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.

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.

Tidsservrar finns i flera former och storlekar. Den primära skillnaden mellan de flesta dedikerade tidsservrar är hur de får en tidskälla.

Vissa tidsservrar använder nationella tid- och frekvensöverföringar som sänds på långvåg medan andra använder GPS-nätverket.

Några tidsservrar är konstruerade för att kunna monteras rack perfekt för det genomsnittliga U-systemet, vilket gör att snittet kan monteras snyggt i ditt befintliga ställ.

Andra tidsservrar är inget annat än små lådor som kan diskreta dolda.

Här är en lista över topptidsserien tillverkare:

Galleon Systems

Elproma

Symmetricom

Meinberg

Time Tools

De NTP-server eller nätverkstidsservern som det ofta kallas är kulminationen av århundraden av horologi och kronologi. Historien att hålla reda på tiden har inte varit så smidig som du kanske tror.

Vilken månad var den ryska oktoberrevolutionen? Jag är säker på att du har gissat att det är en knep fråga, faktiskt om du spåra dagar tillbaka till oktober revolutionen som förändrade formen av Ryssland i 1917 hittar du det började inte till november!

En av de första beslut som bolsjevikerna, som hade vunnit revolutionen, valde att göra var att gå med i resten av världen genom att ta upp den gregorianska kalendern. Ryssland var sist att anta kalendern, som fortfarande är i bruk över hela världen idag.

Denna nya kalender var mer sofistikerad att den juliska kalendern som det mesta av Europa hade använt sedan romerska riket. Tyvärr gav julkalendern inte tillräckligt många springår, och vid sekelskiftet hade det inneburit att årstiderna hade drev, så mycket att när Ryssland äntligen antog kalendern efter onsdagen, 31 januari 1918 följande dag blev torsdag, 14 februari 1918.

Så medan oktoberrevolutionen inträffade i oktober i det gamla systemet, till den nya gregorianska kalendern menade det att det hade ägt rum i november.

Medan resten av Europa antog denna mer exakta kalender tidigare än ryssarna, behövde de fortfarande korrigera säsongsdrift, så i 1752 när Storbritannien bytte system förlorade de elva dagar, vilket enligt den populistiska malaren av tiden Hogarth orsakade rioters att kräva återlämnande av sina förlorade elva dagar.

Detta problem med felaktighet att hålla reda på tiden trodde vara löst i 1950: s när den första atomur utvecklades. Dessa enheter var så exakta att de kunde hålla tid för en miljon år utan att förlora en sekund.

Men det upptäcktes snart att dessa nya kronometrar var faktiskt för exakta - jämfört med jordens rotation i alla fall. Problemet var att medan atomklockor kunde mäta längden på en dag till närmaste millisekund, är en dag aldrig lika lång.

Anledningen till detta är att månens gravitation påverkar jordens rotation som orsakar en wobble. Denna wobble har effekten av att sakta ner och påskynda jordens snurrning. Om ingenting gjordes för att kompensera för detta så skulle tiden såklart av atomklockor (International Atomic Time-TAI) och tiden baserat på jordens rotation som används av bönder, astronomer och dig och jag (Greenwich Meantime-GMT) driva det så småningom Middag skulle bli midnatt (om än i flera årtusenden).

Lösningen har varit att utforma en tidsplan som är baserad på atomtiden men berättar också för denna vridning av jordens rotation. Lösningen kallades UTC (Coordinated Universal Time) och står för jordens variabla rotation genom att ha "språng sekunder" ibland. Det har gått över trettio steg sekunder tillsatt till UTC sedan starten i 1970: s.

UTC är nu en global tidsskala som används över hela världen av datanätverk för att synkronisera också. De flesta datornätverk använder a NTP-server att ta emot och distribuera UTC-tid.

NTP-tidsskalan är baserad på UTC (Coordinated Universal Time), som är en global civil tidskala som bygger på International Atomic Time (TAI) men står för nedgången i jordens snurr genom att intermittent lägga till "språng sekunder".

Detta görs för att säkerställa att UTC hålls i sammandrag med GMT (Greenwich Meantime, ofta kallad UT1). Att misslyckas med att beräkna jordens saktning i sin rotation (och ibland i takt) skulle innebära att UTC skulle falla ur synkronisering med GMT och middag, när solen är traditionellt högsta på himlen skulle drifta. Faktum är att om språng sekunder inte läggs till så kommer det att gå sent på midnatt och vice versa (om än i flera årtusenden).

Inte alla är nöjda med språng sekunder, det finns de som tycker att tillsättning av sekunder för att hålla jordens rotation och UTC inline är inget annat än en fudge. Att inte göra det skulle göra sådana saker som astronomiska observationer omöjliga, eftersom astronomer behöver veta exakt positionering av stjärnkropparna och bönderna är ganska beroende av jordens rotation också.

De NTP klocka representerar tiden på ett helt annat sätt än hur människor uppfattar tiden. Istället för att formatera tid i minuter, timmar, dagar, månader och år använder NTP ett kontinuerligt tal som representerar antalet sekunder som har gått sedan 0h 1 januari 1900. Detta är känt som den primära epoken.

Sekunderna som räknas från prime epoken fortsätter att stiga men sveper runt varje 136 år. Den första omslaget kommer att äga rum i 2036, 136 år sedan prime epoken. För att hantera detta NTP kommer att utnyttja ett heltalsintervall, så när sekunderna återställs till noll representerar heltalet 1 den första eran och negativa heltal representerar eraserna före prime epoken.

Tidsservrar som tar emot sin tid från GPS-systemet mottar faktiskt inte UTC, främst på grund av att GPS-nätverket var i utveckling innan det första stödet andra men de är baserade på TAI. GPS-tiden konverteras dock till UTC av GPS-tidsservern.

Radiosändningen från nationella fysiklaboratorier som MSF, DCF eller WWVB är alla baserade på UTC och så behöver inte tidsservrarna göra någon omvandling.

Protokollet som används av de flesta nätverkstidsservrar är NTP (Network Time Protocol) och har funnits länge, men det uppdateras och utvecklas ständigt och erbjuder allt högre nivåer av noggrannhet och säkerhet.

Synkronisering är en väsentlig del av moderna datanätverk och är viktigt för att hålla ett system säkert. Utan NTP och tidssynkronisering kan ett datanät vara sårbart o skadliga attacker och till och med bedrägeri.

Även med en perfekt synkroniserad nätverkssäkerhet kan fortfarande vara ett problem, men det finns några viktiga steg som kan vidtas för att säkerställa att ditt nätverk hålls säkert.

Använd alltid en dedikerad Nätverk tidsserver. Även om Internet-tidskällor är gemensamma platser är de en tidskälla som ligger utanför brandväggen. Detta kommer att ha uppenbara säkerhetstryggningar eftersom en skadlig användare kan dra nytta av "hål" kvar i din brandvägg för att kommunicera med NTP-servern. En dedikerad NTP-server kommer att få en tidssignal från en extern källa.

Normalt kommer dessa typer av dedikerade tidsservrar att använda antingen GPS-nätverket (Global Positioning System) eller specialiserade nationella tid- och frekvensradioöverföringar. Båda dessa tidskällor erbjuder en korrekt och pålitlig metod för UTC-tid (koordinerad universell tid) samtidigt som det är säkert.

Ett annat sätt att säkerställa säkerheten är att utnyttja NTP: s inbyggda säkerhetsmekanism - autentisering. Autentisering är en uppsättning krypterade nycklar som används för att fastställa om tidskällan kommer från var den hävdar att den kommer ifrån.

Autentisering verifierar att varje tidsstämpel har kommit från den planerade tiden referens genom att analysera en uppsättning överenskomna krypteringsnycklar som skickas tillsammans med tidsinformation. NTP, använder Message Digest kryptering (MD5) till un-kryptera nyckeln, analyserar den och bekräftar om det har kommit från den betrodda tidskälla genom att verifiera den mot en uppsättning betrodda nycklar.

Bekräftade autentiseringsnycklar listas i konfigurationsfilen för NTP-servern (ntp.conf) och lagras i filen ntp.keys. Nyckelfilen är normalt mycket stor men betrodda nycklar säger till NTP-servern vilken uppsättning av delmängder nycklarna för närvarande är aktiva och vilka inte är. Olika deluppsättningar kan aktiveras utan att redigera filen ntp.keys med kommandot för konfigurerade tangenter.

Autentisering är mycket viktigt för att skydda en NTP-server från skadlig attack Internetkällor kan dock inte autentiseras vilket fördubblar risken för att använda en Internetbaserad tidsreferens.

Atomklockor har funnits sedan 1950: s. De har gett otroligt noggrannhet i tidsåtgång med de flesta moderna atomklockor och förlorar inte en sekund i tid i en miljon år.

Tack vare atomklockor har många tekniker blivit möjliga och har förändrat hur vi lever våra liv. Satellitkommunikation, satellitnavigering, internet shopping och nätverkskommunikation är bara möjliga tack vare atomur.

Atomklockor är grunden för världens globala tidsskala Universal Coordinated Time (UTC) och är hänvisningen att många datanätverk använder som tidskälla för att distribuera bland sina enheter med hjälp av NTP (Network Time Protocol) och en tidsserver.

Atomur är baserade på atomen cesium-133. Detta element har traditionellt använts i atomklockor som sin resonans eller vibrationer under ett visst energitillstånd, eller extremt högt (över 9-miljarder) och kan därför ge höga noggrannhet.

Men nya typer av atomklockor är i horisonten som kommer att skryta ännu mer noggrannhet med nästa generation atomklockor, som varken får eller förlorar en sekund i 200 miljoner år.

Nästa generation av atomklockor lita inte längre på cesiumatomen utan använder element som kvicksilver eller strontium och istället för att använda mikrovågor, såsom cesiumklokkerna, använder de nya klockorna ljus som har högre frekvenser.

Strontiums resonans överstiger också över 430-biljoner, vilket är överlägset överlägsen 9.2-miljardens vibrationer som cesium hanterar.

För närvarande kan atomklockor användas av datorsystem genom att använda antingen en radio eller GPS-klocka eller dedikerad NTP tidsserver. Dessa enheter kan ta emot tidssignalen som överförs av atomur och distribuera dem bland nätverksenheter och datorer.

National Institute for Standards and Technology (NIST) har dock visat en miniatyrklocka som mäter bara 1.5 millimeter på en sida och ca 4 millimeter lång. Den förbrukar mindre än 75 tusendels watt och har en stabilitet på ungefär en del i 10 miljard, vilket motsvarar en klocka som varken skulle vinna eller förlora mer än en sekund i 300-år.

I framtiden kan dessa enheter integreras i datorsystem, som ersätter nuvarande klockchips i realtid, som är notoriskt felaktiga och kan drifta.

Tidssynkronisering är en integrerad del av moderna datanätverk, särskilt med Internet och online kommunikation har blivit så dominerande.

Kommunicera med maskiner över hela världen kräver exakt tidssynkronisering, annars skulle inte många av de online-uppgifter som vi tar för givet vara möjliga. Tid i form av tidsstämplar är den enda referensformen en dator måste identifiera ordningsföljden. Så med tidskänsliga transaktioner är tidssynkronisering avgörande.

Här är några tips för att säkerställa att ditt nätverk kör exakt och korrekt tid som möjligt:

NTP (Network Time Protocol) är världens ledande tidssynkroniseringsprogram. Det finns andra tidsprotokoll men NTP är den mest använda och bäst stöds.

De flesta datanät över hela världen synkroniseras till UTC (Koordinerad Universal Time). Detta är en global tidsplan baserad på tiden som atomklockor berättar för. Använd alltid en UTC-källa för att synkronisera också.

Använd alltid en extern hårdvarukälla som en tidsreferens eftersom tidskällor från Internet inte kan verifieras. Autentisering är en säkerhetsåtgärd som används av NTP för att se till att en tidsreferens kommer från var den säger att den är från. Även med hjälp av en Internet-tidkälla betyder att referensen är utanför din brandvägg, kan det leda till ytterligare säkerhetsrisker.

Dedikerad tidsservers kan ta emot UTC-signaler från radiosändningar och GP-nätverket. Dessa erbjuder den mest säkra, korrekta och tillförlitliga metoden för att få en UTC-tidreferens.

Nätverk baserade i Storbritannien, Tyskland, USA och Japan har tillgång till långvågstid och frekvensöverföringar som sänds av nationella fysiklaboratorier. Dessa sändningar är korrekta och pålitliga och ofta är de dedikerade tidsservrarna som tar emot dem billigare än deras GPS-alternativ.

GPS är tillgänglig överallt på klotet som källa till UTC-tid. GPS-antenner gör bra en bra 180-graders utsikt över himlen och kräver en bra 48-timme för att få en stabil "låst" satellitfix.

Ordna ditt nätverk i strata. Stratumnivåer anger avståndet från en tidkälla. En stratum 0-server är en atomur medan en stratum 1-server är en dedikerad tidsserver som tar emot tiden från en stratum 0-källa. Stratum 2-enheter är maskiner som tar emot sin tidkälla från en stratum 1-server, men stratum 2-enheter kan också användas för att vidarebefordra tidsinformation. Genom att försäkra dig om att du har tillräckligt med skiktnivåer kommer du att undvika överbelastning i ditt nätverk och tidsserver.

UTC (Coordinated Universal Time) är den globala civila tidsskala som används av miljontals människor, företag och myndigheter över hela världen. UTC är baserat på den tid som beräknas av cesium atomklockor. Dessa klockor är de mest tillförlitliga korrekonomerna på jorden, som kan upprätthålla noggrann tid i flera miljoner år samtidigt som de inte förlorar eller tar en sekund.

Tyvärr är cesiumklockor alltför dyra och känsliga maskiner för att göra det praktiskt för oss alla att ha en men lyckligtvis den tid de berättar överförs av flera länder. Dessa nationers nationella fysiklaboratorier tenderar att sända UTC-tid från dessa klockor med långvåg.

I Storbritannien sänds 60 kHz-sändningen av National Physical Laboratory från en sändare i Anthorn i Cumbria (den var baserad i Rugby till 2007). NPL underhåller ständigt överföringarna och bedömer dess noggrannhet. Medan MSF-signal En brittisk baserad överföring är möjlig att ta emot signalen i vissa delar av Nordeuropa och Skandinavien.

Men på fastlandet i Europa är den starkaste tids- och frekvenssignalen den tyska sändningen från Frankfurt i Tyskland. Den här signalen kallas DCF styrs och underhålls av tyska National Physics Laboratory. Medan Schweiz också har sin egen tids- och frekvenssignal, är den tyska DCF-signalen överlägset den mest använda i Europa.

I USA upprätthålls ett liknande system av NIST (National Institute for Standards and Time) och sänds från Fort Collins, Colorado. Denna signal är känd som WWVB och finns i de flesta delar av Nordamerika (inklusive Kanada).

Japan upprätthåller också sin egen tidssändning (JJY) som är populär i södra Stilla havet och flera andra länder (som Frankrike) har även sina egna signaler, även om dessa tenderar att ha en liten täckning.

Alla dessa tidssignaler fungerar på ett liknande sätt. Signalstyrkan reduceras antingen med 6 och 10 dB eller stängs av under en viss tid innan den återställs i början av varje sekund. Den tid som signalen reduceras indikerar en ström av binära tal med positioneringsmarkörer.
Signalerna arbetar med en 60 kHz-frekvens och har en tids- och datumkod som reläer följande information i binärformat: år, månad, dag månad, veckodag, timme, minut, DUT1 (skillnaden mellan UTC och UT1 som är baserat på jordens rotation). Signalerna vidarebefordrar information om lokal tid som brittisk sommartid.