eller National Physics Laboratory sändningar (som alla sänds vid 60 kHz longwave).

De flesta tidsservrar använder NTP (Network Time Protocol) för att distribuera och synkronisera datornätverk till UTC-tid.

Network Time Protocol verkar ha funnits för evigt. Det är faktiskt en av Internetets äldsta protokoll som har utvecklats i 1980s av professor David Mills och hans team från Delaware University.

I en avslappnad värld spelar det ingen roll om datanät inte synkroniseras. De enda konsekvenserna av tidsfel kan vara att ett mail kommer innan det skickades men i industrier som flygbolagets platsbokning, börsen eller satellitkommunikationen kan fraktioner av en sekund orsaka allvarliga fel som att sälja platser mer än en gång, förlusten av miljoner dollar eller till och med bedrägerier.

Datorer är logiska maskiner och eftersom tiden är linjär till en dator måste varje händelse som händer på en maskin ske innan nyheten om händelsen når en annan. När nätverk inte är synkroniserade kämpar datorer för att hantera händelser som uppenbarligen har inträffat (som ett e-postmeddelande skickas) men enligt deras klocka och tidsstämpel har det ännu inte funnits, bara tänka tillbaka till millenniumbuggen där det var rädda klockor skulle Hoppa tillbaka till 1900!

Av denna anledning har NTP utvecklats. NTP använder en algoritm (Marzullos algoritm) för att synkronisera tiden med den nuvarande versionen av NTP kan behålla tid över det offentliga Internet till inom 10 millisekunder och kan fungera ännu bättre över LAN. NTP-tidsservrar arbetar inom TCP / IP-paketet och är beroende av UDP (User Datagram Protocol).

NTP-servrar Normalt är dedikerade NTP-enheter som använder en enda tidsreferens för att synkronisera ett nätverk till. Denna tidsreferens är oftast en UTC (Koordinerad Universal Time) -källa. UTC är en global tidsskala som distribueras av atomklockor via Internet, specialistlängdsradioöverföringar eller via GPS-nätverket (Global Positioning System).

NTP-algoritmen använder denna tidsreferens för att bestämma mängden för att avancera eller returera systemet eller nätverksklockan. NTP analyserar tidstempelens värden inklusive frekvensen av fel och dess stabilitet. En NTP-server kommer att behålla en uppskattning av kvaliteten på både referensklockorna och sig själv.

NTP är hierarkisk. Avståndet från tidsreferensen är uppdelad i strata. Stratum 0 är atomklockreferensen; Stratum 1 är NTP-servern, medan Stratum 2 är en server som tar emot timinginformation från NTP-servern. NTP kan stödja nästan obegränsade lag, även om det längre bort från timingreferensen du går, desto mindre exakt blir det.

Eftersom varje stratumnivå både kan ta emot och skicka timingssignaler är fördelen med detta hierarkiska system att tusentals maskiner kan synkroniseras med endast behovet av en NTP-server.

NTP innehåller en säkerhetsåtgärd som kallas autentisering. Autentisering verifierar att varje tidsstämpel har kommit från den avsedda tidsreferensen genom att analysera en uppsättning krypteringsnycklar som skickas med tidsreferensen. NTP analyserar det och bekräftar om det har kommit från tidskällan genom att verifiera det mot en uppsättning betrodda nycklar i dess konfigurationsfiler.

Autentisering är dock inte tillgänglig från tidskällor från hela Internet, varför Microsoft och Novell bland annat rekommenderar starkt endast externa tidsreferenser används som en dedikerad GPS NTP-server eller en som mottar den nationella tid och frekvens långvågsöverföring.

säkerhet
Om du har felaktig tid eller kör ett nätverk som inte är synkroniserat kan ett datorsystem vara sårbart för säkerhetshot och till och med bedrägerier. Timestamps är den enda referenspunkten för en dator för att spåra applikationer och händelser. Om dessa är felaktiga kan alla typer av problem uppstå, till exempel e-postmeddelanden som anländer innan de skickades. Det möjliggör också sådana tidskänsliga transaktioner som e-handel, online-bokning och handel med aktier och dela exakt timing med a nätverk tidsserver är viktigt och priserna kan falla eller öka med miljoner på en sekund.

Skydd:
Underlåtenhet att synkronisera ett datanätverk kan tillåta hackare och skadliga användar möjligheter att komma till ditt system, även bedrägerier kan dra nytta av. Även de synkroniserade maskinerna kan bli offer, särskilt när du använder Internet som en tidsreferens som tillåter en öppen dörr för skadliga användare att injicera ett virus i ditt nätverk. Använda radio eller GPS-klockor ge noggrann tid bakom din brandvägg som håller dig säker.

Noggrannhet:
NTP Time Servers se till att alla nätverksdatorer synkroniseras automatiskt till exakt tid och datum, nu och i framtiden, uppdaterar automatiskt nätverket under sommartid och språng sekunder.

Laglighet:
Om datainnehållet någonsin ska användas i rättssalen är det viktigt att informationen kommer från ett nät som är synkroniserat. Om systemet inte är kan bevisen inte avvisas.

Glada användare:
Stoppa användarna att klaga på fel tid på sina arbetsstationer

Kontroll:
Du har kontroll över konfigurationen. Till exempel kan du automatiskt ändra tiden framåt och tillbaka varje vår och hösten för sommartid eller ställa in servertiden för att vara låst till endast UTC-tid eller någon tidszon du väljer.

GPS (Global Positioning System) nätverket har funnits i över trettio år, men det var först sedan 1983 när en koreansk flyglinje av misstag sköt ner, gick USA: s militär, som äger och kontrollerar systemet, överens om att öppna den för civil användning i hopp om att förebygga sådana tragedier .

GPS-systemet är för närvarande världens enda globala navigationssatellitsystem (GNSS), även om Europa och Kina idag utvecklar sina egna (Galileo och GLONASS). GPS, eller ge det sitt officiella namn Navstar GPS bygger på en konstellation mellan 24 och 32 Medium Earth Orbit-satelliter.

Dessa satelliter sänder meddelanden via exakta mikrovågssignaler. Dessa meddelanden innehåller den tid meddelandet skickades, en exakt omlopp för den satellit som skickar meddelandet och den allmänna systemhälsan och de grova banorna för alla GPS-satelliter.

För att utföra en position krävs en GPS-mottagare. Detta tar emot signalen från 4 (eller flera) satelliter. Eftersom satelliterna sänder sin position och tiden meddelandet skickades kan GPS-mottagaren använda tidssignalen och distansinformationen till träning genom triangulationsprocessen exakt var den befinner sig i världen.

GPS och andra GNSS-system kan bara ange platsen så exakt eftersom varje relä raderar information från en inombords atomur. Atomur är så exakta att de antingen förlorar eller tar en sekund i miljoner år. Det är bara denna noggrannhet som gör GPS-positionering möjlig, eftersom en signal som sänds av satelliterna körs med ljusets hastighet (upp till 180,000 miles per sekund) kan en sekunds felaktighet göra platspositionering tusentals mil på fel ställe.

På grund av denna ombordklocka och hög tidsnoggrannhet kan en GPS-satellit användas som källa för UTC (Koordinerad Universal Time). UTC är en global tidsplan baserad på den tid som atomklockor berättar och används över hela världen för att tillåta datanät till alla att synkronisera samtidigt.

Användning av datanät NTP-tidsservrar (nätverksprotokoll) för att synkronisera sina system. En NTP servern ansluten till en GPS-antenn kan ta emot en UTC-tidssignal från satelliten och sedan distribuera bland nätverket.

Att använda läkarna för tidsinformation är en av de mest korrekta och säkra metoderna för att ta emot en UTC-källa med noggrannhet på några millisekunder, som är fullt möjligt.

Q. Vad är NTP?
A. NTP - Network Time Protocol är ett internetprotokoll för tidssynkronisering, medan andra synkroniseringsprotokoll för andra gången är tillgängliga, är NTP den överlägset mest använda som har funnits sedan mitten av 1980 när Internet fortfarande var i sin spädbarn.

F. Vad är UTC?
A. UTC - Samordnad universell tid är en global tidsplan baserad på tiden som atomklockor berättar. Eftersom dessa klockor är så exakta varje år måste sålunda "språng sekunder" läggas till, eftersom UTC är ännu mer exakt än jordens rotation som saktar och snabbare tack vare månens gravitation.

Q. Vad är a Nätverk tidsserver?
A. En nätverks-tidsserver som också kallas en NTP-tidsserver är en nätverksenhet som tar emot en UTC-tidssignal och distribuerar den sedan bland de andra enheterna i ett nätverk. Tidsprotokollet NTP säkerställer då att alla maskiner hålls synkroniserade till den tiden.

Q. Var gör a nätverk tidsserver Ta emot en UTC-tid från?
A. Det finns flera källor där en UTC-tidreferens kan tas. Internet är det mest uppenbara med hundratals olika tidsservrar som skickar sina UTC-tidssignaler. Men dessa är notoriskt felaktiga beroende på många variabler är Internet inte heller en säker källa och inte lämplig för något datanätverk där säkerhetsproblem är ett problem. De andra metoderna som ger en mer exakt, säker och pålitlig källa till UTC-tid är att antingen använda överföringarna av GPS-nätverket (global positioning system) eller de nationella tid- och frekvensöverföringar som sänds på långvåg.

F. Kan jag få en radiotidssignal var som helst?
A. Tyvärr inte. Endast vissa länder har en tidssignal som sänds från sina nationella fysiklaboratorier och dessa signaler är ändliga och sårbara för störningar. I USA sänds signalen från Colorado och är känd som WWVB, i Storbritannien sänds den från Cumbria och kallas MSF. Liknande system finns i Tyskland, Japan, Frankrike och Schweiz.

Q. Vad sägs om GPS-signalen?
A. Ett satellitnavigationssystem är beroende av tidssignalerna från atomklockorna ombord i GPS-satelliterna. Det är denna tidssignal som används för att triangulera positionering och den kan också tas emot av en nätverksserver som är utrustad med en GPS-antenn. GPS finns överallt i världen, men en antenn behöver ha en klar bild av himlen.

F. Om jag har ett stort nätverk behöver jag flera nätverkstidsservrar?
A. Inte nödvändigtvis. NTP är hierarkisk och uppdelad i "stratum" en atomur är en stratum 0-enhet, en tidsserver som tar emot klocksignalen är en stratum 1-enhet och en nätverksenhet som tar emot en signal från en tidsserver är en stratum 2-enhet. NTP kan stödja 12-stratum (realistiskt, även om mer är möjligt) och varje strata kan användas som en enhet för att synkronisera till. Därför kan en stratum 2-enhet synkronisera annan maskin nedåt i strata och så vidare. Det betyder oavsett hur stort ett nätverk är, bara en nätverksserver skulle behövas.