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. De är batteribackade så att de även under strömavbrott kan behålla tiden. Personliga datorer är dock inte konstruerade för att vara perfekta klockor - deras design har optimerats för massproduktion och låg kostnad snarare än att behålla en exakt tid.

Dessa interna klockor är benägna att drifta och även om det för många applikationer kan det vara ganska lämpligt för vissa applikationer, men maskiner på ett nätverk som driver olika hastigheter blir synkroniserade med varandra och problem kan uppstå, särskilt med tidskänslig transaktioner.

NTP-servrar (Network Time Protocol) använder en enda referens för att synkronisera alla maskiner i nätverket till en tidsreferens. Denna tidsreferens kan vara antingen relativ (en dators interna klocka eller tiden på armbandsur) eller absolut som en UTC (Universal Coordinated Time) klockkälla som en atomklocka som är lika exakt som mänskligt möjligt.

För vissa applikationer en relativ tidskälla är tillräcklig, men i många miljöer, såsom flygbolag och börsen är det viktigt för tid att vara absolut. Tänk dig att köpa en flygstol bara att få veta på flygplatsen att biljetten såldes två gånger eftersom den köptes efteråt på en dator som hade en långsammare klocka!

Atomur är de mest absoluta tidskontrollanordningar. De arbetar på principen att atomen, cesium-133 har ett exakt antal cykler av strålning varannan (9,192,631,770). Detta har visat sig vara så exakt det internationella enhetssystemet (SI) har nu definierat den andra som varaktigheten av 9,192,631,770 cykler av strålning av cesium-133 atom och utveckling av UTC (Coordinated Universal Time) nu betyder datorer över hela workld kan synkroniseras till samma tid.

Klockor är dock extremt dyra och finns i allmänhet endast i storskaliga fysiklaboratorier. NTP-servrar kan dock synkronisera nätverk till en atomur genom att använda antingen Global Positioning System (GPS) eller specialradioöverföringar (MTF i Storbritannien). Det måste noteras att Microsoft och andra starkt rekommenderar att externt baserad timing ska användas snarare än Internetbaserad, eftersom dessa inte kan verifieras. Specialiserade NTP-servrar finns tillgängliga som kan synkronisera tiden på nätverk med antingen MSF-signalen (eller motsvarande) eller GPS-tidsservernsignalen.

GPS är en idealisk tid och frekvenskälla eftersom den kan ge mycket exakt tid överallt i världen med relativt billiga komponenter. Varje GPS-satellit sänder i två frekvenser L2 för militär användning och L1 för användning av civila överförda på 1575 MHz. Lågpris GPS-antenner och mottagare är nu allmänt tillgängliga.

Radiosignalen som sänds av satelliten kan passera genom fönster men kan blockeras av byggnader så den idealiska platsen för en GPS-antenn är på ett hustak med en god sikt mot himlen. Ju fler satelliter den kan ta emot från desto bättre signal. Däremot kan takmonterade antenner vara benägna att blixtnedslag eller andra spänningsstötar så en suppressor starkt rekommenderar installeras inline på GPS-kabeln.

Kabeln mellan GPS-antenn och mottagare är också kritisk. Det maximala avståndet som en kabel kan köra normalt endast 20-30 meter, men en hög kvalitet koaxialkabel i kombination med en GPS-förstärkare placerade i linje för att öka förstärkningen hos antennen kan tillåta överstigande 100 meters kabeldragningar.

Det finns också ett antal nationella tid- och frekvensradioöverföringar som kan användas för att synkronisera en NTP-server. I Storbritannien sänds signalen (kallad MSF) 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. Det bör 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.

Både en GPS NTP-server och MSF-tidsservern kan erbjuda ett överkomligt och effektivt sätt att exakt synkronisera datornätverk med hjälp av NTP.

Det här inlägget skrevs av Richard N Williams

Richard N Williams är en teknisk författare och en specialist i NTP-server och tid Synkronisering industrin. Richard N Williams på Google+