Synkronisering är något vi är bekanta med varje dag i våra liv. Från att köra ner motorvägen till att gå trångt gata; Vi anpassar automatiskt vårt beteende för att synkronisera med dem runt oss. Vi kör i samma riktning eller går samma gångar som andra pendlare eftersom det inte skulle bli så svårt (och farligt) att misslyckas med att göra det.

När det gäller timing är synkronisering ännu viktigare. Även i vår dagliga verksamhet förväntar vi oss en rimlig mängd synkronisering från människor. När ett möte börjar på 10am förväntar vi oss att alla finns inom några minuter.

När det gäller datatransaktioner över ett nätverk blir synkronisering av synkronisering ännu viktigare, där noggrannhet till några sekunder är för otillräcklig och synkronisering till millisekunden blir nödvändig.

Datorer använder tid för varje transaktion och processer de gör och du behöver bara tänka tillbaka till furore som orsakas av millenniumbuggen för att uppskatta betydelsen datorns plats i tid. När det inte finns tillräckligt med noggrann synkronisering kan alla slags fel och problem inträffa, särskilt vid tidskänsliga transaktioner.

Det är inte bara transaktioner som kan misslyckas utan tillräcklig synkronisering men tidsstämplar används i datorloggfiler, så om något går fel eller om en skadlig användare har invaderat (vilket är mycket enkelt att göra utan tillräcklig synkronisering) kan det ta lång tid att upptäcka vad som gick fel och ännu längre för att lösa problemen.

Brist på synkronisering kan också ha andra effekter som förlust av data eller misslyckad hämtning. Det kan också lämna ett företag försumbart i ett eventuellt rättsligt argument eftersom ett dåligt eller osynkroniserat nätverk kan vara omöjligt att granska.

Millisekunder synkronisering är dock inte huvudvärk många administratörer antar att det kommer att bli. Många väljer att dra nytta av många av de online-tidsservrar som finns tillgängliga på internet, men därmed kan det generera fler problem än det löser som att behöva lämna UDP-porten öppen i brandväggen (för att tillåta tidsinformationen via) att nämna ingen garanterad nivå av noggrannhet från offentlig tidsserver.

En bättre och enklare lösning är att använda en dedikerad nätverk tidsserver som använder protokollet NTP (Network Time Protocol). en NTP tidsserver kommer att ansluta direkt till ett nätverk och använda GPS (Global Positioning System) eller specialradioöverföringar för att ta emot tiden direkt från en atomur och distribuera den bland nätverket.

Network Time Protocol är ett internetprotokoll som används för att synkronisera datorklockor till en stabil och exakt tidsreferens. NTP utvecklades ursprungligen av professor David L. Mills vid University of Delaware i 1985 och är ett standardprotokoll för Internet och används i de flesta nätverk tidsservrar, därav namnet NTP-server.

NTP har utvecklats för att lösa problemet med att flera datorer arbetar tillsammans och har olika tidpunkter. Medan tiden oftast bara går framåt, om program körs på olika datorer ska tiden gå vidare även om du växlar från en dator till en annan. Om ett system ligger framför varandra, skulle det dock vara dags att hoppa fram och tillbaka om man växlar mellan dessa system.

Som en konsekvens kan nätverket köra sin egen tid, men så fort du ansluter till Internet blir effekterna synliga. Bara e-postmeddelanden anländer innan de skickades och svaras till och med innan de skickades!

Även om det här problemet kan tyckas oskadd när det gäller att ta emot e-post, kan emellertid en brist på synkronisering i vissa miljöer få katastrofala resultat. Därför var flygkontrollen en av de första applikationerna för NTP.

NTP använder en enda tidskälla och distribuerar den bland alla enheter på ett nätverk gör det genom att använda en algoritm som beskriver hur mycket som ska justera en systemklocka för att säkerställa synkronisering.

NTP fungerar på hierarkisk grund för att säkerställa att det inte finns några problem med nätverkstrafik och bandbredd. Det använder normalt en enda källa UTC (koordinerad universell tid) och tar emot tidsförfrågningar från maskinerna på toppen av hierarken, som sedan skickar tiden vidare längs kedjan.

De flesta nätverk som använder NTP kommer att använda en dedikerad NTP tidsserver att få sin UTC-tidssignal. Dessa kan ta emot tiden från GPS-nätverket eller radioöverföringar som sänds av nationella fysiklaboratorier. Dessa dedikerade NTP-tidsservrar är idealiska eftersom de tar tid direkt från en klockklocka, de är också säkra eftersom de ligger externt och därför inte kräver avbrott i nätverksväggen.

NTP har varit en astronomisk framgång och används nu i nästan 99 procent av tidssynkroniseringsenheter och en version av den ingår i de flesta operativsystempaket.

NTP har stor framgång för utvecklingen och stödet fortsätter att ta emot nästan tre decennier efter starten, varför t används nu över hela världen i NTP-servrar.

De NTP tidsserver har revolutionerat synkroniseringen av datornät under de senaste tjugo åren. NTP (Network Time Protocol) är den programvara som ansvarar för att distribuera tid från tidsservern till hela nätverket, justera maskiner för drift och säkerställa noggrannhet.

NTP kan tillförlitligt upprätthålla systemklockor inom några få millimeter UTC (Samordnad Universal Time) eller vilken tidskalan det är matad med.

NTP kan dock bara vara lika tillförlitlig som den tidskälla som den mottar och som UTC är den globala civilståndstiden, beror det på varifrån UTC-källan kommer från.

Nationella tid- och frekvensöverföringar från fysiklaboratorier som NIST i USA eller NPL i Storbritannien är extremt tillförlitliga källor till UTC och NTP-tidsservrar är utformade speciellt för dem. Tidssignalerna garanteras dock inte, de kan släppas hela dagen och är känsliga för störningar. De slås också regelbundet av för underhåll.

För de flesta applikationer kommer några timmar av ditt nätverk att förlita sig på kristalloscillatorer sannolikt inte för mycket problem i synkronisering. Dock, GPS (Global Positioning System) är mycket mer tillförlitlig källa för UTC-tid, eftersom en GPS-satellit alltid är överliggande. De kräver en synfrontsmottagning, vilket innebär att en antenn måste gå på taket eller utanför ett öppet fönster.

För applikationer där noggrannhet och tillförlitlighet är avgörande är den säkraste lösningen att investera i ett dubbelsystem NTP tidsserver, kan denna enhet ta emot både radiotransmissioner som MSF, DCF-77 eller WWVB och GPS-signalen.

På ett dubbelsystem NTP-server, Kommer NTP att ta både tidskällor och att synkronisera ett nätverk för att säkerställa ökad noggrannhet och tillförlitlighet.

UTC (Koordinerad universell tid) är världens globala tidsskala och ersatt den gamla tiden GMT (Greenwich Meantime) i 1970s.

Även om GMT baserades på Suns rörelse, är UTC baserat på den tid som beräknas av atomur även om den hålls inline med GMT genom tillsatsen av "Leap Seconds" som kompenserar för saktning av jordens rotation så att både UTC och GMT kan köra sida vid sida (GMT är ofta felaktigt kallad UTC - även om det inte finns någon verklig skillnad det spelar ingen roll).

Under beräkningen tillåter UTC datanät över hela världen att synkronisera till samma tid som möjliggör tidskänsliga transaktioner från hela världen. De flesta datanät som används dedikerad nätverk tidsservrar att synkronisera till en UTC-tidskälla. Dessa enheter använder protokollet NTP (Network Time Protocol) för att distribuera tiden över nätverken och kontrollerar kontinuerligt för att säkerställa att det inte finns någon drift.

Den enda strängen i att använda en dedikerad NTP tidsserver Väljer var tidkällan kommer från vilken kommer att styra typen av NTP-server du behöver. Det finns verkligen tre ställen som en källa till UTC-tid kan enkelt lokaliseras.

Den första är internet. Vid användning av en internetkälla som time.nist.gov eller time.windows.com är en dedikerad NTP-server krävs inte nödvändigtvis eftersom de flesta operativsystem har en version av NTP redan installerad (i Windows dubbelklickar du bara på klockikonen för att se alternativen för Internet-tid).

*Observera att det måste noteras att Microsoft, Novell och andra starkt rekommenderar att du använder internetkällor om säkerhet är ett problem. Internet-tidskällor kan inte autentiseras av NTP och ligger utanför brandväggen som kan leda till säkerhetshot.

Den andra metoden är att använda a GPS NTP-server; Dessa enheter använder GPS-signalen (vanligtvis används för satellitnavigering), som faktiskt är en tidskod som genereras av en atomur (från ombord på satelliten). Även om den här signalen är tillgänglig var som helst på jorden, behöver en GPS-antenn en klar bild av himlen vilket är den enda nackdelen med att använda GPS.

Alternativt kan många ländernas nationella fysiklaboratorier såsom NIST i USA och NPL i Storbritannien, sända en tidssignal från sina atomklockor. Dessa signaler kan plockas upp med en radio refererad NTP-server även om dessa signaler är ändliga och sårbara för lokal interferens och topografi.

För närvarande finns det bara ett Global Navigation Satellite System (GNSS) NAVSTAR GPS som har varit öppen för civil användning sedan sena 1980.

Vanligtvis är GPS-systemet menas att ge navigationsinformation som gör det möjligt för förare, seglare och piloter att identifiera sin position överallt i världen.

Faktum är att den enda informationen som strålats från en GPS-satellit är den tid som genereras av satellits interna atomur. Denna tidssignal är så exakt att en GPS-mottagare kan använda signalen från tre satelliter och ange platsen inom några meter genom att bestämma hur lång tid varje precis signal tog för att komma fram.

För närvarande a GPS NTP-server kan använda denna tidsinformation för att synkronisera hela datornätverk för att ge noggrannhet inom några millisekunder.

EU arbetar dock för närvarande med Europas eget globala satellitnavigeringssystem Galileo, som kommer att konkurrera med GPS-nätverket genom att tillhandahålla sin egen tidpunkt och positioneringsinformation.

Galileo är dock konstruerad för att vara driftskompatibel med GPS vilket betyder att en nuvarande GPS NTP-server kommer att kunna ta emot båda signalerna, även om vissa programjusteringar måste göras.

Denna interoperabilitet kommer att ge ökad noggrannhet och kan göra nationella tid- och frekvensradiosändningar föråldrade eftersom de inte kommer att kunna producera jämförbar noggrannhet.

Dessutom planerar Ryssland, Kina och Indien för närvarande sina egna GNSS-system som kan ge ännu mer noggrannhet. GPS har redan revolutionerat hur världen fungerar inte bara genom att tillåta exakt positionering utan också att hela världen kan synkronisera till samma tidsskala med hjälp av en GPS NTP-server. Det förväntas att ännu fler tekniska framsteg kommer att uppstå när nästa generations GNSS börjar sin överföring.

Datornätverkssynkronisering är viktigt i den moderna världen. Många av världens datanätverk är synkroniserade till samma globala tidsskala UTC (Koordinerad universell tid).

För att styra synkronisering protokollet NTP (Network Time Protocol) används i de flesta fall eftersom det kan tillförlitligt synkronisera ett nätverk till några millisekunder från UTC-tid.

Men noggrannheten för tidssynkronisering är enbart beroende av noggrannheten för vilken tidpunkt som helst som NTP har valt för att distribuera och här ligger en av de grundläggande fel som gjorts i synkroniseringsdatornätverk.

Många nätverksadministratörer använder sig av Internet-tidreferenser som en källa för UTC-tid, dock förutom de säkerhetsrisker de utgör (som de är på den motsatta sidan av en brandvägg), men även deras noggrannhet kan inte garanteras och de senaste studierna har hittade mindre än hälften av dem som gav några användbara noggrannhet alls.

För en säker, korrekt och pålitlig UTC-metod finns det bara två val. Använd tidssignalen från GPS-nätverket eller lita på de långvågsöverföringar som sänds av nationella fysiklaboratorier som NPL och NIST.

För att välja vilken metod som är bäst är den enda faktorn att överväga placeringen av NTP-server det är att ta emot tidssignalen.

GPS är den mest flexibla eftersom signalen är tillgänglig bokstavligen överallt på planeten men den enda nackdelen med signalen är att en GPS-antenn måste ligga på taket eftersom det behöver en klar bild av himlen. Detta kan vara problematiskt om tidsserver ligger i de nedre våningarna i en skyskrapa men i stort sett de flesta användare av GPS-tid signalerna visar att de är mycket tillförlitliga och otroligt korrekta.

Om GPS är opraktiskt ger den nationella tid och frekvenser en lika korrekt och säker metod för UTC-tid. Dessa långvågssignaler sänds inte av alla länder, även om den amerikanska WWVB-signalen som sänds av NIST i Colorado är tillgänglig i de flesta Nordamerika, inklusive Kanada.

Det finns olika versioner av denna signal som sänds över hela Europa, inklusive tyska DCF och Storbritannien MSF som visar sig vara mest tillförlitliga och populära. Dessa signaler kan ofta hämtas utanför landets gränser även om det måste noteras att långvågsöverföringar är sårbara för lokal störning och topografi.

För fullständig sinnesro, dubbel system NTP-servrar som tar emot signaler från både GPS- och nationalfysiklaboratorierna finns tillgängliga även om de tenderar att vara lite dyrare än enskilda system, men att använda mer än en gångsignal gör dem dubbelt pålitliga.

Är en atomklocka radioaktiv?

An atomklocka håller tiden bättre än någon annan klocka. De håller även tid bättre än jordens rotation och stjärnornas rörelse. Utan atomuret skulle GPS-navigering vara omöjligt, Internet skulle inte synkronisera, och planets position skulle inte vara känd med tillräcklig noggrannhet för rumprober och landare som skulle lanseras och övervakas.

En atomvakt är inte radioaktiv, det är inte beroende av atomavklingning. En atomur har snarare en oscillerande massa och en fjäder, precis som vanliga klockor.

Den stora skillnaden mellan en standardklocka i ditt hem och en atomur är att oscillationen i en atomur är mellan kärnan hos en atom och de omgivande elektronerna. Denna svängning är inte exakt en parallell med balanshjulet och hårspringen hos en klockklocka, men faktum är att båda använder oscillationer för att hålla reda på övergångstiden. Oscillationsfrekvenserna i atomen bestäms av kärnans massa och tyngdkraften och den elektrostatiska "fjädern" mellan den positiva laddningen på kärnan och elektronmoln som omger den.

Vad är typ av atomklocka?

Idag, trots att det finns olika typer av atomur, är principen bakom dem alla densamma. Den stora skillnaden är förknippad med det använda elementet och detekteringsmedel när energinivån förändras. De olika typerna av atomur ingår:

Cesium atomklockan använder en stråle av cesiumatomer. Klockan separerar cesiumatomer med olika energinivåer genom magnetfält.

Vätskeklockan bibehåller väteatomer på den erforderliga energinivån i en behållare med väggar av ett speciellt material så att atomerna inte förlorar sitt högre energiläge för snabbt.

Rubidium-klockan, den enklaste och mest kompakta av alla, använder en glascell av rubidiumgas som förändrar ljusabsorptionen vid den optiska rubidiumfrekvensen när den omgivande mikrovågsfrekvensen är precis rätt.

Den mest exakta kommersiella klockan som finns tillgänglig idag använder cesiumatomen och de normala magnetfälten och detektorerna. Dessutom stoppas cesiumatomer från att zippa fram och tillbaka med laserstrålar, vilket reducerar små förändringar i frekvens på grund av Doppler-effekten.

När var atomklockan uppfinningsrik? atomur

I 1945 föreslog fysikprofessor Isidor Rabi från Columbia University att en klocka skulle kunna göras från en teknik som han utvecklade i 1930s kallad atomstrålemagnetisk resonans. Av 1949, National Bureau of Standards (NBS, nu National Institute of Standards and Technology, NIST) tillkännagav världens första atomur med ammoniakmolekylen som vibrationskälla och av 1952 tillkännagav den den första atomur som använde cesiumatomer som vibrationskälla, NBS-1.

I 1955, National Physical Laboratory (NPL) i England byggde den första cesium-strålen atomur som användes som kalibreringskälla. Under det närmaste årtiondet skapades mer avancerade former av atomklockorna. I 1967 definierade 13th General Conference on Weights and Measures SI andra på grundval av vibrationer av cesiumatomen; världens tidsåtgärdssystem hade inte längre en astronomisk grund vid den tiden! NBS-4, världens mest stabila cesium-klocka, slutfördes i 1968 och användes i 1990s som en del av NPL-tidssystemet.

I 1999 började NPL-F1 fungera med en osäkerhet om 1.7-delar i 10 till 15th-effekten, eller noggrannhet i ungefär en sekund i 20 miljoner år, vilket gör den till den mest exakta atomvåg någonsin gjord (en skillnad som delas med en liknande standard i Paris).

Hur mäts Atomic Clock Time?

Den korrekta frekvensen för den specifika cesiumresonansen definieras nu enligt internationell överenskommelse som 9,192,631,770 Hz, så att när den delas av detta nummer är utmatningen exakt 1 Hz eller 1-cykeln per sekund.

Den långsiktiga noggrannheten som uppnås av moderna cesium-atomur (den vanligaste typen) är bättre än en sekund per en miljon år. Vattenklockan visar en bättre kortsiktig (en vecka) noggrannhet, ungefär 10 gånger exaktheten hos en cesium atomklocka. Därför har atomklockan ökat noggrannheten i tidsmätningen omkring en miljon gånger i jämförelse med mätningarna utförda med hjälp av astronomiska tekniker.

Synkronisera till en atomklocka

Det enklaste sättet att synkronisera med en atomur är att använda a dedikerad NTP-server. Dessa enheter kommer att få antingen den GPS-ataomiska klocksignalen eller radiovågorna från platser som NIST eller NPL.

NTP Beroende på en referensklocka och alla klockor på NTP-nätverket synkroniseras till den tiden. Det är därför absolut nödvändigt att referensklockan är så noggrann som möjligt. De mest korrekta klockorna är atomur. Dessa stora fysiklaboratorier kan bibehålla exakt tid över miljontals år utan att förlora en sekund.

An NTP-server kommer att få tiden från en atomur antingen från hela internet, GPS-nätverket eller radioöverföringarna. Vid användning av en atomur som referens kommer ett NTP-nätverk att vara korrekt inom några millisekunder av världens globala tidsskala UTC (Koordinerad universell tid).

NTP är ett hierarkiskt system. Ju närmare en enhet är till referens klockan desto högre på NTP-stratan är den. En klockreferensur är en stratum 0-enhet och a NTP-server som tar emot tiden från den är en stratum 1-enhet, klienter på NTP-servern är stratum 2-enheter och så vidare.

På grund av detta hierarkiska system kan enheter som ligger nedåt i stratan också användas som en referens som tillåter stora nätverk att fungera under anslutning till bara en NTP tidsserver.

NTP är ett protokoll som är feltolerant. NTP ser upp för fel och kan bearbeta flera tidskällor och protokollet väljer automatiskt det bästa. Även när en referensklock är tillfälligt otillgänglig kan NTP använda tidigare mätningar för att uppskatta den aktuella tiden ..

Så du har bestämt dig för att synkronisera ditt nätverk till UTC (Coordinated Universal Time), har du en tidsserver som använder NTP (Network Time Protocol) nu är det enda att avgöra om var ska ta emot tiden från.

NTP-servrar generera inte tid de bara får en säker signal från en atomur men det är denna ständiga kontroll av tiden som håller NTP-server exakt och i sin tur nätverket som det synkroniseras.

Ta emot en atomur klocktid signal är där NTP-servern kommer till sin egen. Det finns många källor till UTC-tid över Internet men det rekommenderas inte för någon företagsanvändning eller för när säkerhet är ett problem eftersom internetkällor för UTC är externa för brandväggen och kan äventyra säkerheten - vi kommer att diskutera detta mer i detalj i framtiden inlägg.

Vanligtvis finns det två typer av tidsserver. Det finns de som mottar en klocka klockan UTC-tid från långvågsradiosändningar eller de som använder GPS-nätverket (Global Positioning System) som en källa.

Långvågsradioöverföringarna sänds av flera nationella fysiklaboratorier. De vanligaste signalerna är USA: s WWVB (sänds av NIST - National Institute for Standards and Time), Storbritanniens MSF (sänds av Storbritannien National Physical Laboratory) och den tyska DCF-signalen (sänds av det tyska nationella fysiklaboratoriet).

Inte alla länder producerar dessa tidssignaler och signalerna är sårbara för störningar från topografi. I USA är emellertid WWVB-signalen mottaglig i de flesta områden i Nordamerika (inklusive Kanada), även om signalstyrkan varierar beroende på lokal geografi som berg etc.

GPS-signalen å andra sidan är tillgänglig bokstavligen överallt på planeten tillsammans med GPS-antennen ansluten till GPS NTP-server kan ha en klar bild av himlen.

Båda systemen är en verkligt pålitlig och korrekt metod för UTC-tid och använder antingen att möjliggöra synkronisering av ett datornätverk inom några millisekunder av UTC.

Precision med att berätta tiden har aldrig varit lika viktig som den är nu. Ultra exakt atomur är grunden för många av teknologierna och innovationerna från det tjugonde århundradet. Internet, satellitnavigering, flygtrafikstyrning och global bankverksamhet är bara några av de applikationer som är beroende av särskilt noggrann tidsåtgång.

Det problem vi har mött i modern tid är att vår förståelse exakt vilken tid har förändrats enormt under det senaste århundradet. Tidigare trodde vi att tiden var konstant, oförändrad och att vi reste fram i tid i samma takt.

Att mäta tidens gång var också rakt framåt. Varje dag, styrd av Jordens revolution delades upp i 24 lika stora mängder - timmen. Men efter Einsteins upptäckter under det senaste århundradet upptäckte man snart att tiden inte alls var konstant och kan variera för olika observatörer, eftersom hastighet och till och med tyngdkraften kan sakta ner det.

När vår tidsåtgärd blev mer exakt blev ett annat problem uppenbart och det var den gamla metoden att hålla reda på tiden, med hjälp av jordens rotation, var inte en korrekt metod.

På grund av månens gravitationspåverkan på våra oceaner är jordens snurr sporadiska, ibland faller den 24-timdagen och ibland springande längre.

Atomklockor utvecklades för att försöka hålla tiden så exakt som möjligt. De arbetar genom att använda en oförändrad oscillation hos en atoms elektron när de byter omlopp. Denna "tickning" av en atom uppträder över nio miljarder gånger i sekund i cesiumatomer vilket gör dem till en idealisk grund för en klocka.

Denna ultimata precisa atomurtid (känd officiellt som International Atomic Time - TAI) ligger till grund för världens officiella tidskala, men på grund av behovet av att hålla tidsskala parallellt med jordens rotation (viktigt vid hantering av extra markbundna kroppar till exempel astronomiska föremål eller till och med satelliter) tillsats sekunder, känd som andra steg, läggs till TAI, är detta ändrade tidsskala känt som UTC - Koordinerad universell tid.

UTC är tidsskala som används av företag, industri och regeringar över hela världen. Eftersom det styrs av atomur betyder det att hela världen kan kommunicera med samma tidsskala som styrs av de ultimata atomklockorna. Datornät över hela världen tar emot den här tiden NTP-servrar (Network Time Protocol) som garanterar att alla har samma tid inom några millisekunder.